[發明專利]基于可調剛性拘束的焊接接頭冷裂傾向試驗裝置及其應用

在審

• 申請號: 201610120701.8
• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN105643131A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 徐連勇;韓永典;荊洪陽;趙雷
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23K31/12
• 分類號: B23K31/12
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，更加具體的說，涉及基于可調剛性拘束的焊接接頭冷裂 傾/熱裂紋傾向試驗裝置，特別是涉及一種基于可調剛性拘束，針對焊接接頭冷裂/熱裂傾 向試驗裝置。

背景技術

裂紋是焊接接頭中最常見的缺陷，許多大型工程結構中焊接接頭開裂是由焊接冷裂 紋或熱裂紋引起。對于海洋工程結構，海上平臺導管架、樁腿等焊接接頭中也時有發生 冷裂/熱裂紋發生，造成巨大的經濟損失。目前，大量新型高強度鋼在海洋工程結構中應 用，焊接施工中裂紋問題越來越突出，而焊接裂紋的滯后性使其危害性尤為嚴重。因此， 如何定量地確定鋼材的開裂傾向，一直是焊接工作者面臨的一個難題。出于試驗簡單易 操作、成本低的目的，我國應用斜Y坡口拘束試驗和插銷試驗較多，這兩種方法都曾被 制定為我國國家標準。然而，這兩種試驗方法不能模擬實際結構焊接時的真正拘束度， 該局限性導致試驗結果不能反映鋼材真正的開裂傾向，因此我國關于這兩種試驗的標準 均已被廢止，目前國內沒有制定相關的新標準。

實際上，國際上已經提出了能考慮實際拘束度的焊接冷裂試驗方法，即荷蘭學者 A.T.Fikkers于1974年提出的剛性拘束裂紋試驗方法，簡稱RRC試驗。RRC試驗可模 擬焊件在冷卻過程中所產生的拘束反作用力，比較真實地反映焊接接頭的受力狀態，因 此能夠定量地確定被試鋼材產生裂紋的臨界拘束應力或臨界拘束度，用來判斷實際焊接 接頭的冷裂傾向。但是該試驗方法僅能用于焊接冷裂紋試驗，且剛性拘束的調節必須通 過改變試樣的尺寸解決。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于可調剛性拘束的焊接接頭裂 紋傾向試驗裝置，在焊接接頭冷卻過程中，以靠自身收縮產生的應力為基礎，模擬焊接 接頭承受的外部拘束條件。試驗過程中焊接試件保持固定的拘束長度，就像焊接接頭兩 端被剛性固定一樣，因此成為剛性拘束裂紋(RRC)試驗。該RRC試驗方法的核心是通 過RRC試驗獲得鋼材發生冷裂紋時的臨界拘束應力σ_cr，然后用實際結構實測或計算得 到的拘束應力σ比較。若σ_cr≥σ，則不產生裂紋；若σ_cr≤σ，則產生裂紋。

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現：

基于可調剛性拘束的焊接接頭冷裂傾向試驗裝置，包括底座，移動夾具，固定夾具， 第一支撐板，油缸，導向柱，第二支撐板，載荷傳感器，滑塊，第一位移傳感器和第二 位移傳感器，其中：

在底座上設置第一支撐板和第二支撐板，第一支撐板和第二支撐板之間連接有沿水 平方向設置的導向柱；在導向柱上設置有滑塊，可沿著導向柱進行移動，在滑塊上設置 移動夾具，伴隨著滑塊沿著導向柱進行移動；在底座上設置油缸，且油缸輸出軸與滑塊 的中央位置相連，以使油缸能夠通過輸出軸帶動滑塊在導向柱的方向上進行移動；在第 二支撐板上設置載荷傳感器，且固定夾具與第二支撐板固定相連，當油缸通過輸出軸帶 動滑塊在導向柱的方向上進行移動時，移動夾具產生相對于固定夾具的靠近或者遠離的 運動，試樣之間產生壓縮或者拉伸的載荷，由于固定夾具與第二支撐板固定相連，恰由 載荷傳感器予以采集；固定夾具和移動夾具相對設置，兩者的大小一致且與導向柱的距 離一致，以使固定夾具和移動夾具分別固定的兩塊試樣之間的焊縫穩定在一個垂直于導 向柱的平面內；

第一位移傳感器通過第一位移傳感器支架分別與兩塊試樣相連，且第一位移傳感器 支架橫跨兩個試樣和焊縫，以使第一位移傳感器能夠采集因為焊縫焊接造成的兩塊試樣 的形變；第二位移傳感器通過第二位移傳感器支架分別與兩塊試樣相連，且第二位移傳 感器支架橫跨兩個試樣和焊縫，以使第二位移傳感器能夠采集因為焊縫焊接造成的兩塊 試樣的形變；

載荷傳感器，第一位移傳感器和第二位移傳感器分別與數據采集卡相連，數據采集 卡與控制器相連，控制器與油缸相連，以控制油缸輸出軸的動作。

在上述技術方案中，控制器為計算機。

在上述技術方案中，油缸設置在第一支撐板的外側。

在上述技術方案中，采用伺服油泵與油缸相連，伺服油泵打出的高壓油經過精濾油 器進入油缸的配流座，進入配流座的油一方面經伺服閥用于對系統施加試驗力(由輸出 軸帶動滑塊運動)；另一方面進入到儲能器，用以減少系統油壓的波動；伺服油泵的控 制系統是全數字式控制器，該控制器采用PIDS控制模式。