[发明专利]基于可调刚性拘束的焊接接头冷裂倾向试验装置及其应用

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，更加具体的说，涉及基于可调刚性拘束的焊接接头冷裂 倾/热裂纹倾向试验装置，特别是涉及一种基于可调刚性拘束，针对焊接接头冷裂/热裂倾 向试验装置。

背景技术

裂纹是焊接接头中最常见的缺陷，许多大型工程结构中焊接接头开裂是由焊接冷裂 纹或热裂纹引起。对于海洋工程结构，海上平台导管架、桩腿等焊接接头中也时有发生 冷裂/热裂纹发生，造成巨大的经济损失。目前，大量新型高强度钢在海洋工程结构中应 用，焊接施工中裂纹问题越来越突出，而焊接裂纹的滞后性使其危害性尤为严重。因此， 如何定量地确定钢材的开裂倾向，一直是焊接工作者面临的一个难题。出于试验简单易 操作、成本低的目的，我国应用斜Y坡口拘束试验和插销试验较多，这两种方法都曾被 制定为我国国家标准。然而，这两种试验方法不能模拟实际结构焊接时的真正拘束度， 该局限性导致试验结果不能反映钢材真正的开裂倾向，因此我国关于这两种试验的标准 均已被废止，目前国内没有制定相关的新标准。

实际上，国际上已经提出了能考虑实际拘束度的焊接冷裂试验方法，即荷兰学者 A.T.Fikkers于1974年提出的刚性拘束裂纹试验方法，简称RRC试验。RRC试验可模 拟焊件在冷却过程中所产生的拘束反作用力，比较真实地反映焊接接头的受力状态，因 此能够定量地确定被试钢材产生裂纹的临界拘束应力或临界拘束度，用来判断实际焊接 接头的冷裂倾向。但是该试验方法仅能用于焊接冷裂纹试验，且刚性拘束的调节必须通 过改变试样的尺寸解决。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于可调刚性拘束的焊接接头裂 纹倾向试验装置，在焊接接头冷却过程中，以靠自身收缩产生的应力为基础，模拟焊接 接头承受的外部拘束条件。试验过程中焊接试件保持固定的拘束长度，就像焊接接头两 端被刚性固定一样，因此成为刚性拘束裂纹(RRC)试验。该RRC试验方法的核心是通 过RRC试验获得钢材发生冷裂纹时的临界拘束应力σ_cr，然后用实际结构实测或计算得 到的拘束应力σ比较。若σ_cr≥σ，则不产生裂纹；若σ_cr≤σ，则产生裂纹。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

基于可调刚性拘束的焊接接头冷裂倾向试验装置，包括底座，移动夹具，固定夹具， 第一支撑板，油缸，导向柱，第二支撑板，载荷传感器，滑块，第一位移传感器和第二 位移传感器，其中：

在底座上设置第一支撑板和第二支撑板，第一支撑板和第二支撑板之间连接有沿水 平方向设置的导向柱；在导向柱上设置有滑块，可沿着导向柱进行移动，在滑块上设置 移动夹具，伴随着滑块沿着导向柱进行移动；在底座上设置油缸，且油缸输出轴与滑块 的中央位置相连，以使油缸能够通过输出轴带动滑块在导向柱的方向上进行移动；在第 二支撑板上设置载荷传感器，且固定夹具与第二支撑板固定相连，当油缸通过输出轴带 动滑块在导向柱的方向上进行移动时，移动夹具产生相对于固定夹具的靠近或者远离的 运动，试样之间产生压缩或者拉伸的载荷，由于固定夹具与第二支撑板固定相连，恰由 载荷传感器予以采集；固定夹具和移动夹具相对设置，两者的大小一致且与导向柱的距 离一致，以使固定夹具和移动夹具分别固定的两块试样之间的焊缝稳定在一个垂直于导 向柱的平面内；

第一位移传感器通过第一位移传感器支架分别与两块试样相连，且第一位移传感器 支架横跨两个试样和焊缝，以使第一位移传感器能够采集因为焊缝焊接造成的两块试样 的形变；第二位移传感器通过第二位移传感器支架分别与两块试样相连，且第二位移传 感器支架横跨两个试样和焊缝，以使第二位移传感器能够采集因为焊缝焊接造成的两块 试样的形变；

载荷传感器，第一位移传感器和第二位移传感器分别与数据采集卡相连，数据采集 卡与控制器相连，控制器与油缸相连，以控制油缸输出轴的动作。

在上述技术方案中，控制器为计算机。

在上述技术方案中，油缸设置在第一支撑板的外侧。

在上述技术方案中，采用伺服油泵与油缸相连，伺服油泵打出的高压油经过精滤油 器进入油缸的配流座，进入配流座的油一方面经伺服阀用于对系统施加试验力(由输出 轴带动滑块运动)；另一方面进入到储能器，用以减少系统油压的波动；伺服油泵的控 制系统是全数字式控制器，该控制器采用PIDS控制模式。