第 2 章 设计方案 13

2。1 试验机原理 13

2。2 试验机的结构 16

2。2。1 结构简介 16

2。2。2 功能简介 20

2。3 试验机参数 20

2。4 试验机特色 21

第 3 章  试验机的应用 23

3。1 试验机操作步骤 23

3。2 试验机的控制系统 23

3。3 具体实施方式 25

3。4 试验方案的探究 27

3。4。1 测试方法的探究 27

3。4。2 计算方法的探究 28

结语 30

致谢 31

参考文献 32

第 1 章  绪   论 

1。1 课题背景

如今市面上用于热疲劳试验的试验机种类也越来越多，测试效果也不尽相同。主 要有以下两种类型为：（1）中国专利 CN200410100451 提供的一种完全自动化的热疲劳 试验机，目前应用较广泛；该类型热疲劳试验机，性能稳定、自动化程度较高，市场 上设备单台套费用为 21 万元左右。钢铁研究总院、哈尔滨工业大学、江苏大学等都已 购买该类型设备，设备对外使用收费标准为 50 元/小时；（2）中国专利 CN201310171101 提供的一种适用于薄壁空心圆柱体试样的热疲劳试验机，该热疲劳试验机适用于特定 形状试样的热疲劳实验；市场上设备单台套费用为 12 万元左右。不过上述两种类型热 疲劳试验机还存在一些问题如 a。试验循环次数可以计数，不能够进行预置；b。试样装 夹固定后不能转动，试样受热不均匀、冷却不均匀导致实验结果不准确。 

然而，我校由于热疲劳设备的限制，我院师生在遇到热疲劳试验相关问题时常常 需要联系外校或外单位，且因为热疲劳试验具有耗时、实验数据不稳定性等特点，这 就导致耗费大量的时间和费用，极大限制了科研项目的进展。焊接接头由于焊缝和母 材两侧组织、成份及性能存在较明显差异、因此需要研制适合焊接接头特征的热疲劳 试验机，在对国内几家主要生产热疲劳试验机的厂商进行调研后，项目组决定自主研 发一台更具特色、更适用于实验教学、性能稳定可靠的热疲劳试验机。

1。2 冷热疲劳 

1。2。1 冷热疲劳概述 

工件工作的一个突出的失效方式是在反复冷却和加热的状况下造成的冷热疲劳破 坏，这类工件的一个十分重要的性能指标就是材料自身的冷热疲劳抗力。冷热疲劳抗 力，是指材料在周期热应力作用下，保证其性能不被破坏的能力，表征了材料冷热疲 劳裂纹萌生前的工作寿命和萌生后的扩展速率。材料冷-热疲劳性能的测试是在冷-热 疲劳试验机上进行的。所谓热疲劳，顾名思义，即是因为温度梯度循环条件下，金属 材料进行热应力循环或热应变循环，从而产生了疲劳破坏的现象。

首先从循环周期来分析冷热疲劳，塑性压应变和弹性拉应变循环的产生是由于热应力，这些热应力是在冷热循环中产生的，伴随着增加循环的次数，其一是由于材料 氧化在表面形成了氧化膜并且破裂，导致了表面存在显著的缺陷，于是残留应力便在 裂纹的源头尖端处形成了；其二是因残留应力因为未恢复的弹性变形而形成，并随着 时间的推移使循环次数上升，直到强度超过了材料的强度，这个时候正式热疲劳裂纹 产生的时刻；其三是变化的残留下来的塑性变形，空洞由于位错并向晶界转移和聚拢， 并且存在空位而形成，在各种应力作用下导致发生应力集中，于是裂纹在晶界、夹杂 和缺陷等较弱处的最大应变区产生。