(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210576808.9 (22)申请日 2022.05.25 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路2号 (72)发明人 郑凯伦　赵子维　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 孙玲 (51)Int.Cl. G01N 19/02(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 双层管界面摩擦系数测试装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种双层管高温界面摩擦系 数测试装置和方法， 涉及金属成形制造技术领 域。 该装置包括： 工作模架、 双层管、 加热装置、 压 缩气源、 气压控制柜、 机械滑动装置、 数据采集装 置； 该方法包括： 封头密封内层管形成封闭管； 热 套装封闭管至外层管内形成双层管； 双层管装卡 于工作模架并连接机械滑动装置； 加热装置加热 双层管至目标温度后， 通入压缩气体； 机械滑动 装置带动封闭管相对外层管轴向移动； 数据采集 装置设置力、 位移、 温度、 气压传感器采集数据， 公式计算得出双层管高温界面摩 擦系数。 本发明 的装置和方法测得的高温界面摩擦系数精确度 高， 解决了异种材料双层管高温 界面摩擦系数无 适合测量方法的问题， 降低了高温 界面摩擦系数 测试的能耗。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 114993931 A 2022.09.02 CN 114993931 A 1.一种双 层管界面摩擦系数测试装置， 其特 征在于， 包括： 工作模架， 用于承载双层管， 所述双层管包括外层管和内层封闭管， 所述外层管套装于 所述内层封闭管的外侧， 所述外层管的内壁与所述内层封闭管的外壁配合； 加热装置， 用于对所述双层管进行加热至预设的温度， 所述双层管上设置有温度传感 器； 压缩气源， 与所述内层封闭管连通， 用于向所述内层封闭管内通入压缩气体， 所述压缩 气源连接有气压控制器， 用于控制输送至所述封闭管件内的气体压力； 机械滑动装置， 与所述内层封 闭管连接， 用于带动所述内层封 闭管相对于所述外层管 轴向移动， 所述机 械滑动装置连接有力传感器和位移传感器； 压紧装置， 用于在所述内层封 闭管与外层套管发生相对移动 时， 将所述外层管压紧在 所述工作模架上； 数据采集装置， 与所述力传感器、 所述位移传感器、 所述温度传感器以及所述气压控制 器连接， 用于采集所述机械滑动装置的负载数据与位移数据、 所述双层管 的温度数据以及 所述气压控制器的气压数据。 2.根据权利要求1所述的双层管界面摩擦系数测试装置， 其特征在于， 所述加热装置采 用感应加热线圈， 所述感应加热线圈套装于所述双层管 的外侧， 所述感应加热线圈还连接 有感应加热器， 所述感应加热器能够通过所述温度传感器测得的所述双层管的温度数据反 馈， 调整所述感应加热线圈的功率以将所述双 层管加热至预设的温度； 所述双层管的外壁上还包裹有保温隔热层， 用于减小所述加热装置加热所述双层管时 的热量散失。 3.根据权利要求1所述的双层管界面摩擦系数测试装置， 其特征在于， 所述外层管采用 钢管； 所述内层封闭管包括钛管、 上封头和下封头， 所述钛管的上下两端分别 密封连接有 所 述上封头和所述下封头， 所述上封头加工有法兰孔， 所述机械滑动装置与所述上封头通过 法兰连接； 所述内层封闭管与 所述外层管过盈配合， 以补偿加热后所述钢管与 所述钛管的不同热 膨胀量。 4.根据权利要求1或3所述的双层管界面摩擦系数测试装置， 其特征在于， 所述机械滑 动装置采用伺服电机 。 5.根据权利要求3所述的双层管界面摩擦系数测试装置， 其特征在于， 所述下封头上设 置有进气孔， 所述进气孔通过气管与所述压缩气源连接， 所述气压控制器采用气 压控制柜， 用于控制加压速率达到预设的压强， 并实现保压， 所述气压控制柜安装于所述压缩气源与 所述下封 头之间的所述气管 上； 所述双层管内的气体压力能够保证所述双 层管不产生塑性屈服。 6.根据权利要求5所述的双层管界面摩擦系数测试装置， 其特征在于， 所述工作模架包 括模架下台面和模架上顶面， 所述模架下台面上安装有模架立柱， 所述模架上顶面安装于 所述模架立柱上， 并能够沿所述模架立柱上 下移动； 所述外层管通过螺栓安装于所述模架下台面上， 所述外层管与 所述模架下台面之间设 置有隔热垫圈， 用于防止所述加热装置加热所述双层管时， 热传导至所述模架下台面导致 损坏以及所述双 层管热量散失；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114993931 A 2所述模架上顶面上开设有用于使所述机械滑动装置通过的上通孔， 所述模架下台面上 开设有用于使 所述压缩气源装置的所述气管通过的下通孔与法兰孔， 所述双层管通过螺钉 与所述模架下台面上的所述法兰孔连接 。 7.根据权利要求6所述的双层管界面摩擦系数测试装置， 其特征在于， 所述压 紧装置包 括下压块和气缸， 所述下压块能够对所述外层管进行压紧， 所述下压块与所述外层管 的接 触位置设置有隔热垫圈， 用于防止所述加热装置加热所述双层管时， 热传导至所述下压块 导致损坏以及所述双 层管热量散失； 所述下压块安装于所述模架上顶面的下方， 所述下压块上开设有与 所述上通孔相对应 的下压块通孔； 所述气缸与所述模架上顶面连接， 能够带动所述模架上顶面以及所述下压 块运动。 8.一种双层管界面摩擦系数测试方法， 其特征在于， 采用如权利要求1 ‑7任意一项所述 的双层管界面摩擦系数测试装置， 包括以下步骤： 步骤1)、 根据预设参数分别获取内层管和外层管， 所述内层管和外层管分别为钛管与 钢管， 所述钢管与所述 钛管热套装配成双 层管； 步骤2)、 将内层管封闭形成内层封闭管， 安装双层管到工作模架， 对所述双层管加热到 预设温度； 步骤3)、 向所述内层封闭管内通入压缩气体， 使所述内层封闭管内的气体压力达到预 设压力； 步骤4)、 将所述内层封闭管匀速拉动指定位移， 并记录所述机 械滑动装置的负载； 步骤5)、 计算得 出摩擦系数。 9.根据权利要求8所述的双层管界面摩擦系数测试方法， 其特征在于： 所述步骤1)中， 所述钛管外径尺寸为D1， 所述钛管内径尺寸为d， 所述钛管壁厚为t1， 所述钛管长度为H； 所述 钢管外径 尺寸为D2， 所述钢管内径 尺寸为D1， 所述钢管壁厚为t2， 所述钢管长度为H； 所述步骤1)中， 热套装温度区间为850 ‑900℃， 过盈量根据测试温度计算， 过盈量的计 算公式为δ＝αFeD(T1‑T0)‑αTiD(T1‑T0)； 其中， D为高温测试温度 下的界面直径， αFe和αTi为高 温下钢管与钛管的热膨胀系数， T1为钢管与钛管温度， T0为室温温度； 所述步骤2)中， 获得直径为d的上封头、 下封头， 将所述上封头焊接在所述钛管一端， 将 所述下封头焊接在所述钛管另一端， 形成封闭钛管； 所述钛管焊接的方式为电弧焊、 激光焊 中的一种； 所述步骤2)中， 双层管安装在工作模架上， 安装感应加热线圈与保温隔热层， 启动气缸 使下压块以预设压力压住钢 管， 压力大小不使双层管发生屈 服， 屈服极限由测试温度下双 层管中屈服极限更小的材 料确定； 所述步骤2)中， 所述双 层管加热 预设温度为85 0‑900℃。 10.根据权利要求8所述的双层管界面摩擦系数测试方法， 其特征在于： 所述步骤3)中， 所述双层管内的预设气 体压强范围应保证双层管不产生 塑性屈服， 气 体压强的计算 公式为 P＝σsiln[rm/(rm‑t1)]+(1‑rm2/b2)σso/2， 其中， P为气体压强， σsi为钛管的材料屈服极限， rm 为钢管的内壁半径， t1为钛管的壁厚， b为钢管的外壁半径， σso为钢管的材 料屈服极限； 所述步骤4)中， 所述内层封闭管位移范围为0 ‑H， 速度范围为0 ‑v， 速度保持匀速， 并根 据试验分组需要调整 大小， 利用公 式S＝πD(H ‑vt)计算得出钛管与钢管接触面积， 式中， S为权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114993931 A 3