低溫槽試件調節定位裝置的制作方法

本發明涉及鋼材和焊接接頭機械性能試驗用裝置的技術領域，尤其涉及一種用于鋼材和焊接接頭低溫斷裂性能評價試驗的低溫槽試件調節定位裝置。

背景技術：
CrackTipOpeningDisplacement(CTOD)裂紋尖端張開位移試驗是一種評價材料和焊接接頭抗斷裂性能的有效方法,是國內外許多標準中的標準試驗方法。CTOD試驗中，用萬能試驗機對預制有疲勞裂紋的試件進行三點彎曲，使預制裂紋擴展實現試件的失穩破壞，是試驗的一個關鍵步驟，該步驟操作過程中，試件預制裂紋對正三點彎曲壓頂頭的精度，直接影響著試驗的精度和有效性。在低溫CTOD試驗時，為了保證試件在試驗過程中保持試驗溫度，試件在試驗過程中必須浸泡在低溫冷卻液中，因此在進行試件失穩破壞試驗步驟時，必須采用雙點下壓，單點上頂的三點彎曲工作方式，試件缺口向上，位移傳感器卡于試件上方缺口兩側擋塊上進行試驗，否則位移傳感器浸泡在低溫溶液中將無法正常工作。現低溫CTOD試驗失穩破壞步驟的操作方式為：將固定有1個單點頂頭的低溫槽搬到萬能試驗機下工作平臺上，調整其位置，使單點失穩破壞頂頭對正對準固定在萬能試驗機上工作平臺上的雙點壓頭；在低溫槽加入適量可淹沒試件的低溫溶液-10～-196℃；試驗人員用夾持工具將預冷至試驗溫度的試件從冷卻箱中取出，放入萬能試驗機的低溫槽中；試驗人員戴上防腐防凍手套，在低溫溶液中操作，扶住試件并調整試件使其預制裂紋缺口對正單點頂頂頭的中心線，操作萬能試驗機使雙點壓頭壓住試件，才可將手放開，從低溫溶液取出，然后檢查試件是否壓正，若頂壓位置不準確，還需松開試件重新調整，直至試件預制裂紋缺口對正低溫槽中的單頂壓頭，并被壓頭壓緊；操作萬能試驗機下壓，進行試件三點彎曲，完成試件失穩破壞和位移測量；將試件從低溫槽中取出，完成整個試件失穩破壞試驗步驟。從試件失穩破壞步驟的整個操作過程來看，在現工作方式和試驗條件下，由于試驗人員須在低溫溶液中人工放置、觀察、調整和扶持試件，存在試件安放位置的準確性不易保證，使試驗精度降低，試驗過程存在人員壓傷和凍傷的安全隱患，工作效率較低等問題。為此，本發明的設計者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設計，綜合長期多年從事相關產業的經驗和成果，研究設計出一種低溫槽試件調節定位裝置，以克服上述缺陷。

技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種低溫槽試件調節定位裝置，其可在低溫CTOD試驗時，代替人手在低溫溶液中的操作，實現試件的機械式調節定位，提高試件安放位置的準確度，從而提高試驗精度和效率，降低試驗過程中人員被壓傷和凍傷的安全風險。為解決上述問題，本發明公開了一種低溫槽試件調節定位裝置，設置于低溫槽的低溫槽體內，其由安裝于低溫槽體內底面中部的限位失穩破壞頂頭組塊、安裝于低溫槽體內底面左右兩端中間位置的兩個翹板組塊和安裝于低溫槽體左右兩側側壁頂面中間位置的兩個調節翹板壓桿組塊組成，其特征在于：所述限位失穩破壞頂頭組塊由失穩破壞頂頭和兩個限位擋片構成，所述失穩破壞頂頭包含底板，所述底板上端中部設有頂頭，所述頂的兩側底板上分別設有階梯通槽，所述限位擋片包含面板，所述面板的兩側下部分別橫向延伸有底腳板以形成U形通槽；所述翹板組塊由翹板支架、翹板和限位螺釘構成，所述翹板支架可拆卸的固定于低溫槽體，所述翹板通過翹板軸可旋轉的安裝于翹板支架，所述翹板上設置限位螺釘；所述調節翹板壓桿組塊由頂架、翹板壓桿、側向調節板、側向調節旋轉軸和偏心圓塊構成，所述頂架可拆卸的固定于低溫槽體，所述側向調節板可調節的安裝于頂架，所述翹板壓桿穿置于頂架以調節翹板的翹起高度，所述側向調節旋轉軸的上端穿置于側向調節板，下端設有偏心圓塊以調節試件的左右位置。其中：所述翹板支架包含支架底板及從支架底板兩側向上延伸的立板，兩側的所述立板的中上部設有同軸通孔以供翹板軸穿置。其中：所述翹板由階梯板和軸套焊接構成，所述階梯板由階梯下板、階梯上板和階梯立板組成，所述階梯下板和階梯上板平行設置且通過階梯立板連接，所述軸套設置于階梯上板和階梯立板形成的夾角位置，階梯上板設有貫通螺孔以供限位螺釘螺旋其中。其中：所述軸套的中心有貫通軸孔，以供翹板軸穿過，從而將翹板支架和翹板可旋轉的連接。其中：所述頂架包含頂架平板，所述頂架平板頂面的一端設有2個固定通孔，所述2個固定通孔之間間隔設有兩螺紋通孔，所述螺紋通孔供側向調節板進行固定，所述兩螺紋通孔之間設有一螺紋固定孔，所述螺紋固定孔供翹板壓桿進行安裝。其中：所述翹板壓桿的下部為光桿，上部為螺紋嚙合于螺紋固定孔的螺桿。其中：所述側向調節板沿板體的長向中軸線設有條狀通槽和圓形孔，所述條狀通槽與所述頂架平板頂面的2個固定通孔配合調節側向調節板的位置，所述圓形孔供側向調節旋轉軸穿置。其中：所述側向調節旋轉軸為階梯軸形，頂部設有軸臺，所述側向調節旋轉軸的底部設有過階梯軸軸線的圓形調節孔，所述偏心圓塊上設有偏心階梯通孔，且在其厚度位置有軸線與偏心通孔軸線相交且垂直的螺紋盲孔。通過上述結構可知，本發明的低溫槽試件調節定位裝置具有如下效果：1、本發明結構簡單緊湊可靠實用；2、實現了試件的機械式調節定位，替代了人手在低溫溶液中的操作，在降低了實驗人員勞動強度、在操作中被壓傷和凍傷的風險的同時，又可提高試件安放位置的準確度，及一次安放準確的成功率，提高了低溫CTOD試驗的試驗精度和效率。本發明的詳細內容可通過后述的說明及所附圖而得到。附圖說明圖1顯示了本發明的低溫槽試件調節定位裝置的軸側圖；圖2顯示了本發明的限位失穩破壞頂頭組塊的軸側圖；圖3顯示了本發明的失穩破壞頂頭的軸側圖；圖4顯示了本發明的限位擋片的軸側圖；圖5是本發明的翹板組塊的軸側圖；圖6是本發明的翹板支架的軸側圖；圖7是本發明的翹板的軸側圖；圖8是本發明的試件左右調節及翹板壓桿組塊的軸側圖；圖9是本發明的頂架的軸側圖；圖10是發明的翹板壓桿的軸側圖；圖11是本發明的側向調節板的軸側圖；圖12是本發明的側向調節旋轉軸的軸側圖；圖13是本發明的安裝示意圖。附圖標記：1.限位失穩破壞頂頭組塊，2.翹板組塊，3.調節翹板壓桿組塊，4.低溫槽體，11.失穩破壞頂頭，12.限位擋片，21.翹板支架，22.翹板，23.翹板軸，24.限位螺釘，31.頂架，32.翹板壓桿，33.側向調節板，34.側向調節旋轉軸，35.偏心圓塊，36.緊定螺釘，37.鎖緊螺釘，100.低溫槽，101.試件。具體實施方式參見圖1和圖13，顯示了本發明的低溫槽試件調節定位裝置。所述低溫槽試件調節定位裝置設置于低溫槽100的低溫槽體4內，其由安裝于低溫槽體4內底面中部的限位失穩破壞頂頭組塊1、安裝于低溫槽體4內底面左右兩端中間位置的兩個翹板組塊2和安裝于低溫槽體4左右兩側側壁頂面中間位置的兩個調節翹板壓桿組塊3組成。其中，圖示以為一個規格550*200*155mm的低溫槽設計的低溫槽試件調節定位裝置為例，對本發明作進一步詳細說明。參見圖2，所述限位失穩破壞頂頭組塊1由失穩破壞頂頭11和兩個限位擋片12構成，參見圖3，所述失穩破壞頂頭11包含底板111、頂頭112和階梯通槽113，所述底板111大致為長方形板狀結構，其上端中部設有頂頭112，所述頂頭112的兩側底板上分別設有貫通于底板的階梯通槽113，所述階梯通槽113優選的截面形狀為凸形，可選的是，所述階梯通槽113位于底板111底面處的槽寬大于底板頂面處槽寬，所述底面上的槽寬可為10mm，所述頂面上的槽寬為6mm；參見圖4，所述限位擋片12的截面為L形，其包含門形的面板121，所述面板121的兩側下部分別橫向延伸有底腳板122，由此，通過面板121和底腳板122形成位于限位擋片12的U形通槽123，且所述兩個底腳板122上分別設有通孔，兩條螺栓穿過限位擋片12兩個底腳板122上的通孔，分別插入失穩破壞頂頭11底板111上的兩個階梯通槽113中，并旋入卡于階梯通槽113中較寬槽的螺母中，從而能將限位擋片12與失穩破壞頂頭11連接，當兩條螺栓與階梯通槽113中的對應螺母為旋松狀態使，可推動限位擋片12沿階梯通槽移動，調整限位擋片12位置，當兩條螺栓與階梯通槽中的對應螺母旋緊，可將兩限位擋片12固定在失穩破壞頂頭11上，以提供試件101的穩固定位。其中，所述失穩破壞頂頭11底板的兩端設有安裝孔114，以將失穩破壞頂頭11可拆卸的固定于低溫槽體4內。參閱圖5，所述翹板組塊2由翹板支架21、翹板22、翹板軸23和限位螺釘24構成，所述翹板支架21可拆卸的固定于低溫槽體4，所述翹板22可通過翹板軸23可旋轉的安裝于翹板支架21，所述翹板22上設置限位螺釘24。參見圖6，所述翹板支架21包含支架底板211及從支架底板兩側向上延伸的立板212，其中，所述支架底板211的中部間隔設有2個沉頭孔214，以實現安裝固定，兩側的所述立板212的中上部設有同軸通孔213，以供翹板軸23穿置。參見圖7，所述翹板22可由階梯板221和軸套225焊接構成，所述階梯板221由階梯下板222、階梯上板223和階梯立板224組成，所述階梯下板222和階梯上板223平行設置且通過階梯立板224連接，所述階梯立板224垂直于所述階梯下板222和階梯上板223且連接處為圓弧過渡連接，所述軸套225可焊接設置于階梯上板223和階梯立板224形成的夾角位置，其中，所述階梯上板223較短且較厚，所述階梯下板222較長且較薄，在階梯上板223的中心附近位置設有個貫通螺孔，以供限位螺釘24螺旋其中，所述軸套225的中心有貫通軸孔226，以供翹板軸23穿過翹板支架21兩側立板上的同軸通孔213和翹板22的軸套225中心的貫通軸孔226，從而將翹板支架21和翹板22可旋轉的連接。由此，當翹板支架21通過2個螺釘固定于低溫槽體4內底面后，下壓翹板22的階梯上板223的端部，翹板22能繞翹板軸23旋轉，使翹板22的階梯下板222的端部翹起，調節限位螺釘24旋入翹板22的長度，可限定翹板22的階梯下板222的端部翹起高度。參閱圖1和圖8-13，所述調節翹板壓桿組塊3由頂架31、翹板壓桿32、側向調節板33、側向調節旋轉軸34和偏心圓塊35構成，所述頂架31可拆卸的固定于低溫槽體4，所述側向調節板33可調節的安裝于頂架31，所述翹板壓桿32穿置于頂架31以調節翹板22的翹起高度，所述側向調節旋轉軸34的上端穿置于側向調節板33，下端設有偏心圓塊35以調節試件101的左右位置。其中，所述側向調節旋轉軸34的上端可通過鎖緊螺釘37固定于側向調節板。參見圖9，所述頂架31包含頂架平板311，所述頂架平板311的下端向下延伸有定位板312，以提供在低溫槽體4上的準確定位，所述頂架平板311頂面的一端設有2個固定通孔313，以用于頂架31在低溫槽體4上的固定，所述2個固定通孔313之間的中心線間隔設有兩螺紋通孔314，所述螺紋通孔314供側向調節板33進行固定，所述兩螺紋通孔314之間設有一螺紋固定孔315，所述螺紋固定孔315可供翹板壓桿32進行安裝，參見圖10，所述翹板壓桿32的下部為光桿，上部為螺紋嚙合于螺紋固定孔315的螺桿，且所述翹板壓桿32的螺桿頂部設為六方形，以更好的定位和固定。參見圖11，所述側向調節板33沿板體331的長向中軸線可設有1個寬8mm長80mm的條狀通槽332和1個圓形孔333，所述條狀通槽332可與所述頂架平板311頂面的2個固定通孔313進行配合，來調節側向調節板33和頂架31之間的固定位置，如圖8所示，兩個穿置于固定通孔313內的螺釘可在條狀通槽332內側向移動，從而通過這種移動來調節側向調節板33的具體位置，所述圓形孔333可供側向調節旋轉軸34穿置，所述調節板33的板體側面1/2厚度位置還可設有軸線與圓形孔333軸線相交且垂直的貫通螺孔。參見圖12，所述側向調節旋轉軸34為階梯軸形，頂部設有軸臺341，且優選為六方形，所述軸臺341的下方設有圓周凹槽342，以通過緊定螺釘36穿過貫通螺孔來將側向調節旋轉軸34進行定位，所述側向調節旋轉軸34的底部設有過階梯軸軸線的圓形調節孔343，所述偏心圓塊35上設有1個偏心距4mm的偏心階梯通孔，且在其圓周面1/2厚度位置，有軸線與偏心通孔軸線相交且垂直的螺紋盲孔。由此，通過螺釘穿過側向調節板33的條狀通槽332旋入頂架31頂面的2個螺紋通孔314，將側向調節板33與頂架31連接，翹板壓桿32的螺桿部分旋入頂架31的螺紋固定孔315，將翹板壓桿32與頂架31連接，將側向調節旋轉軸34插入側向調節板33的圓形孔333中，其軸臺341擋于側向調節板33上表面，將側向調節旋轉軸34的下端插入偏心圓塊35的偏心階梯通孔中，且使偏心圓塊35圓周面上的螺紋盲孔與側向調節旋轉軸34下端的圓形調節孔343對齊，旋入緊定螺釘36，可將偏心圓塊35與側向調節旋轉軸34連接并緊固，用2個鎖緊螺釘37(優選為蝶形螺釘)旋入側向調節板33側面的貫通螺孔，頂在側向調節旋轉軸34的圓周凹槽342上，可固定側向調節旋轉軸34及安裝在其上的偏心圓塊35與側向調節板33的位置，從而將調節翹板壓桿組塊3的各零件組裝成一體。進一步的，用兩個螺釘穿過頂架31頂面的2個固定通孔313，旋入低溫槽體4側壁頂面的螺孔中，可將調節翹板壓桿組塊3固定在低溫槽體4側壁頂面上；旋轉翹板壓桿32頂壓翹板22可調整其翹起高度；調整側向調節板33位置，初步限定試件左右位置，旋轉側向調節旋轉軸34，帶動偏心圓塊35轉動，精細調節試件左右位置。下面簡述本發明在本具體實施中的安裝和工作過程，有助于理解本發明。參閱圖13。以一個預制好裂紋的35*70*350mm試件的在本具體實施中的安裝調節為例說明。將未加注冷卻液的安裝有本發明試件調節定位裝置的低溫槽100安放在萬能試驗機工作平臺上后，首先應分別旋轉固定于低溫槽體4左右兩側側壁頂面中間位置的2個調節翹板壓桿組塊3上的翹板壓桿32，下壓安裝于低溫槽體4內底面左右兩端中間位置的2個翹板組塊2上的翹板22的翹板上板223，使2個翹板22的翹板下板222的端部翹起高度與失穩破壞頂頭11的頂高相同，旋轉2個翹板22上安裝的限位螺釘24，使其頂住低溫槽體4內底面，完成試件101安放高度和水平設置；然后根據試件101的寬度35mm調整限位失穩破壞頂頭組塊1上的2個限位擋片12的位置和間距，旋松緊固2個限位擋片12的4個底腳板處的螺栓，沿失穩破壞頂頭11底板上的2個階梯通槽移動其中1個限位擋片12，使其限位面距失穩破壞頂頭11縱向中分平面17.5mm左右，旋緊該限位擋片12底腳板處對應的2個螺栓，將其固定，將1個未預冷待測的試件101放在2個翹板22兩個翹起端和頂頭構成的3點支撐平面上，并使其一側面靠在已固定限位擋片12限位面上，在試件另一側面放置0.1或0.2mm厚的塞尺，移動另一限位擋片12，使其限位面靠在塞尺上后，旋緊該限位擋片12底腳板處對應的2個螺栓，將其固定，并拔出塞尺，完成試件的前后位置設定；分別松開固定于低溫槽體4左右兩側的試件左右調節及翹板壓桿組塊3上的鎖定側向調節旋轉軸34的2個鎖緊螺釘37，用扳手卡住側向調節旋轉軸34上端的六方形端頭旋轉，使偏心圓塊35圓心與其偏心孔中心的連線與試件101兩端面平行后，旋緊鎖緊螺釘37將側向調節旋轉軸34鎖緊，松開固定2個側向調節板33的4個螺釘，移動側向調節板33，使2個偏心圓塊35靠在試件101的兩個端面上，旋緊2個側向調節板33的4個緊固用螺釘，固定側向調節板33相對于頂架31的位置，完成試件左右位置的粗調；松開2個側向調節旋轉軸34的鎖緊螺釘37，旋轉側向調節旋轉軸34，使偏心圓塊35圓周面距試件101兩端面距離最大，將未預冷待測試件101從安裝有試件調節定位裝置的低溫槽100中取出，在其中加入適量冷卻液；將預冷的試件101放入并淹沒在安裝有試件調節定位裝置的低溫槽100中，試件下平面置于2個翹板22的兩個翹起端和頂頭頂構成的3點支撐平面上，試件前后面位于2個限位擋片12間，試件左右兩端位于2個偏心圓塊35之間；旋轉2個側向調節旋轉軸34，調節試件101左右位置，使試件裂紋缺口對正單點頂頭軸線后，旋緊相應的鎖緊螺釘37將側向調節旋轉軸34鎖定；操作萬能試驗機上的雙點壓頭下降，使試件101壓定在雙點壓頭和低溫槽體4中部的失穩破壞頂頭11間后，旋起2個翹板壓桿32，2個翹板22的翹起端高度自動下降，直至2個翹板的下板落于低溫槽體4內底面上，松開2個側向調節旋轉軸34的鎖緊螺釘37，旋轉2個側向調節旋轉軸34，使2個偏心圓塊35圓周面距試件101兩端面距離最大后，鎖定2個側向調節旋轉軸34；在試件上表面安裝位移傳感器，操作萬能試驗機上的雙點壓頭下壓，至試件101失穩破壞，旋下2個翹板壓桿32，使2個翹板22的翹起端拖住已被壓彎的試件101后，操作萬能試驗機上的雙點壓頭上升，用夾鉗將試件101從冷卻液中夾出并移走，從而完成一個試件的失穩破壞步驟；進行下一同尺寸試件的失穩破壞時，不需放空冷卻液，設置試件前后、左右初步位置和高度設置，只需先旋下2個翹板壓桿32，使其上的限位螺釘24頂在低溫槽體4內底面上，即可保證2個翹板22下板端部翹起高度與失穩破壞頂頭11頂等高，然后如前一試件一樣進行其余調節和壓彎操作。經應用表明，本發明的試件調節定位裝置結構簡單緊湊可靠實用，替代了人手在低溫溶液中的操作，使實驗人員勞動強度和在操作中被壓傷凍傷的風險大大降低，試件一次安放準確的成功率達到100％，試件安放位置的準確度偏差可控制在0.1mm以內，提高了低溫CTOD試驗的試驗精度和效率，達到了發明目的。本發明的低溫槽試件調節定位裝置的主要作用是代替人手在低溫冷卻液中的操作，實現在低溫冷卻液外的試件位置調整，使之平放并對正在低溫槽單點頂頭上，需要調整試件前后位置使試件基本位于單點頂頭軸線中部，調整試件在低溫槽中左右兩端的高度使之水平且高度與單點頂頭高度相同，調整試件左右位置使試件裂紋缺口對正單點頂頭軸線。綜合考慮試件調整需求，調整定位裝置的安裝不能影響萬能試驗機的頂壓操作，以及在極低溫冷卻液中這種極端工作環境下裝置機構動作穩定可靠性，另外考慮試件除左右端面為非機加工面外，其余面均按試件圖紙機加工過，本發明試件調節定位裝置的前后調節，采用在單點頂頭上加可調節限位擋片的方式，控制試件相對于單點頂頭前后中間面的位置，且限定了試件裂紋缺口中心面與頂頭軸線的平行度；裝置的高低和水平調節，采用在試件裂紋缺口兩側設計2個高度可調的支點，托平和調整試件高度的方式實現，高度可調支點的具體實現機構采用翹板結構，是因為該結構緊湊簡單，在極低溫冷卻液中只作簡單旋轉動作，工作穩定和可靠，旋轉安裝在試件左右調節及翹板壓桿組塊上，上端在極低溫冷卻液液面以上的翹板壓桿，即可頂壓或放開翹板，使翹板的下板端升高或降低，從而托平試件至需要的高度以適應不同高度的單點頂頭，或使翹板下板放平在低溫箱底部不影響試件的頂壓操作，替代人手在冷卻液中的試件扶平操作；裝置的左右位置調節，采用在低溫箱左右兩側各安裝1套調節機構撥動試件左右兩端移動的方式實現，為了避免調節機構影響萬能試驗機的下壓操作、避免機構零件在冷卻液中的相對運動、實現在冷卻液外進行操作和適應不同長度試件及其精確定位，具體實現機構采用了結構簡單緊湊的粗調和細調雙級調節結構，粗調通過移動安裝于頂架上的1個側向調節板相對于頂架位置后固定即可實現，以適應不同長度的試件，并初步限定試件相對于頂頭軸線的相對位置，細調采用扳手卡住露出在冷卻液液面以上的下端固定有偏心輪的側向調節旋轉軸的上端旋轉實現，替代人手在冷卻液對試件的左右移動，并且可在試件位置調整到位后，以鎖緊螺釘鎖定側向調節旋轉軸轉角，避免試件被頂壓頭壓緊時出現位置移動。顯而易見的是，以上的描述和記載僅僅是舉例而不是為了限制本發明的公開內容、應用或使用。雖然已經在實施例中描述過并且在附圖中描述了實施例，但本發明不限制由附圖示例和在實施例中描述的作為目前認為的最佳模式以實施本發明的教導的特定例子，本發明的范圍將包括落入前面的說明書和所附的權利要求的任何實施例。