本實用新型涉及焊接件的焊接拘束應力測試技術領域，具體地，涉及一種焊接拘束應力測試裝置。

背景技術：

目前，國內在超臨界、超超臨界機組中大量引進使用T/P91(92)、Super304H和T23耐熱鋼，這些鋼材在鍋爐機組的水冷壁、過熱器、再熱器管中都有使用。例如，P91鋼管是亞臨界主蒸汽管道、聯箱、超臨界機組主蒸汽和再熱段管道、聯箱的首選材料，在超超臨界鍋爐中間聯箱和聯絡管道上也使用P91鋼管。

又例如，在T23等鋼的使用中，發現在現場焊接實施中易產生裂紋，而大多數則為焊接裂紋。經過分析發現，這些裂紋的形成與實際焊接過程中工藝的控制、尤其是焊接應力較大有關，也就是，這些裂紋多為由于應力(結構應力和焊接接頭殘余應力)為主要作用而導致的冷裂紋，另外，在結構應力大且工藝欠合理的情況下，也可能產生再熱裂紋，例如，剛性過渡梁與水冷壁管之間的角焊縫處，或者是密封盒處的墊板與管之間的角焊縫處。另外，工地焊接，也就是現場施工焊接也會產生較多的裂紋。

為此，雖然在前期工作中采取了一些措施，例如加大了場內焊接的比例，以盡量減少現場焊接。但隨著機組的投入運行，現場焊接的量必然增加。現場焊接的主要問題是焊接結構限制，導致焊接接頭較大的拘束，因而在焊接過程中形成大的焊接應力。不適當焊接工藝，則加大了這一作用的破壞程度。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種焊接拘束應力測試裝置，該焊接拘束應力測試裝置能夠模擬實際的焊接條件，研究在較大拘束條件下，焊接工藝對焊接接頭的組織和性能的影響以及焊接裂紋形成的機制，從而優化焊接工藝參數，減少和避免焊接接頭由于裂紋而產生的泄漏。

為了實現上述目的，本實用新型提供一種焊接拘束應力測試裝置，該焊接拘束應力測試裝置包括固定基礎、第一待焊接件和第二待焊接件，所述第一待焊接件和所述第二待焊接件分別固定在所述固定基礎上，其中，在所述第二待焊接件的彈性變形范圍內，以所述第二待焊接件與所述固定基礎的固定處為支撐點，所述第二待焊接件其他部分能夠在外力的作用下從初始位置偏轉至焊接位置，其中，在所述初始位置，所述第二待焊接件的焊接端與所述第一待焊接件的焊接端錯開，在所述焊接位置，所述第二待焊接件的所述焊接端與所述第一待焊接件的所述焊接端軸向對齊以進行焊接而使得所述第一待焊接件和所述第二待焊接件處于焊接連接狀態。

該技術方案中，由于第二待焊接件在自身的彈性變形范圍內能夠繞固定處從初始位置偏轉至焊接位置，偏轉位移為δ，而在初始位置，第二待焊接件的焊接端與第一待焊接件的焊接端錯開，而在焊接位置，第二待焊接件的焊接端與第一待焊接件的焊接端軸向對齊而進行焊接，以處于焊接連接狀態，這樣，可以對該焊接拘束應力測試裝置例如采用現有方法測試焊接殘余應力，或者將該焊接拘束應力測試裝置作為標準力學性能試樣進行進一步的試驗研究，例如，在不改變待焊接件尺寸(例如為管件時的管壁、管徑、長度)時改變偏轉位移δ的量，可以得到不同的拘束應力；而在不改變偏轉位移δ的量時改變待焊接件尺寸(例如為管件時的管壁、管徑、長度)，可以得到不同的拘束應力，從而，該焊接拘束應力測試裝置能夠模擬實際的焊接條件，研究在較大拘束條件下，焊接工藝對焊接接頭的組織和性能的影響以及焊接裂紋形成的機制，從而優化焊接工藝參數，減少和避免焊接接頭由于裂紋而產生的泄漏。

進一步，所述固定基礎設置為固定基板，所述第一待焊接件以及第二待焊接件在所述固定基板的板面內延伸。

更進一步地，所述固定基板形成有貫通板體厚度的焊接開口，所述第二待焊接件的焊接端與所述第一待焊接件的焊接端都位于所述焊接開口內。

進一步，所述第一待焊接件和/或所述第二待焊接件設置為管狀件。

更進一步地，所述第一待焊接件和所述第二待焊接件設置為直管，其中，在所述初始位置，第一待焊接直管的中心軸線與第二待焊接直管的中心軸線成夾角布置，在所述焊接位置，所述第一待焊接直管的中心軸線與第二待焊接直管的中心軸線成一條直線。

更進一步地，所述第一待焊接直管的一端固定于所述固定基板，另一端伸入到所述固定基板的焊接開口內以形成焊接端；所述第二待焊接直管的一端固定于所述固定基板，另一端伸入到所述固定基板的焊接開口內以形成焊接端。

更進一步地，所述固定基板的板面上形成有基準直線，所述第一待焊接直管與所述基準直線對齊平行，其中，在所述初始位置，第二待焊接直管的中心軸線與所述基準直線成所述夾角布置，在所述焊接位置，第二待焊接直管的中心軸線與所述基準直線對齊平行。

另外，所述固定基礎上設置有固定座，所述第一待焊接件和所述第二待焊接件分別焊接至各自的固定座。

另外，所述固定基礎上設置有連接座，所述第一待焊接件和所述第二待焊接件分別可釋放地固定連接至各自的連接座。

本實用新型的其它特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本實用新型，但并不構成對本實用新型的限制。在附圖中：

圖1是本實用新型的焊接拘束應力測試裝置一種簡易結構示意圖。

附圖標記說明

1-第一待焊接件，2-第二待焊接件，3-固定基礎，4-固定基板，5-焊接開口，6-第一待焊接直管，7-第二待焊接直管，8-固定座，9-焊縫。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限制本實用新型。

如圖1所示，本實用新型提供的焊接拘束應力測試裝置包括固定基礎3、第一待焊接件1和第二待焊接件2，其中，第一待焊接件1和第二待焊接件2分別固定在固定基礎3上，并且其中，在第二待焊接件2的彈性變形范圍內，以第二待焊接件2與固定基礎3的固定處為支撐點，第二待焊接件2其他部分能夠在外力的作用下從初始位置例如圖1中虛線所示的傾斜位置偏轉至焊接位置例如圖1中虛線所示的平直位置，從初始位置偏轉到焊接位置的偏轉位移為δ，該偏轉位移δ可以根據偏轉角度和第二待焊接件2的偏轉部分的長度來計算，其中，在初始位置，第二待焊接件2的焊接端與第一待焊接件1的焊接端錯開，在焊接位置，第二待焊接件2的焊接端與第一待焊接件1的焊接端軸向對齊以進行焊接而使得第一待焊接件1和第二待焊接件2處于焊接連接狀態。

從而，在以上技術方案提供的焊接拘束應力測試裝置中，由于第二待焊接件2在自身的彈性變形范圍內能夠繞固定處從初始位置偏轉至焊接位置，偏轉位移為δ，而在初始位置，第二待焊接件2的焊接端與第一待焊接件1的焊接端錯開，而在焊接位置，第二待焊接件2的焊接端與第一待焊接件1的焊接端軸向對齊而進行焊接，以處于焊接連接狀態，這樣，可以對該焊接拘束應力測試裝置例如采用現有方法測試焊接殘余應力，或者將該焊接拘束應力測試裝置作為標準力學性能試樣進行進一步的試驗研究，例如，在不改變待焊接件尺寸(例如為管件時的管壁、管徑、長度)時改變偏轉位移δ的量，可以得到不同的拘束應力；而在不改變偏轉位移δ的量時改變待焊接件尺寸(例如為管件時的管壁、管徑、長度)，可以得到不同的拘束應力，從而，該焊接拘束應力測試裝置能夠模擬實際的焊接條件，研究在較大拘束條件下，焊接工藝對焊接接頭的組織和性能的影響以及焊接裂紋形成的機制，從而優化焊接工藝參數，減少和避免焊接接頭由于裂紋而產生的泄漏。

當然，在本實用新型的焊接拘束應力測試裝置中，固定基礎3可以具有多種結構形式，例如，固定基礎3可以為框架或支架結構，而第一待焊接件1和第二待焊接件2可以分別固定在該框架或者支架結構上，從而便于第二待焊接件2偏轉，以及兩者的焊接端的焊接。

在固定基礎3的優選結構中，為了便于制造并降低成本，可以切割板狀件來形成固定基礎3，此時，固定基礎3設置為固定基板4，而第一待焊接件1以及第二待焊接件2在固定基板4的板面內延伸，此時，可以利用固定基板4的板面的支撐定位作用，以對第一待焊接件1和第二待焊接件2實現穩定可靠地定位，避免第二待焊接件2在偏轉到焊接位置進行焊接時發生擺動或晃動，以確保焊接端焊接連接的可靠性。

進一步地，在該固定基板4的基礎上，為了便于第一待焊接件1和第二待焊接件2的焊接端的焊接，優選地，如圖1所示，固定基板4形成有貫通板體厚度的焊接開口5，該焊接開口5可以為圓形或者為方形，同時，焊接開口5可以根據實際需求來設定位置，圖1的結構中優選地設定在中部位置，而第二待焊接件2的焊接端與第一待焊接件1的焊接端都位于焊接開口5內，這樣，在該焊接開口5的開口范圍內，可以對第一待焊接件1和第二待焊接件2的焊接端進行完整的周向焊接，提高兩者之間焊接連接的可靠性，從而更進一步模擬實際焊接過程中焊接工藝對焊接接頭的組織和性能的影響以及焊接裂紋形成的機制，從而更優化焊接工藝參數。

另外，由于實際作業中，待焊接件大多為管狀件，因此，為了更符合實際焊接工藝，優選地，第一待焊接件1和/或第二待焊接件2設置為管狀件，例如，在第一待焊接件1和第二待焊接件2都為管狀件的情形下，可以沿著管接縫的圓周在焊接開口5內進行焊接以形成焊縫9，從而更易于貼近實際焊接作業來形成該焊接拘束應力測試裝置，從而能夠更進一步地優化焊接工藝參數，為實際的焊接作業提供更可靠的技術參數支撐。

更進一步地，在管狀件的情形下，該管狀件可以根據實際需求為彎管或者直管，如圖1所示，第一待焊接件1和第二待焊接件2設置為直管，其中，在初始位置，第一待焊接直管6的中心軸線與第二待焊接直管7的中心軸線成夾角布置，如圖1所示，而在焊接位置，第一待焊接直管6的中心軸線與第二待焊接直管7的中心軸線成一條直線，此時，第二待焊接直管7的偏轉位移為δ，該偏轉位移δ可以根據第二待焊接直管7的偏轉角度和長度來確定。這樣，通過直管件，可以更進一步模擬實際焊接過程中焊接工藝對焊接接頭的組織和性能的影響以及焊接裂紋形成的機制，從而更優化焊接工藝參數。

更進一步地，如圖1所示，在初始位置和偏轉位置，第一待焊接直管6的一端固定于固定基板4，另一端伸入到固定基板4的焊接開口5內以形成焊接端；第二待焊接直管7的一端固定于固定基板4，另一端伸入到固定基板4的焊接開口5內以形成焊接端。這樣，在初始位置，由于第二待焊接直管7的另一端伸入到焊接開口5內，從而在該焊接開口5的范圍內，作業人員可以利用驅動工具例如千斤頂在焊接開口5的范圍內向第二待焊接直管7施加外力，例如，千斤頂的一端固定于焊接開口5的內周面，千斤頂的另一端作用于第二待焊接直管7的另一端，從而動作以驅動第二待焊接直管7從初始位置偏轉到焊接位置，這樣，通過該焊接開口5，更易于第二待焊接直管7的偏轉定位。

可選擇地，為了便于第一待焊接直管6和第二待焊接直管7的定位，確保兩者在焊接位置處于對準狀態，優選地，固定基板4的板面上形成有基準直線(未圖示)，而第一待焊接直管6與基準直線對齊平行，優選地，第一待焊接直管6的中心軸線在固定基板4的板面上的投影與該基準直線重合，其中，在初始位置，第二待焊接直管7的中心軸線與基準直線成夾角布置，而在焊接位置，第二待焊接直管7的中心軸線與基準直線對齊平行，優選地，第二待焊接直管7的中心軸線在固定基板4的板面上的投影與該基準直線重合，從而通過該基準直線作為參考系，可以確保兩者在焊接位置的對準，以確保形成良好的焊縫9。

另外，如圖1所示，為了便于將待焊接件固定至固定基礎3，優選地，固定基礎3上設置有固定座8，第一待焊接件1和第二待焊接件2分別焊接至各自的固定座8。通過固定座8，可以實現第一待焊接件1和第二待焊接件2便捷可靠的定位。優選地，為了便于測試不同尺寸的第一待焊接件1和第二待焊接件2，固定座8可拆卸地緊固于固定基礎3上，例如通過緊固螺栓緊固連接。

或者，可選擇地，固定基礎3上設置有連接座，第一待焊接件1和第二待焊接件2分別可釋放地固定連接至各自的連接座，例如，第一待焊接件1和第二待焊接件2分別通過各自的緊固件比如螺栓緊固連接至連接座，以根據實際需求來更換不同的待焊接件，從而可以模擬不同條件下待焊接件的焊接作用，并獲得良好的焊接工藝參數，減少和避免焊接接頭由于裂紋而產生的泄漏。

以下通過焊管的具體實施例說明本實用新型的焊接拘束應力測試裝置的原理：

基于彈性力學的基本原理，當結構產生一定的位移時，結構內形成的應力與位移成正比，即σ＝Kδ。為了模擬實際焊接過程中焊接管的拘束應力，將一端焊管固定在鋼板上，另一端與之轉動一定角度，形成相對偏轉位移δ，根據焊管長度、偏轉角度，即可計算出位移量，從而得出相對應力，此即對應焊接時的拘束應力。

在不改變焊管尺寸(管壁、管徑、長度)時改變位移δ的量，可以得到不同的拘束應力。

在不改變位移δ的量時改變焊管尺寸(管壁、管徑、長度)，可以得到不同的拘束應力。

拘束應力與應變量之間遵循胡克定律，σ＝K·ε，而ε＝f(δ,D,t,L)。這里，σ為拘束應力，ε為應變量，K為彈性系數，D為管直徑，t為管壁厚，L為管長度。

偏轉位移δ必須保證使管的變形在彈性變形范圍內。

按照彈性力學的基本理論，可以把待焊焊管作為簡單懸臂梁處理，將截面對稱軸視為中性軸，當管件端部位移為δ時，可將其視為在此條件下的最大撓度yB，根據撓度計算公式(1)(2)可得在管自由端施加的力F：

$y_B=\frac{{\mathrm{Fl}}^3}{3{\mathrm{EI}}_z}---\left(1\right)$

δ＝y_B (2)

其中E——管件材料的彈性模量；

I_z——管件環形截面對中性軸的慣性矩；

l——管件長度。

根據彎曲梁橫截面上任一點處正應力計算公式：

$\mathrm{\σ}=\frac{M_{z}y}{I_z}---\left(3\right)$

M_z＝Fl(4)

其中M_z——截面上的彎矩；

y——截面上任一點到中性軸的距離。

由公式(1)(2)(3)(4)聯立可求得截面處任一點在受外力拘束條件下的正應力值。

因此，改變位移δ的大小，即可改變拘束應力值，實現模擬實際焊接拘束的目的。

ε＝f(δ,D,t,L)的關系可以用有限元分析方法直接計算。

以上結合附圖詳細描述了本實用新型的優選實施方式，但是，本實用新型并不限于上述實施方式中的具體細節，在本實用新型的技術構思范圍內，可以對本實用新型的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實用新型的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本實用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應當視為本實用新型所公開的內容。