浅谈导向管胀接结构强度试验

2018-07-10郭斌斌范晨光代成栋

四川建筑 2018年3期

郭斌斌，范晨光，代成栋

(西南交通大学力学与工程学院，四川成都 610031)

胀接是根据金属具有塑性变形的特点，依靠连接物在连接处内外径的微小偏差先把小的圆管放入比圆管外径略大的孔内，在圆管内用专用胀管器把圆管伸到孔里的那一部分胀大使其外壁与被连接物的内壁紧密连接并密封的方法[1]。胀接一般应用于各换热器中管子与管板的连接，具有生产工艺简便、密封优良等特点。胀接连接的机理是，胀管时将胀管器插入管子，管壁在其作用下直到发生塑性变形，管径显著增大。此时管孔在受到不断增大的内管外壁挤压下，随内管的外壁发生弹性变形，其中也可能存在少量的塑性变形[2]。由于管子发生的是塑性变形，而管孔仍然处在弹性变形状态，管子扩大后的管径不能回复缩小成原来的状态，而管板孔壁则会发生弹性恢复使自身孔径变小(复原)，因此通过管板孔壁的弹性恢复效应，管板与塑性变形后的管子紧紧地连接在一起。

导向管的内管与外管之间同样是采取胀接连接。管子与管子的连接也面临管子与管板连接的问题，即接头处的弹性变形产生的对管子的应力，也就是两管之间的径向残余压应力。此应力的大小能真实的反应接口的抗拉压强度，但在制造工艺中却很难控制这应力的大小[3-5]。因此，本文对导向管胀接结构的强度采取了试验测量。

胀接对于焊接与螺纹连接等其他连接来说具有很鲜明的特点，焊接在临近失效时，通常只有失效载荷而没有一个特定的失效变形。对于焊接失效，在失效之前焊接件之间没有明显的永久变形，但是对于胀接则需要确定一个对应于临界荷载的许可变形。本试验对导向管胀接结构的失效强度及对应位移进行测量，并研究了力与位移的关系。

1　试验模型及方法

1.1　试验内容及参数

试验内容：

(1)双层胀接试验件室温、高温下的拉伸力-位移曲线、失效载荷。

(2)单层胀接试验件室温、高温下的拉伸力-位移曲线、失效载荷。

(3)双层胀接试验件室温、高温下的压缩力-位移曲线、失效载荷。

1.2　试验材料及设备

试验件包含两种导向管：一种为内径为10.09 mm，一种为内径为11.45 mm。长度均为200 mm，内管和外管之间分单层胀接和双层胀接两种。

关于试验件的单层、双层胀接(图1)。

该试验所需试验设备如下：

电子万能试验机，电子引伸计，导向管夹具2套，配套螺丝若干，高温炉以及相关的辅助设备，游标卡尺1个，螺旋测微器1个。

试验装置如图2所示。试验件通过专门设计的导向管夹具与试验机加载端连接。拉、压加载通过试验机实现，加载力值通过试验机自带力传感器测量，采用速度控制加载的方式，加载速率为0.5 mm/min。胀接处的相对位移采用引伸计测量。

图2　试验装置

试验的温度通过热电偶测量，如图2所示热电偶，分上中下三个布置于试验段。

试验分别在冷态室温20℃±5℃和热态330℃±5℃的情况下进行，试验湿度为室温正常湿度。

1.3　试验方法

(1)对试验件在试验前的几何参数进行测量，其中胀接直径在0°和90°两个方向上进行测量。

(2)将辅助夹具安装到导向管试验件上，再将试件与试验机连接，且尽量保证试验件与载荷轴对中，防止产生附加弯矩。

(3)试验环境温度(室温或高温)确认，是否满足试验要求。

(4)若为拉伸试验，给试验件施加20 N的预拉伸载荷，加载速度约为0.01 mm/min，然后卸载至载荷为0；安装引伸计；给试验件施加拉伸载荷，在过程中记录试验件编号以及载荷和位移的值，直至拉伸载荷下降。

(5)若为压缩试验，给试验件施加60 N的压缩载荷，加载速度约为0.01 mm/min；在热态压缩试验时，由于高温使得试验件发生热膨胀，在逐步升温过程中调整试验机的压头，从而减小升温过程中所产生的预压载荷，使试验件预压缩载荷维持在60 N；压缩试验所加预载荷之所以为60 N是由于压缩试验没有夹具，为防止试验件脱落故采用60 N预载荷；安装引伸计；给试验件施加压缩载荷，在过程中记录试验件编号以及载荷和位移的值。