T型焊接接头双向拉伸疲劳试样、试验装置及试验方法与流程

t型焊接接头双向拉伸疲劳试样、试验装置及试验方法
技术领域
1.本发明涉及材料性能检测技术领域，具体的说是一种t型焊接接头双向拉伸疲劳试样、试验装置及试验方法。


背景技术：

2.t型焊接是一种常用的焊接形式，其结构包含底板和立板，通常在立板一边开坡口，垂直焊接在底板上，此类焊接形式在船舶、飞机和机械结构等领域有广泛使用。鉴于t型焊接接头的结构形式，其服役时底板和立板两个方向上同时受载，焊接位置存在应力集中，叠加焊缝周围显微组织不均匀和焊接残余应力，易在焊趾处产生开裂，因此在进行相关材料和工艺研发和生产时有必要开展t型焊接接头性能测试。
3.现有测试技术主要有弯曲和拉伸性能测试，如公开号为cn108801802a的中国专利采用固定t型焊接接头底板，施加垂直于立板的压力进行弯曲性能测试；公开号为cn206235520u的中国专利采用三点弯曲方式进行t型焊接接头的弯曲性能测试；公开号为cn207610903u的中国专利公布了一种t型焊接接头拉伸试验件，可用于考核t型焊接接头抗拉性能；公开号为cn201555766u的中国专利公布了一种t型焊接试样拉伸试验夹具，可对t型焊接试样进行拉伸性能测试；公开号为cn208304865u的中国专利公布了一种t型焊接接头力学性能测试基座夹紧装置，可在测试时快速夹紧t型接头试样；公开号为cn212674613u的中国专利公布了一种t型焊接接头试样基座夹紧装置，可进行多角度力学性能测试；公开号为cn112577820a的中国专利公布了一种t型焊接接头拉伸试验方法，可用于t型方管焊接接头的抗拉强度测试。
4.上述针对t型焊接接头的测试方法，均属于静强度性能测试。在实际服役条件下，焊接结构往往承受周期性载荷，在服役一段时间后突然产生破坏，呈现疲劳破坏特征，因此需要对t型焊接接头的疲劳性能进行考核。公开号为cn102192858a的中国专利，采用经验公式计算t型焊接接头的疲劳特性，但是缺少实体试样的测试方法；公开号为cn209589669u的中国专利设计了专用夹具，可对t型焊接接头进行疲劳性能测试，但是只能在立板方向加载，对t型焊接结构疲劳性能考核不够全面。
5.目前尚缺少在t型焊接接头疲劳试样的两个方向上同时加载的疲劳试验测试方法，针对该问题，需要寻找新方法来对t型焊接接头的疲劳性能进行考核。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术中的问题，本发明提供一种t型焊接接头双向拉伸疲劳试样、试验装置及试验方法，以解决现有测试技术中缺少对t型焊接接头底板和立板两个方向上同时加载，并进行疲劳性能测试的问题。
7.为了实现上述第一个目的，本发明提供的双向拉伸疲劳试样的具体方案为：一种t型焊接接头双向拉伸疲劳试样，t型的疲劳试样呈中心对称结构，所述疲劳试样包括底板以及垂直焊接于底板中心的立板，所述底板包括设于中部的横向工作段以及
设于两端部的横向夹持段，横向工作段和两横向夹持段均通过过渡圆弧相连接；所述立板包括与横向工作段相连接的垂向工作段以及设于自由端部的垂向夹持段，垂向工作段与垂向夹持段之间也通过过渡圆弧相连接；所述横向夹持段和垂向夹持段上均设有圆孔。
8.进一步地，横向工作段与横向夹持段之间、垂向工作段与垂向夹持段之间均为一体成型。
9.进一步地，所述横向工作段的宽度小于横向夹持段的宽度，所述垂向工作段的宽度小于垂向夹持段的宽度。
10.为了实现上述第二个目的，本发明提供的试验装置的具体方案为：一种t型焊接接头双向拉伸疲劳试验装置，所述试验装置与疲劳试验机相配合能够对上述的疲劳试样进行双向拉伸疲劳测试，所述试验装置包括一横向反力组件、一横向拉伸组件、一垂向拉伸组件以及一对垂向反力组件，横向反力组件与横向拉伸组件能够相互配合以对底板施加横向拉力，垂向拉伸组件和垂向反力组件能够相互配合以对立板施加垂向拉力；其中，横向反力组件与横向拉伸组件能够分别与两横向夹持段相连接，垂向拉伸组件能够与垂向夹持段相连接，一对垂向反力组件能够以立板为中心悬设于横向工作段上。
11.进一步地，所述垂向拉伸组件包括垂向拉伸支座、连接螺栓i、垂向拉伸连接杆以及垂向拉伸法兰，所述垂向拉伸支座中部设有u型槽，所述垂向拉伸支座的两平行侧壁上均设有连接孔i，所述连接螺栓i能够穿过连接孔i和垂向夹持段上的圆孔以将垂向拉伸组件与立板相连接，所述垂向拉伸支座底壁中心固定连接有垂向拉伸连接杆，所述垂向拉伸连接杆与垂向拉伸法兰的中心孔螺纹连接，所述垂向拉伸连接杆的自由端与疲劳试验机的垂向作动器螺纹连接。
12.进一步地，所述横向拉伸组件包括横向拉伸支座、连接螺栓ii、横向拉伸连接杆以及横向拉伸法兰，所述横向拉伸支座中部设有u型槽，所述横向拉伸支座的两平行侧壁上均设有连接孔ii，所述连接螺栓ii能够穿过连接孔ii和一横向夹持段上的圆孔以将横向拉伸组件与底板的一端相连接，所述横向拉伸支座底壁中心固定连接有横向拉伸连接杆，所述横向拉伸连接杆与横向拉伸法兰的中心孔螺纹连接，所述横向拉伸连接杆的自由端能够与疲劳试验机的横向作动器螺纹连接。
13.进一步地，所述横向反力组件包括横向反力支座、连接螺栓iii、连接螺栓iv、反力接头顶丝、滑动板以及连接板，滑动板能够与反力架相连接，所述连接板与滑动板可拆卸连接，所述横向反力支座包括一竖板以及两平行设置且与竖板垂直固定连接的横板，竖板通过反力接头顶丝和连接螺栓iv与连接板实现可拆卸连接，两横板上均设有连接孔iii，所述连接螺栓iii能够穿过连接孔iii和另一横向夹持段上的圆孔以将横向反力组件与底板的另一端相连接。
14.进一步地，所述垂向反力组件包括垂向反力支座、支辊、垂向反力连接杆、垂向反力法兰以及t型接头，所述垂向反力支座中部设有u型槽，所述垂向反力支座与穿设于其平行侧壁上的支辊相配合能够将横向工作段卡在u形槽内，所述垂向反力支座底壁中心固定连接有垂向反力连接杆，所述垂向反力连接杆与垂向反力法兰的中心孔螺纹连接，所述垂
向反力连接杆与t型接头螺纹连接，所述t型接头能够与疲劳试验机的工作台相卡接。
15.进一步地，垂向反力支座的两平行侧壁上设有供支辊穿过的连接孔iv，所述连接孔iv的上下两面均为平面，上下面之间通过圆弧连接。
16.为了实现上述第三个目的，本发明提供的双向拉伸疲劳试样的具体方案为：一种t型焊接接头双向拉伸疲劳试验方法，其特征在于，其是借助于上述试验装置与疲劳试验机配合完成的，所述试验方法包括如下步骤：第一、将垂向拉伸连接杆与疲劳试验机的垂向作动器连接，并使用垂向拉伸法兰和法兰顶丝进行固定，将疲劳试样的立板穿入垂向拉伸支座的u型槽中，使用连接螺栓i穿过垂向拉伸支座上的连接孔i和立板上的圆孔，将立板与所述垂向拉伸组件相连接；第二、将t型接头置于疲劳试验机工作台的t型槽内，使用垂向反力法兰和法兰顶丝固定垂向反力支座和垂向反力连接杆，调整疲劳试验机的垂向作动器，使底板的横向工作段移至垂向反力支座的u形槽内，将支辊从垂向反力支座的连接孔iv中穿过，将底板卡在垂向反力支座和支辊之间；第三、将横向反力组件中的滑动板连接到反力架上，所述连接板与滑动板通过螺栓连接，将横向反力支座通过反力接头顶丝和连接螺栓iv与连接板相连；通过调节反力接头顶丝和连接螺栓iv，使横向反力支座的连接孔iii与底板横向夹持段一端上的圆孔相合，将连接螺栓iii穿过横向反力支座和底板，使底板的一端与横向反力组件相连接；第四、将横向拉伸组件中的横向拉伸连接杆与疲劳试验机的横向作动器连接，并通过横向拉伸法兰和法兰顶丝固定；调节疲劳试验机的横向作动器，使所述横向拉伸支座的连接孔ii与底板另一端的圆孔相合，将连接螺栓ii穿过横向拉伸支座和底板，将底板另一端与所述横向拉伸组件连接；第五、调节疲劳试验机的垂向作动器和横向作动器，即可进行疲劳试验。
17.有益效果：与现有的t型焊接接头疲劳试样、试验装置和试验方法比较，本发明主要具有以下优点：（1）可双向加载——本发明所述双向拉伸疲劳试样和试验装置可在t型焊接接头底板和立板两个方向上同时施加载荷，进行疲劳性能测试；（2）适用性广——本发明所述试验装置，可以采用不同尺寸的试样，既可使用双向加载，也可仅一个方向施加载荷，根据实际需要进行疲劳、拉伸或三点弯曲性能测试；（3）易操作——本发明所述的试验装置采用分体式设计，采用插销方式将支辊或连接螺栓与支座相配合连接疲劳试样和试验装置，通过反力接头顶丝和疲劳试验机作动器调整试样对中，试样安装简便易行。
18.综上可知，本发明所述的一种t型焊接接头双向拉伸疲劳试样、试验装置和试验方法，具有可双向加载、适用性广和易操作等优点，适用于t型焊接接头的疲劳性能测试。
附图说明
19.图1为本发明中试验装置的结构示意图。
20.图2为本发明中试验装置的分解示意图。
21.图3为图2中a处的放大图。
22.图4为本发明中疲劳试样的结构示意图。
23.图示标记：1、工作台；2、垂向反力组件，201、t型接头，202、垂向反力连接杆，203、垂向反力法兰，204、垂向反力支座，2041、连接孔iv，205、支辊；3、横向反力组件，301、滑动板，302、连接板，303、横向反力支座，3031、竖板，3032、横板，30321、连接孔iii，304、反力接头顶丝，305、连接螺栓iv，306、连接螺栓iii；4、垂向拉伸组件，401、垂向拉伸连接杆，402、垂向拉伸法兰，403、垂向拉伸支座，4031、连接孔i，404、连接螺栓i；5、疲劳试样，501、底板，5011、横向工作段，5012、横向夹持段，502、立板，5021、垂向工作段，5022、垂向夹持段；6、横向拉伸组件；601、连接螺栓ii，602、横向拉伸支座，6021、连接孔ii，603、横向拉伸连接杆，604、横向拉伸法兰；7、圆孔；8、法兰顶丝。
具体实施方式
24.下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
25.一种t型焊接接头双向拉伸疲劳试样、试验装置和试验方法，与疲劳试验机配合，可用于对t型焊接接头疲劳试样进行双向拉伸疲劳性能测试，下述对其进行详细阐述。
26.、关于疲劳试样一种t型焊接接头双向拉伸疲劳试样，请参考图4，疲劳试样5呈中心对称的t型结构，所述疲劳试样5包括底板501以及垂直焊接于底板501中心的立板502，所述底板501包括设于中部的横向工作段5011以及设于两端部的横向夹持段5012，横向工作段5011和两横向夹持段5012均通过过渡圆弧相连接；所述立板502包括与横向工作段5011相连接的垂向工作段5021以及设于自由端部的垂向夹持段5022，垂向工作段5021与垂向夹持段5022之间也通过过渡圆弧相连接；所述横向夹持段5012和垂向夹持段5022上均设有圆孔7。
27.详细地，横向工作段5011与横向夹持段5012之间、垂向工作段5021与垂向夹持段5022之间均为一体成型。
28.其中，底板501和立板502的厚度按实际需求设计，可保持一致也可不一致，所述横向工作段5011的宽度小于横向夹持段5012的宽度，所述垂向工作段5021的宽度小于垂向夹持段5022的宽度，所述横向工作段5011和垂向工作段5021的截面均为矩形。
29.、关于试验装置一种t型焊接接头双向拉伸疲劳试验装置，请参考图1-图4，所述试验装置与疲劳试验机相配合能够对上述的疲劳试样进行双向拉伸疲劳测试，所述试验装置包括一横向反力组件3、一横向拉伸组件6、一垂向拉伸组件4以及一对垂向反力组件2，横向反力组件3与
横向拉伸组件6能够相互配合以对底板501施加横向拉力，垂向拉伸组件4和垂向反力组件2能够相互配合以对立板502施加垂向拉力；其中，横向反力组件3与横向拉伸组件6能够分别与两横向夹持段5012相连接，垂向拉伸组件4能够与垂向夹持段5022相连接，一对垂向反力组件2能够以立板502为中心悬设于横向工作段5011上。
30.详细地，所述垂向拉伸组件4包括垂向拉伸支座403、连接螺栓i404、垂向拉伸连接杆401以及垂向拉伸法兰402，所述垂向拉伸支座403中部设有u型槽，所述垂向拉伸支座403的两平行侧壁上均设有连接孔i 4031，所述连接螺栓i404能够穿过连接孔i 4031和垂向夹持段5022上的圆孔7以将垂向拉伸组件4与立板502相连接，所述垂向拉伸支座403底壁中心固定连接有垂向拉伸连接杆401，所述垂向拉伸连接杆401与垂向拉伸法兰402的中心孔螺纹连接，所述垂向拉伸连接杆401的自由端与疲劳试验机的垂向作动器螺纹连接。
31.所述横向拉伸组件6包括横向拉伸支座602、连接螺栓ii 601、横向拉伸连接杆603以及横向拉伸法兰604，所述横向拉伸支座602中部设有u型槽，所述横向拉伸支座602的两平行侧壁上均设有连接孔ii 6021，所述连接螺栓ii601能够穿过连接孔ii 6021和一横向夹持段5012上的圆孔7以将横向拉伸组件6与底板501的一端相连接，所述横向拉伸支座602底壁中心固定连接有横向拉伸连接杆603，所述横向拉伸连接杆603与横向拉伸法兰604的中心孔螺纹连接，所述横向拉伸连接杆603的自由端能够与疲劳试验机的横向作动器螺纹连接。
32.所述横向反力组件3包括横向反力支座303、连接螺栓iii 306、连接螺栓iv 305、反力接头顶丝304、滑动板301以及连接板302，滑动板301能够与疲劳试验机的反力架相连接，所述连接板302与滑动板301可拆卸连接，所述横向反力支座303包括一竖板3031以及两平行设置且与竖板3031垂直固定连接的横板3032，竖板3031通过反力接头顶丝304和连接螺栓iv 305与连接板302实现可拆卸连接，两横板3032上均设有连接孔iii 30321，所述连接螺栓iii 306能够穿过连接孔iii 30321和另一横向夹持段5012上的圆孔7以将横向反力组件3与底板501的另一端相连接。
33.详细地，所述横向反力支座303与连接板302之间的距离可以通过反力接头顶丝304和连接螺栓iv 305进行调节，进而满足不同长度的疲劳试样5连接时的对中要求。
34.所述垂向反力组件2包括垂向反力支座204、支辊205、垂向反力连接杆202、垂向反力法兰203以及t型接头201，所述垂向反力支座204中部设有u型槽，所述垂向反力支座204与穿设于其平行侧壁上的支辊205相配合能够将横向工作段5011卡在u形槽内，所述垂向反力支座204底壁中心固定连接有垂向反力连接杆202，所述垂向反力连接杆202与垂向反力法兰203的中心孔螺纹连接，所述垂向反力连接杆202与t型接头201螺纹连接，所述t型接头201能够与疲劳试验机的工作台1相卡接。
35.垂向反力支座204的两平行侧壁上设有供支辊205穿过的连接孔iv 2041，所述连接孔iv 2041的上下两面均为平面，上下面之间通过圆弧连接，此设计能够使疲劳试样5在拉伸时，支辊205可自由滚动，消除摩擦力。
36.、关于试验方法一种t型焊接接头双向拉伸疲劳试验方法，其是借助于上述的试验装置与疲劳试验机相配合以对疲劳试样5进行双向拉伸疲劳试验，所述试验方法包括如下步骤：
第一、将垂向拉伸连接杆401与疲劳试验机的垂向作动器连接，并使用垂向拉伸法兰402和法兰顶丝8进行固定，将疲劳试样5的立板502穿入垂向拉伸支座403的u型槽中，使用连接螺栓i 404穿过垂向拉伸支座403上的连接孔i 4031和立板502上的圆孔7，将立板502与所述垂向拉伸组件4相连接；第二、将t型接头201置于疲劳试验机工作台1的t型槽内，使用垂向反力法兰203和法兰顶丝8固定垂向反力支座204和垂向反力连接杆202，调整疲劳试验机的垂向作动器，使底板501的横向工作段5011移至垂向反力支座204的u形槽内，将支辊205从垂向反力支座204的连接孔iv 2041中穿过，将底板501卡在垂向反力支座204和支辊205之间；第三、将横向反力组件3中的滑动板301连接到反力架上，所述连接板302与滑动板301通过螺栓连接，将横向反力支座303通过反力接头顶丝304和连接螺栓iv 305与连接板302相连；通过调节反力接头顶丝304和连接螺栓iv 305，使横向反力支座303的连接孔iii 30321与底板501横向夹持段5012一端上的圆孔7相合，将连接螺栓iii 306穿过横向反力支座303和底板501，使底板501的一端与横向反力组件3相连接；第四、将横向拉伸组件6中的横向拉伸连接杆603与疲劳试验机的横向作动器连接，并通过横向拉伸法兰604和法兰顶丝8固定；调节疲劳试验机的横向作动器，使所述横向拉伸支座602的连接孔ii 6021与底板501另一端的圆孔7相合，将连接螺栓ii 601穿过横向拉伸支座602和底板501，将底板501另一端与所述横向拉伸组件6连接；第五、调节疲劳试验机的垂向作动器和横向作动器，即可进行疲劳试验。
37.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非随本发明作任何形式上的限制。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。