專利名稱：用于異種材料焊接與連接的接頭彎曲性能測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于材料力學(xué)測試領(lǐng)域，尤其涉及用于異種材料焊接與連接的接頭彎 曲性能測試裝置。
背景技術(shù)：
在焊接金屬材料力學(xué)性能測試及研究中，有一個(gè)非常重要的力學(xué)性能測試試 驗(yàn)——彎曲性能測試試驗(yàn)通過試驗(yàn)測出彎曲角、抗彎強(qiáng)度、得出相應(yīng)斷裂指標(biāo)，在國內(nèi)外都 規(guī)定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。檢索國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)在歐專局EPO專利檢索數(shù)據(jù)庫中有兩位日本學(xué)者FUKUDA T0SHIHIK0、KUMAGAL MASAKALI對焊接搭接接頭彎曲性能進(jìn)行了研究，但其采用仍然是固 定一端的纏繞式彎曲試驗(yàn)裝置。目前，很少有文獻(xiàn)記載有關(guān)異種材料焊接接頭彎曲測試這 個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，現(xiàn)在基本都采用國際標(biāo)準(zhǔn)中提供的裝置進(jìn)行試驗(yàn)。尤其是關(guān)于異種材 料焊接接頭彎曲性能測試報(bào)道的文獻(xiàn)，在對美國專利數(shù)據(jù)庫USPTO Patent Full-Text and Image Database、DII 數(shù)據(jù)庫，CIP0，SCanadian Patent Database 等外國專利數(shù)據(jù)庫及核 心期刊檢索中，都沒有發(fā)現(xiàn)關(guān)于異種材料焊接接頭彎曲性能測試方面的文獻(xiàn)報(bào)道?，F(xiàn)在國內(nèi)外常用于材料焊接接頭彎曲性能測試的方法有三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)法，采用三 點(diǎn)彎曲裝置。該裝置主要包括加力頭和相對于加力頭施力方向所在鉛垂面左右對稱布置的 兩個(gè)支輥，還有導(dǎo)軌底座三大部分組成。加力頭下部的凹槽內(nèi)安裝有圓柱形的壓頭，所加施 力點(diǎn)就在該圓柱面與試件水平切面的交線處，壓力頭亦位于兩個(gè)支輥的對稱面上。試樣放 置于兩個(gè)支輥所形成的水平支承面上，壓頭位于焊縫中間的正上面，壓頭下壓時(shí)始終應(yīng)保 持與焊縫中心線在同一鉛垂面上。工程實(shí)踐中運(yùn)用此裝置測試異種材料焊接接頭彎曲試驗(yàn) 時(shí)，常常會(huì)因?yàn)樵趶澢囼?yàn)過程中試件滑動(dòng)，焊縫中心線不能始終與壓頭在同一鉛垂面上， 從而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果無效或者誤差很大。另外當(dāng)兩種母材或焊縫和母材的物理彎曲性能有顯著差異時(shí)很難在現(xiàn)有條件下 用上述裝置及方法完成測試試驗(yàn)。鑒此國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中也提到了用纏繞式導(dǎo)向彎曲試驗(yàn)裝置 與方法，該裝置主要是采用對試樣一端固定加緊在具有兩個(gè)平行輥筒的試驗(yàn)裝置內(nèi)，通過 半徑為R的外輥沿以內(nèi)輥軸線為中心的圓弧轉(zhuǎn)動(dòng)，向試樣施加集中載荷，使試樣緩慢連續(xù) 的彎曲。該試驗(yàn)裝置目前都是單獨(dú)一套試驗(yàn)設(shè)備，由于所需空間較大很難應(yīng)用在電子萬能 力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，同時(shí)目前國內(nèi)外廠商也還沒有生產(chǎn)能融合以上兩種方法對焊接彎曲接頭性能 測試的試驗(yàn)科學(xué)儀器，試驗(yàn)中由于這些試驗(yàn)設(shè)備及方法因素對異種材料焊接接頭彎曲性能 測試工作帶來很多問題，即在現(xiàn)有萬能試驗(yàn)機(jī)上因異種材料焊接接頭試驗(yàn)過程中焊縫中心 線不能始終與壓頭在同一鉛垂面上，試驗(yàn)經(jīng)常失敗或者誤差很大的。不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力同時(shí)還 增加了大量經(jīng)濟(jì)成本。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是，設(shè)計(jì)一種新型的用于異種材料焊接彎曲性能測試裝置，通 過現(xiàn)有的萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)，控制及數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)能簡便、準(zhǔn)確地完成彎曲性能測試試驗(yàn)。本實(shí)用新型所用于異種材料焊接彎曲性能測試裝置其組成結(jié)構(gòu)如下在該裝置的導(dǎo)軌底座上固定有左右對稱布置的兩支輥，在兩支輥的中部設(shè)有支輥 定位軸，支輥的上端面為圓柱體，在支輥上端圓柱體與左右對稱兩動(dòng)態(tài)同步固定翼板連接； 在兩動(dòng)態(tài)同步固定翼板上同時(shí)裝有試件緊固螺栓，對其承載的焊接接頭試件實(shí)行動(dòng)態(tài)緊固 定位作用，并能使試件焊接接頭始終保持跟上部加力頭在同一軸心線上；加力頭本體下部 為滾動(dòng)壓頭，試驗(yàn)時(shí)壓頭為主要著力點(diǎn)。所述兩個(gè)相對支輥，支撐點(diǎn)位置為滾動(dòng)圓柱體與試件相切的交線，可在圓柱體四 分一之處開有鍵槽，翼板通過鍵槽與圓柱體連接。支輥上兩動(dòng)態(tài)同步固定翼板與支輥的鏈接可以采用加工精度高的鍵槽連接，并 且翼板采用硬度高的高強(qiáng)鋼制成以保證其在彎曲過程中不變形，從而很好的完成支撐和導(dǎo) 向作用。本實(shí)用新型發(fā)明了一種用于測試異種材料焊接與連接接頭彎曲性能測試裝置，具 體測試方法步驟如下1.首先制備圓形、方形、長方形或多邊形橫截面焊接接頭試樣，可搭接或?qū)印?曲表面不得有劃痕，方形和長方形試樣的棱邊應(yīng)銼圓，試樣拉伸面棱角應(yīng)加工成圓角.2.表面處理試樣加工應(yīng)采用機(jī)加工或磨削，避免材料的表面變形硬化或過熱。3.在試樣非測試區(qū)打上固定孔，通常選用小直徑孔5mm-16mm根據(jù)具體板厚而定。4.接下來選擇試驗(yàn)參數(shù)，試驗(yàn)溫度10 35°C;壓頭加載速度通常選擇2mm/min (具 體材料試件試驗(yàn)參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行)；跨距不能大于d (壓頭厚度)+3a (試件厚度)；5.啟動(dòng)加載系統(tǒng)，壓力頭開始移動(dòng)，兩支輥上的動(dòng)態(tài)翼板同步移動(dòng)并沿著支輥頂 端的軸做圓周運(yùn)動(dòng)，試件在支輥上部的圓柱體的切線部位同步下移，此時(shí)試件開始發(fā)生彎 曲變形。6.在試件受力彎曲變形過程中，支撐翼板可與彎曲試件未受壓區(qū)域(非1長度區(qū) 域)形成固定連接，防止彎曲過程試件移動(dòng)，始終保持焊縫中心與壓頭不在同一鉛垂面上， 同時(shí)支撐翼板可以與試件一起沿滾動(dòng)軸做弧線運(yùn)動(dòng)，保證試驗(yàn)順利進(jìn)行。7.當(dāng)控制顯示系統(tǒng)顯示到達(dá)相應(yīng)彎曲角或彎曲率要求時(shí)，試驗(yàn)機(jī)停止加載，試驗(yàn) 完成。本實(shí)用新型的有益效果是1、接接頭彎曲性能測試的裝置，通過現(xiàn)有的萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)非常簡便地完成異種 材料焊接與連接接頭彎曲性能測試試驗(yàn)，不影響彎曲性能指標(biāo)，完全保證試驗(yàn)質(zhì)量的情況下。2、解決了在現(xiàn)有萬能試驗(yàn)機(jī)上因異種材料焊接接頭試驗(yàn)過程中焊縫中心線不能 始終與壓頭在同一鉛垂面上，試驗(yàn)失敗或者誤差很大的難題。3、一套裝置兩大用途具備既能完成同種材料彎曲性能各指標(biāo)的測試測量，又可以 測試測量異種材料的彎曲性能指標(biāo)。4、以裝置替代整機(jī)，節(jié)省80%成本不需購買新的一整套纏繞式彎曲測試設(shè)備，只需將我們的裝置用我們的方法安裝在測試機(jī)構(gòu)現(xiàn)有的控制系統(tǒng)上就能實(shí)現(xiàn)測試功能，大大 節(jié)省成本。5、提高測量效率，減少占用空間，采用該產(chǎn)品可以節(jié)省50%的時(shí)間，提高了效率； 由于只需購買一臺裝置，不用一整套的試驗(yàn)設(shè)備，大大減少了設(shè)備占地面積。


圖1是本實(shí)用新型裝置主視圖圖2是已有技術(shù)萬能試驗(yàn)機(jī)配備三點(diǎn)彎曲裝置簡單示意圖。圖3是已有技術(shù)三點(diǎn)彎曲法試驗(yàn)示意圖圖4是已有技術(shù)異種材料纏繞式導(dǎo)向彎曲法試驗(yàn)示意圖。1-導(dǎo)軌底座2-支輥3-支輥滾動(dòng)圓柱體4-動(dòng)態(tài)同步固定翼板5-異種材料焊接 接頭試件6-試件緊固螺栓7-加力頭8-滾動(dòng)壓頭9-支輥定位軸具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說明。圖2為現(xiàn)有的用于材料彎曲實(shí)驗(yàn)的裝置，通常稱為三點(diǎn)彎曲夾具，運(yùn)用焊接材料 彎曲性能測試時(shí)主要用于同種材料接頭彎曲性能測試。該夾具主要包括加力頭7和相對于 加力頭7施力方向所在鉛垂面左右對稱布置的兩個(gè)支輥2，還有導(dǎo)軌底座1三大部分組成。 加力頭7包括加力頭本體7和安裝在加力頭本體7下部的圓柱形壓頭，所加施力點(diǎn)就在該 圓柱體支輥2與其水平切面的交線處，壓力頭7亦位于兩個(gè)支輥的對稱面上。試樣5放置 于兩個(gè)支輥2所形成的水平支承面上，壓頭7位于焊縫中間的正上面。本實(shí)用新型所用于異種材料焊接彎曲性能測試裝置其組成結(jié)構(gòu)如下如圖1所示，在導(dǎo)軌底座1上固定有左右對稱布置的兩支輥2，支輥下方的底座上 分布有底座固定螺栓，支輥固定螺栓。在兩支輥的中部設(shè)有一支輥定位軸9，以防止在做彎 曲實(shí)驗(yàn)時(shí)兩支輥跨距發(fā)生變化。支輥的上端面為圓柱體3，在支輥上端通過圓柱體與左右對 稱兩動(dòng)態(tài)同步固定翼板4連接，在兩動(dòng)態(tài)同步固定翼板4上同時(shí)裝有試件緊固螺栓6，對其 上部承載的焊接接頭試件5實(shí)行動(dòng)態(tài)緊固定位作用，防止試件5在做彎曲實(shí)驗(yàn)過程中左右 移動(dòng)，試件緊固螺栓6在實(shí)驗(yàn)中受剪切應(yīng)力。動(dòng)態(tài)同步固定翼板4在試驗(yàn)過程中可沿試件 一起沿支撐板末端軸做圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也有纏繞導(dǎo)向的作用讓試件纏向壓頭7的邊緣，并 能使試件5跟其上部做彎曲實(shí)驗(yàn)時(shí)施加壓力的加力頭7始終保持在同一軸心線上，加力頭 本體下部為試驗(yàn)的主要著力點(diǎn)滾動(dòng)壓頭8，滾動(dòng)壓頭8通過線接觸與試件發(fā)生作用，壓頭可 以自由滾動(dòng)。試驗(yàn)過程中加力頭移動(dòng)時(shí)兩支輥上的動(dòng)態(tài)翼板同步移動(dòng)并沿著支輥頂端的軸做 圓周運(yùn)動(dòng)，試件與支輥上部的圓柱體的切線部位同步下移，此時(shí)試件開始發(fā)生彎曲變形。本實(shí)用新型發(fā)明了一種用于測試異種材料焊接與連接接頭彎曲性能裝置，具體 由以下試驗(yàn)步驟完成。1.首先制備圓形、方形、長方形或多邊形橫截面焊接接頭試樣5，可搭接或?qū)印?彎曲表面不得有劃痕，方形和長方形試樣的棱邊應(yīng)銼圓，試樣拉伸面棱角應(yīng)加工成圓角。2.表面處理試樣加工的最后工序應(yīng)采用機(jī)加工或磨削，其目的是為了避免材料的表面變形硬化或過熱。在試驗(yàn)的長度范圍內(nèi)，試樣表面應(yīng)沒有橫向劃痕或切痕，試樣表面 應(yīng)進(jìn)行機(jī)加工，超出的焊縫金屬除去。3.試樣非測試區(qū)打上固定孔，通常選用小直徑孔5mm-16mm根據(jù)具體板厚而定。4.接下來選擇試驗(yàn)參數(shù)，試驗(yàn)溫度10 35°C;壓頭加載速度通常選擇2mm/min (具 體材料試件試驗(yàn)參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行)；跨距不能大于d (壓頭厚度)+3a (試件厚度)；5.啟動(dòng)橫梁加載系統(tǒng)，壓力頭7開始移動(dòng)兩支輥上的動(dòng)態(tài)翼板5同步移動(dòng)并沿著 支輥頂端的軸做圓周運(yùn)動(dòng)，試件5與支輥上部的圓柱體3的切線部位同步下移，此時(shí)試件開 始發(fā)生彎曲變形。6.期間在兩對稱支輥2之間的試件5不發(fā)生左右偏移保證焊接試件的焊縫中心線 與加力頭7在同一鉛垂面上，彎曲試驗(yàn)得以順利進(jìn)行。7.當(dāng)控制顯示系統(tǒng)顯示到達(dá)相應(yīng)彎曲角或彎曲率要求時(shí)，試驗(yàn)機(jī)停止加載，試驗(yàn) 完成。8.對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評定Al完好試樣彎曲處的外表面金屬基體上無肉眼可見因彎曲變形產(chǎn)生的缺陷時(shí) 稱為完好；A2微裂紋試樣彎曲外表面金屬基體上出現(xiàn)的細(xì)小裂紋，其長度不大于2mm，寬度 不大于0. 2mm時(shí)稱為微裂紋。A3裂紋試樣彎曲外表面金.屬基體上出現(xiàn)開裂，其長度大于2mm，而小于等于 5mm,寬度大于0. 2mm,而小于等于0. 5mm時(shí)稱為裂紋。A4裂縫試樣彎曲外表面金屬基體上出現(xiàn)明顯開裂，其長度大于5mm，寬度大 于。-5mm時(shí)稱為裂縫。A5裂斷試樣彎曲外表面出現(xiàn)沿寬度貫穿的開裂，其深度超過試樣厚度的三分之 一時(shí)稱為裂斷。通過以上裝置物理性能相差很大的異種材料焊接接頭也能在現(xiàn)有萬能力學(xué)性能 試驗(yàn)機(jī)上利用加載系統(tǒng)，控制輸出系統(tǒng)完成試驗(yàn)。工程實(shí)踐中對于不同板厚的材料應(yīng)選用 不同壓力頭直徑的壓頭和支輥來完成試驗(yàn)，具體匹配標(biāo)注這里不多贅述，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中有。實(shí)施例子紫銅與45號鋼的薄板焊接件紫銅與45號鋼的薄板焊接件分兩組試驗(yàn)試樣完成試驗(yàn)，試樣寬度均為15. 000，厚 度均為3. 000，試驗(yàn)裝置跨度均選擇22. 000mm，A組采用已有技術(shù)和裝置在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn) 行試驗(yàn)；B組采用本實(shí)用新型裝置在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。試樣非測試區(qū)域轉(zhuǎn)緊固孔，孔徑為5mm，然后進(jìn)行試件表面處理后，再將試樣裝夾 在試樣臺上，壓頭加載速度選用2mm/min，在加載裝置、控制輸出系統(tǒng)以及測試裝置下完成 試樣。最后得出以下試驗(yàn)結(jié)果A組未使用本實(shí)用新型的試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告名稱跨距(mm)寬度(mm)高度(mm)參數(shù)22. 00015. 0003. 000權(quán)利要求1.一種用于異種材料焊接與連接的接頭彎曲性能測試裝置，包括導(dǎo)軌底座、支輥、加力 頭，其特征在于在兩支輥的中部設(shè)有支輥定位軸，支輥的上端面為圓柱體，在支輥上端圓 柱體與兩左右對稱分布的動(dòng)態(tài)同步固定翼板連接；在兩動(dòng)態(tài)同步固定翼板上同時(shí)裝有試件 緊固螺栓，對其承載的焊接接頭試件實(shí)行動(dòng)態(tài)緊固定位作用，并能使試件焊接接頭始終保 持跟上部加力頭在同一軸心線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于所述的兩個(gè)相對支輥，其支撐點(diǎn)位置 為滾動(dòng)圓柱體與試件相切的交線，在圓柱體四分一之處開有鍵槽，翼板通過鍵槽與圓柱體 連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于支輥上兩動(dòng)態(tài)同步固定翼板采用硬 度高的高強(qiáng)鋼制成以保證其在彎曲過程中不變形，從而很好的完成支撐和導(dǎo)向作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于在試驗(yàn)過程中加力頭對試件施加壓 力時(shí)，兩支輥上的動(dòng)態(tài)翼板同步移動(dòng)并沿著支輥頂端的軸做圓周運(yùn)動(dòng)，試件與支輥上部的 圓柱體的切線部位同步下移，此時(shí)試件開始發(fā)生彎曲變形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于所述的在兩動(dòng)態(tài)同步固定翼板裝有 對其上部承載的焊接接頭試件實(shí)行動(dòng)態(tài)緊固定位作用的緊固螺栓，防止試件在做彎曲實(shí)驗(yàn) 過程中左右移動(dòng)，試件緊固螺栓在實(shí)驗(yàn)中受剪切應(yīng)力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于動(dòng)態(tài)同步固定翼板在試驗(yàn)過程中可 沿試件一起沿支撐板末端軸做圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也有纏繞導(dǎo)向的作用讓試件纏向壓頭的邊 緣，并能使試件跟其上部做彎曲實(shí)驗(yàn)時(shí)施加壓力的加力頭始終保持在同一軸心線上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于測量異種材料彎曲力學(xué)性能指標(biāo)的測量裝置，解決了萬能試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)作業(yè)時(shí)試件焊縫中心不能始終與壓頭按試驗(yàn)要求保持在同一鉛垂面的難題。其技術(shù)方案是在裝置的兩支輥上對稱分布兩翼板，支撐異種金屬試件，防止試件在彎曲過程中左右移動(dòng)，同時(shí)也有纏繞導(dǎo)向的作用彎曲過程中使試件纏向壓頭的邊緣，支撐翼板在試驗(yàn)過程中可沿試件一起沿支撐板末端軸做弧線運(yùn)動(dòng)。在兩支撐板及其緊固系統(tǒng)的作用下試件可始終保持跟壓頭在同一軸線上。在裝置的幫助下物理性能相差很大的異種材料也能用現(xiàn)有萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)完成試驗(yàn)。很大程度上提高了萬能試驗(yàn)機(jī)在對異種材料焊接與連接接頭彎曲力學(xué)性能的測試，大大節(jié)約時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。
文檔編號G01N3/20GK201828468SQ20102028403
公開日2011年5月11日 申請日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者張健 申請人:張健