大载荷宽厚板拉伸试验性能方法及其试验装置的制造方法
【专利说明】大载荷宽厚板拉伸试验性能方法及其试验装置
[0001]本发明是申请号为201310025308.7，申请日为2013年I月23日，发明创造名称为“大载荷宽厚板拉伸性能试验方法及其试验装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及用机械应力测试固体材料的强度特性的方法或设备，尤其涉及通过液压施加稳定的张力或压力，测试大载荷宽厚板的拉伸性能的试验方法及其试验装置。
【背景技术】
[0003]随着海上物资运输量的不断增加，带动了海运船舶向大型化方向发展，超大型船舶以及航母、深水潜艇的制造都离不开大载荷宽厚钢板的生产，大型集装箱船梁的仓口边缘钢板和上甲板钢板，通常需要使用厚度大于50mm的钢板。对于厚钢板来说，钢板内部的平面应变状态塑性区域变小，在屈服应力的作用下，钢板内部容易产生大应力而使裂纹扩展。为防止脆性断裂，保证船舶的安全性，对船舶中预测可能发生脆性断裂的部位和可能导致大型断裂的重要部位，要求使用具有良好断裂韧性和抑制脆性裂纹传播特性(止裂性)的钢材。因此，也需要对钢材的止裂性进行更多的研究。当前涉及大载荷拉伸试验的有国家标准《对接焊接头宽板拉伸试验方法》和日本、韩国船级社正在推广的钢板的止裂性能试验(ESS0试验或双重拉伸试验)。目前国内外有大型拉伸机，但没有专业的大型止裂性能试验机。日本企业采用在大型宽板拉伸试验机(最大拉伸载荷可达8000吨力)的基础上，自行加装相关附件设备的方法，进行止裂性能试验。
[0004]传统的拉伸试验机都采用大牌坊式立式结构，液压缸安装在牌坊状的机架上，载荷力完全由机架承受，因此，机架必须具备足够的刚度，才能承受试验机对试样施加的载荷。最大试验载荷越高，对机架的要求越高，因此1000吨力以上的传统形式的大型宽/厚板拉伸试验机的造价是相当高昂的。
[0005]中国实用新型专利“液压卧式拉力试验机”(实用新型专利号:ZL200820238937.2授权公告号:CN201331438Y)公开了一种液压式卧式拉力试验机，特别适用于石油钻井和采油提升工件的拉力试验。包括主机、液压控制系统、电子测控系统，主机包括机架、牵引车、牵引车导轨、两个液压缸、滑车、滑车导轨、承拉杆、若干滚动支承，牵引车由牵引车架及滚轮组成。两个液压缸位于牵引车之后，两个液压缸的前、后两端分别与牵引车架、机架连接。滑车由滑车车架及滚轮组成，滑车位于两个液压缸之后。承拉杆从牵引车架中心及两个液压缸之间穿过，前端与牵引车架前端连接，中部由滚动支承支撑，被测试工件平放在滑车车架上，承拉杆后端与被测试工件的一端连接，被测试工件的另一端与机架连接。该实用新型能模拟提升工件的实际工况，具有试验操作便捷，适用范围广的特点。该实用新型根据液压缸在定系统压力的情况下推力较拉力大的特点，利用两个液压缸推力共同作为试验动力，并通过结构转换，变液压缸推力为试验用承拉杆拉力，满足试验功能要求。虽然该实用新型借助两个液压缸的推力产生试验拉力，但该实用新型的技术方案仍然是把全部试验拉力都施加到机架上，因此，仍然无法满足1000吨力以上的大型宽/厚板拉伸试验的要求。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种用于大载荷宽厚板拉伸性能试验方法，能够以相对低廉的成本实现大载荷宽厚板和对接焊接头宽板的拉伸试验，以进行厚板产品的焊接性能和拉伸性能评价。
[0007]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:
[0008]一种大载荷宽厚板拉伸性能试验方法，用于对接焊接头宽板的拉伸试验和厚板拉伸止裂韧性试验，所述的试验方法通过两个同步加压的液压缸对试样施加拉伸张力，其特征在于:
[0009]所述试样的两端分别设有一个受力翼，所述的受力翼与试样组合，构成H型拉伸牵引组件；
[0010]所述的两个液压缸并列置于试样的两侧，液压缸推动H型拉伸牵引组件两端的受力翼，直接在试样的两端产生均布的拉伸力。
[0011]本发明的试验方法的一种较佳的技术方案，其特征在于液压缸的液压回路包括油压传感器，所述的试验方法使用计算机或PLC程序，通过油压传感器，监测和控制液压缸的推力，记录和分析液压缸的推力，获得试样拉力的力-时间曲线。
[0012]本发明的试验方法的一种更好的技术方案，其特征在于所述的试样上设有引伸计或者应变片，所述的试验方法通过引伸计获得位移-时间曲线；或者通过应变片获得试样在拉伸过程中的应变数据。
[0013]本发明的试验方法的一种改进的技术方案，其特征在于所述液压缸的液压回路设置程序控制快速卸荷功能，可以根据试验程序控制液压缸立即卸荷，保持止裂位置；或者在试样拉裂或拉断，油压突然下降时，液压缸自动立即卸荷，保护试验装置安全。
[0014]本发明的另一个目的是提供一种实现上述试验方法使用的大载荷宽厚板拉伸性能试验装置，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:
[0015]一种使用上述试验方法的大载荷宽厚板拉伸性能试验装置，用于对接焊接头宽板的拉伸试验和厚板拉伸止裂韧性试验，所述的试验装置包括两个液压缸；其特征在于:
[0016]所述的试验装置还包括在两个受力翼，每个受力翼的中部设有一个牵引槽；
[0017]所述两个受力翼相对配置在所述液压缸的两端，受力翼的牵引槽互相对正；
[0018]所述试样的两端分别焊接一个T型牵引块，所述的T型牵引块分别嵌入两个受力翼的牵引槽内，与所述的两个受力翼组合构成H型拉伸牵引组件；
[0019]所述的两个液压缸与试样并列，置于试样的两侧，液压缸推动H型拉伸牵引组件两端的受力翼，通过嵌入牵引槽的T型牵引块，给试样施加均布的拉伸力。
[0020]本发明的试验装置的一种优选的技术方案，其特征在于所述的试验装置还包括牵引组件支架，行走轨道和液压缸底座；所述的H型拉伸牵引组件依靠其自身重力非固定地搁置在牵引组件支架上，所述的液压缸通过液压缸底座置于行走轨道上。
[0021]本发明的试验装置的一种改进的技术方案，其特征在于所述的液压缸为短行程液压缸，液压缸安装在液压缸底座上；所述的液压缸的前后两端与受力翼之间配有行程垫片，用于补偿液压缸的行程；所述的行程垫片下方配有垫片底座，使行程垫片与液压缸保持同心；所述的垫片底座置于行走轨道上。
[0022]本发明的试验装置的一种进一步改进的技术方案，其特征在于所述的受力翼的两端设有防冲击拉杆组件，所述的防冲击拉杆组件由两端配有压缩弹簧的长杆和拉杆支架构成，所述的拉杆支架固定在所述的受力翼上，所述的长杆的两端穿过拉杆支架上的孔，与所述的压缩弹簧共同构成机械式缓冲阻尼机构。
[0023]本发明的有益效果是:
[0024]1、本发明的大载荷宽厚板拉伸性能试验方法及其试验装置，能对宽板焊接头或厚板本身进行不减薄的全厚度尺寸拉伸性能测试，并能提供相应的力-时间曲线，或者位移-时间曲线供工艺分析用，最大试样厚度可达80mm以及以上。本发明的试验装置不仅能根据GB/T 13450-92进行接焊接头宽板拉伸试验，只要增加用于形成温度梯度的冷却装置和用于施加冲击力的冲击锤，本发明的试验装置还能够满足厚钢板止裂性能试验(ESSOK验)的要求。
[0025]2、本发明的方法巧妙地利用作用力与反作用力原理，仅通过液压缸顶动两侧受力翼形成对等的拉力，不必通过机架的刚度来传递对试样的载荷，省略了机架，也就完全节省了机架这一部分的昂贵投入。如果试验要求更大的拉力，只需要增大液压缸的直径即可，试验装置的机电液压控制等无需任何改动。
[0026]3、本发明的试验装置的受力翼结构简单，制作简易，可由厚板切割焊接而成，将来在其承受多次负荷后发生变形或焊接处的劣化时，只需要重新取几块厚板切割焊接成型即可。与传统的拉伸试验机相比，本发明的技术方案不仅结构简单可靠，而且造价极低，门槛低，易于实现。
[0027]4、本发明的试验装置装置中，投入最大的也仅仅是两只大直径的液压缸。只需要根据试验要求的力能参数计算选取相应的液压缸直径即可，从几百吨到几千吨拉力，需要变更的仅仅是液压缸的直径，整个试验装置的结构形式都不必改变，试验装置拉力的变化范围不会造成设备造价的巨大变动。
[0028]5、本发明的方法充分利用液压缸无杆腔的力，而不是采用液压缸有杆腔的力来作为对试样的拉力，由于无杆腔面积大于有杆腔面积，在相同油压下产生的力更大，可以减小液压缸的内径，因此也就减少了造价。在不做试验时，液压缸还可挪作它用，从而实现大型设备的重复使用，进一步减少设备成本。
[0029]综上所述，本发明的技术方案通过简化试验装置的结构，省略了现有拉伸试验机的机架这一基本要素，不仅依然保持拉伸试验机原有的全部功能，而且还提高了试验装置的性能，能够灵活改变试验装置的拉力变化范围，能够提供几千吨甚至上万吨的拉力，可以满足宽板焊接头拉伸或厚板止裂试验