[實用新型]一種建立梯度型溫度場使用的低溫裝置

有效

• 申請號: 201720127802.8
• 申請日: 2017-02-13
• 公開（公告）號: CN206531715U
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 宮旭輝;薛鋼;李沖;王濤;馬騫
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: G01N1/42
• 分類號: G01N1/42
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙)41120
• 代理人: 宋晨煒

技術領域

本實用新型涉及一種建立梯度型溫度場使用的低溫裝置，屬于金屬材料抗斷性能測試技術領域。

背景技術

進入二十一世紀以來，為提高效益、降低運營成本，集裝箱船的發展日益趨向大型化和超大型化，目前，19000箱級集裝箱船已投入運營，20000箱級集裝箱船已進入實船建造階段。隨著結構的大型化和超大型化，為滿足剛度和強度要求，船體結構所用鋼板的強度等級和板厚規格也不斷增大，最高強度水平已達460MPa，最大板厚規格趨近100mm。隨著強度的升高和板厚規格的增大，鋼板的抗斷性能下降，安全可靠性問題突出。為保證結構的安全，要求大型集裝箱船關鍵部位用高強度厚鋼板必須具有止裂性能，即結構中一旦產生脆性裂紋，鋼板能夠將其止住，從而避免災難性破壞。為正確評價鋼板的止裂性能，需建立有效的評價試驗方法。

針對集裝箱船用高強度厚鋼板止裂性能評價方法，國際船級社協會（IACS）在其統一要求《超厚板使用要求》（編號：UR S33）中規定，止裂性能可采用梯度溫度型（以下簡稱“梯溫型”）ESSO試驗進行評價。

梯溫型ESSO試驗示意圖如圖1所示。在試驗過程中，首先在試樣中建立梯度型溫度場，待溫度場穩定后，對試樣施加預定應力水平的主拉伸載荷，然后采用沖擊裝置沖擊冷卻至低溫的預制V型缺口，缺口根部在沖擊載荷作用下產生一道脆性裂紋，裂紋隨后擴展進入試樣，通過觀察裂紋在試樣中的擴展和止裂行為評價試樣的止裂性能。

試驗中，為使脆性裂紋從缺口根部順利啟裂，需對缺口部位進行低溫冷卻，同時為建立滿足要求的梯度型溫度場，也需對試樣帶有缺口的一端進行冷卻，這就需要使用合理的低溫槽。而針對ESSO試驗測量船用高強度厚鋼板止裂性能的低溫槽設計，目前還未有公開的報道，也未有相應的專利發布。

實用新型內容

為解決上述技術問題，本實用新型提供一種建立梯度型溫度場使用的低溫裝置，能夠滿足缺口部位脆性裂紋的順利啟裂及梯度型溫度場的建立需求，為實現對止裂性能的有效測試打下基礎。

為實現上述技術目的，所采用的技術方案是：一種建立梯度型溫度場使用的低溫裝置，對長方形試樣長度方向的一端預制V型缺口，V型缺口的V型端口與長度中心線處于一條直線上，低溫裝置由兩個相同的低溫塊、與試樣寬度一致的頂塊、以及緊固機構組成，頂塊設置在兩個低溫塊之間，兩個低溫塊對稱設置在V型缺口處，并通過緊固機構夾緊頂塊貼合試樣的兩側表面設置，低溫塊貼合試樣的一側表面開設有呈“凹”型的低溫槽，低溫槽與試樣表面圍成用于注入冷卻介質的冷卻空腔，冷卻空腔的中心對應試樣長度中心線設置，在低溫塊的頂面上開設兩個冷卻介質進口，其中一個冷卻介質進口通過低溫槽與另一個冷卻介質進口連通，低溫槽向下凹陷的水平平面為上邊緣面，低溫槽的底面為下邊緣面，上邊緣面與試樣的頂面平齊，上邊緣面與下邊緣面之間的距離大于V型缺口的高度。

本實用新型所述的緊固機構由緊固螺母和螺桿組成。

本實用新型有益效果是：

采用本實用新型的低溫槽，能夠實現ESSO試驗中對試樣表面的冷卻過程；同時可實現對試樣兩側表面的同時低溫冷卻，有效保證試樣兩側表面梯度型溫度場的一致性；通過調整頂塊厚度和螺桿長度，可以方便地實現不同厚度試樣的低溫冷卻過程。本實用新型的ESSO試驗低溫槽可為梯度溫度型ESSO試驗測量船用高強度厚鋼板止裂性能提供有效的保證。

（1）能夠實現表面降溫。將低溫槽固定于試樣表面，在槽與試樣表面之間形成密閉空間，通過向槽中加入冷卻介質即可實現表面降溫。

（2）能夠實現同步降溫。采用兩個尺寸相同的保溫槽對試樣兩側表面同時進行低溫冷卻，能夠避免試樣兩側表面溫度場因降溫不同步導致的溫度差異，保證兩側表面溫度場的一致性，進而保證試驗結果的有效性。

（3）固定方式簡單可靠。試驗時，保溫槽采用螺桿連接的方式緊固于試樣表面，能夠保證低溫槽與試樣表面連接的密閉性。

（4）形式簡單，使用成本低。低溫槽形式簡單，原材料可選用市場上現有的3mm薄鋼板，加工方便。同時，對于不同厚度規格的試樣，只需采用相應長度的螺桿及與試樣厚度相同的頂塊即可，不必更換低溫槽，使用成本較低。

附圖說明

圖1為ESSO試驗示意圖；

圖2為本實用新型梯度型溫度場建立示意圖；

圖3為本實用新型測溫位置示意圖；

圖4為本實用新型典型溫度場分布圖；

圖5為本實用新型低溫裝置使用示意圖；

圖6為本實用新型低溫塊的剖視結構示意圖；