一种力-脉冲电流耦合作用实验夹具的制作方法

本实用新型涉及实验设备技术领域，尤其是一种力-脉冲电流耦合作用实验夹具。

背景技术：

从20世纪末开始，产品在服役的过程中，因物理磨损、破损、断裂以及化学腐蚀等原因改变了设备零部件原有的几何形状和尺寸，破坏了零部件间的配合特性和工作能力，最终导致部件、总成甚至整机的正常工作受到影响。在过去，人们认为含有裂纹的设备是不可修复的，但重大机械装备的核心部件价格昂贵、附加值高、加工工艺复杂、公差要求高，无论从经济性方面，还是可持续与可靠性角度，对这类产品的裂纹缺陷修复均具有显著的效益和意义。

一些重大机械装备的核心部件如果制造过程中出现裂纹，特别是埋藏裂纹，在过去是不可修复的，将面临报废，势必造成巨大的浪费。因此这类产品的再制造，裂纹缺陷的修复是及其关键的步骤，只有阻止裂纹扩展，才能确保机械产品的安全运行，延长其使用寿命。但对于埋藏裂纹的修复比较困难，脉冲电流止裂是目前比较有效的方法。本实用新型通过设计一种新的试验夹具实现力-脉冲电流的耦合作用，在加载力装置对构件定量加载拉应力或压应力的条件下，通过设置多重绝缘保护层，可同时对构件施加高压脉冲电流作用，加载力和加载脉冲作用互不影响，进而揭示力-脉冲电流耦合作用下金属构件的止裂机理。本实验夹具通过安装在夹具头上的水平器解决试样在实验过程中调平困难的问题，同时通过调整套筒内螺纹的旋转位置进而调节试样的相对位置。

技术实现要素：

本实用新型提出一种力-脉冲电流耦合作用实验夹具，能便捷、安全地进行力-脉冲电流耦合作用实验，能使加载力和加载脉冲作用互不影响，进而揭示力-脉冲电流耦合作用下金属构件的止裂机理。

本实用新型采用以下技术方案。

一种力-脉冲电流耦合作用实验夹具，所述实验夹具包括左夹具头和右夹具头；所述左、右夹具头以夹持头固定试样的两端，夹持头经套筒机构与加载力装置的力杆相连；所述套筒机构包括绝缘套筒、柱形的力传感器和第一绝缘层；所述力传感器设于套筒内；力传感器的侧壁以螺纹结构与绝缘套筒中部或后部的内壁配合，力传感器的一端与力杆相接；所述绝缘套筒前端可旋转地套接于夹持头的固定端处以固定夹持头；所述第一绝缘层设于力传感器与夹持头之间；当绝缘套筒旋转时，套筒以螺纹结构驱动力传感器在绝缘套筒内移动以调节左、右夹具头之间的距离。

所述夹持头处穿置有紧固件对试样进行固定；所述紧固件与夹持头相交处设有第二绝缘层。

所述紧固件包括螺纹杆和旋置于螺纹杆处的绝缘螺母；所述螺纹杆竖向地穿置于试样的螺纹通孔处；所述试样通过紧固件的金属部位与外部电源相连。

所述加载力装置固定于实验夹具固定台处；所述力杆、左夹具头和右夹具头位于同一水平直线上。

所述左、右夹具头的夹持头与绝缘套筒相交的部位处均设有水平器，当两处部位的水平器均指示为水平时，左、右夹具头固定的试样处于水平姿态。

本实用新型中，套筒与夹具头连接处有绝缘性能良好的绝缘层，通过此绝缘层隔断脉冲电流对力传感器和加载力装置的影响；套筒内部力传感器与套筒采用螺纹配合，通过调节旋转力传感器位置，进而调节试样的构件之间的距离；通过多种绝缘保护可实现力—脉冲电流的耦合作用，可方便、快捷、高效的开展受力条件下含缺陷金属构件的缺陷修复机理研究。

本实用新型中，套筒内部由内螺纹组成套筒与力传感器的连接，通过调节力传感器的螺纹位置，进而调整试验夹具头的相对位置，可以让本产品应用于不同试样长度尺寸的试样。

本实用新型中，夹具头采用具有符合实验加载强度和塑性要求的材料，试样通过螺纹杆与夹具头连接固定在夹具头上，螺纹杆与夹具头接触位置采用一圈绝缘材料，在套筒绝缘保护基础上，通过这层绝缘材料，增加了绝缘性；本试验夹具所使用的螺母均采用耐高压、绝缘材料，不仅保证了试验夹具在实验过程中的绝缘和强度要求，同时可以通过调整螺母位置进而调节试样各部位的相对高度。

本实用新型安装有水平器，通过水平器可以保证在调整试样两固定端处的套筒螺纹相对位置水平，同时保证试样在实验过程中保持一个水平位置，进而有利于实验在力-脉冲耦合作用下修复机理研究精度，减少误差。

本实用新型中，力杆一端与加载装置连接，另一端与套筒内的力传感器连接，在构件定量加载拉应力或压应力的条件下，通过读取力传感器的数值，可以方便、快捷的开展受力条件下含缺陷金属构件的缺陷修复机理研究。

本实用新型中，试验夹具采用了多种绝缘方式进行绝缘保护；套筒内有一层由绝缘材料填充的绝缘层，将夹具头与加载力之间绝缘开。夹具头与螺纹杆之间采用绝缘层，进一步降低了脉冲加载过程中向夹具头电流泄露的可能性；本试验夹具头采用的螺母都是由绝缘材料构成的，不仅可以通过调节螺母固定试样位置，同时也可起到绝缘作用。

本实用新型中；在试样处加工螺纹通孔以使试样与螺纹杆间采用螺纹连接，提高了配合紧密度，进而减少了脉冲电流作用时螺纹杆与试样之间的空隙，进而提高了脉冲作用下的导电效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：

附图1是本实用新型的正向示意图；

附图2是本实用新型的俯视向示意图；

附图3是本实用新型的夹具头处的局部正向示意图；

附图4是本实用新型的夹具头处的局部俯视向示意图；

图中：1-实验夹具固定台；2-加载力装置（左）；3-力杆；4-左夹具头；5-右夹具头；6-加载力装置（右）；7-实验夹具固定台底座；8-绝缘套筒；9-力传感器；10-第一绝缘层；11-第二绝缘层；13-紧固件；14-试样；15-水平器；16-螺纹杆。

具体实施方式

如图1-4所示，一种力-脉冲电流耦合作用实验夹具，所述实验夹具包括左夹具头4和右夹具头5；所述左、右夹具头以夹持头12固定试样14的两端，夹持头经套筒机构与加载力装置（左侧加载力装置2、右侧加载力装置6）的力杆3相连；所述套筒机构包括绝缘套筒8、柱形的力传感器9和第一绝缘层10；所述力传感器设于套筒内；力传感器的侧壁以螺纹结构与绝缘套筒中部或后部的内壁配合，力传感器的一端与力杆相接；所述绝缘套筒前端可旋转地套接于夹持头的固定端处以固定夹持头；所述第一绝缘层10设于力传感器与夹持头之间；当绝缘套筒旋转时，套筒以螺纹结构驱动力传感器在绝缘套筒内移动以调节左、右夹具头之间的距离。

所述夹持头处穿置有紧固件对试样进行固定；所述紧固件与夹持头相交处设有第二绝缘层11。

所述紧固件包括螺纹杆16和旋置于螺纹杆处的绝缘螺母13；所述螺纹杆竖向地穿置于试样的螺纹通孔处；所述试样通过紧固件的金属部位与外部电源相连。

所述加载力装置固定于实验夹具固定台1处；所述力杆、左夹具头和右夹具头位于同一水平直线上。

所述左、右夹具头的夹持头与绝缘套筒相交的部位处均设有水平器15，当两处部位的水平器均指示为水平时，左、右夹具头固定的试样处于水平姿态。

本例中，实验夹具固定台1以实验夹具固定台底座7支撑于地面上。

在实验前先对左、右夹具头的夹持头进行调水平作业，直至使左、右夹具头处的水平器均指示为水平，此时左、右夹具头固定的试样处于水平姿态，左、右夹具头连接的套筒也位于同一水平直线上，然后左侧加载力装置2、右侧加载力装置6通过力杆对试样施力，外部电源经固定试样的紧固件的金属部位向试样输出脉冲电流以进行实验。