CN103630451B - 模拟海洋浪溅区腐蚀疲劳三点弯曲试验装置 - Google Patents
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Abstract
模拟海洋浪溅区腐蚀疲劳三点弯曲试验装置，涉及一种海洋浪溅区腐蚀疲劳试验三点弯曲试验装置。由三点弯曲试块、固定三点弯曲试块的主盒、保持试验水位的副盒、模拟浪溅的海水喷淋管线和提供海水流动的海水循环动力装置组成；本发明不仅能够保证裂纹部分处在无杂质的循环海水中，而且能够防止渗漏。该装置操作简单，集环保、自动化、智能化于一体。
Description
技术领域
本发明属于金属材料腐蚀技术研究领域，涉及一种海洋浪溅区腐蚀疲劳试验三点弯曲试验装置。
背景技术
腐蚀疲劳是指腐蚀性介质和交变应力或脉动应力的协同作用所引起的金属材料断裂现象。金属材料的腐蚀疲劳问题成为腐蚀科学研究领域中的重要内容。工程实践常常因为构件不能够承受苛刻的腐蚀与载荷条件，造成重大事故，给国民经济带来重大损失。从安全、经济、合理地使用金属材料的角度出发，人类都迫切需要了解有关金属材料腐蚀疲劳的知识，尤其是针对目前人类己广泛使用于海洋环境的一些典型金属材料的腐蚀疲劳现象、机理更需要系统并且深入的研究。
据研究表明浪溅区以及潮差区是海洋钢结构腐蚀最严重的区域。现有的腐蚀疲劳技术及其腐蚀装置大多数都是针对静态海水腐蚀疲劳，或者只能在流动海水中进行简单的疲劳试验。传统的腐蚀装置对浪溅区复杂的干湿腐蚀情况很难进行实现。目前有关浪溅区金属材料腐蚀疲劳试验装置很少有报道，仅有腐蚀疲劳试验中有关腐蚀试验设计的简单介绍，如:中国科学院金属所申请的专利《一种为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置》、《在加载过程中实现同步干湿交替加速腐蚀的设备及其应用》中有模糊的介绍，且试验装置针对的是简单拉伸试验。此试验过程对三点弯曲试样来说，无法安装引伸计，故并不适用；《一种电化学原位测量的电解池装置》中设计了一种三点弯曲试样的腐蚀装置，但是由于试样需要固定在试验机上，所以仅适用于小尺寸的三点弯曲试验，而且腐蚀液易溢出；《一种腐蚀疲劳试验用夹具》中，仅给出了三点弯曲试样夹具的具体形式，未对腐蚀盒进行具体描述，且试样不容易固定，操作起来复杂。所以，现有的技术中都普遍存在难以真实模拟浪花飞溅区的腐蚀疲劳行为，特别是三点弯曲试样的装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术装置中存在的缺点，提出了模拟海洋浪溅区腐蚀疲劳三点弯曲试验装置，由三点弯曲试块、固定三点弯曲试块的主盒、保持试验水位的副盒、模拟浪溅的海水喷淋管线和提供海水流动的海水循环动力装置组成；
海水循环动力装置的连接方式如下：海水供给箱中的海水通过输水管线和安装在该段输水管线中的微型水泵打入高处的海水存储箱中，海水从高处的存储箱经过输水管线和安装在该段输水管线的控速阀门流入安装有三点弯曲试块的主盒的进水口，并由主盒的另一端较低处的出水口流入副盒；主盒放置在副盒中；副盒侧壁低于出水口的同一水平面上开有两个副盒出水口，两个输水管线分别接通两个副盒出水口，并流后经过安装在该段并流输水管的控速阀门流入较低处的过滤箱中；过滤箱中的海水经过输水管线流回到最低处的海水供给箱中；液位继电器的一端连通微型水泵，另一端连通高处的海水存储箱；液位继电器自动控制水泵的开关。
浮球水位控制开关的玻璃连通管与主盒底部相连形成连通器，浮球水位控制开关分别与海水循环封闭回路中的两个控速阀门相连，随着盒内液面升降，浮球也同时升降，从而调节控速阀门的大小。
主盒和副盒皆为底面为矩形的盒体，主盒的高度大于副盒；在主盒的两个较长侧板中间位置处分别开有稍大于三点弯曲试块横截面尺寸的主盒凹槽，主盒凹槽内底面固定橡胶垫；在主盒凹槽两侧的主盒的外侧壁上分别固定开有垂直滑槽的有机玻璃滑槽板；三点弯曲试块横跨主盒，且两端露出主盒置于主盒凹槽中；三点弯曲试块的裂纹朝上，且位于主盒的中心位置；两个开有与三点弯曲试块横截面相同尺寸凹槽的橡胶挡板开口向下通过滑槽板的滑槽插入主盒侧壁主盒凹槽处，从两侧和上方将三点弯曲试块固定在主盒凹槽中；橡胶挡板与主盒凹槽接触部分相互吻合形成密封，橡胶挡板的顶端与主盒的高度相同。
支撑夹具下端用螺栓固定于主盒底板中心位置的螺纹孔洞中，上端支撑在三点弯曲试块底面中心处。
主盒两侧较长侧板采用双层有机玻璃，内夹橡胶层。
过滤箱采用有机玻璃制成的盒体容器，内部纵横布置纤维滤材，沿长度方向布置两层，高度方向布置三层。
喷淋管线由自动喷水装置控制喷淋时间。
海水循环回路系统中的输水管线可采用橡胶水管。
本发明具有以下优越性：
主盒侧板设计主盒凹槽，便于三点弯曲试块固定的时候保持水平。采用橡胶挡板和橡胶垫层来固定三点弯曲试块，一方面橡胶能够有效的保证腐蚀液不渗露，另一方面能够保护腐蚀盒在疲劳荷载作用下不被压坏。
本发明的海水循环动力系统，采用液位继电器来自动控制水泵的开关，使存储装置中始终有一定的水量，是系统始终有循环动力。
本发明的水位控制装置，通过浮球的升降，调节水流控速阀门的大小，从而改变进出水口的流速，使液面得到控制。
本发明的过滤装置，通过纵横布置的纤维滤材的过滤作用，保持循环海水的清洁，使试验结果更加精确可靠。
本发明还结合海水自动喷洒装置，对海浪的腐蚀作用进行模拟，使试验结果更加精确可靠。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图中：1过滤箱；2海水供给箱；3微型水泵；4液位继电器；5存储箱；6滑槽板；7控速阀门；8主盒；9副盒；10橡胶挡板；11三点弯曲试块；12玻璃连通管；13浮球水位控制开关；14自动喷水装置；15纤维滤材；16喷淋管线；21裂纹；81进水口；82出水口；91副盒出水口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细的说明
模拟海洋浪溅区腐蚀疲劳三点弯曲试验装置，由三点弯曲试块11、固定三点弯曲试块11的主盒8、保持试验水位的副盒9、模拟浪溅的海水喷淋管线16和提供海水流动的海水循环动力装置组成；
海水循环动力装置的连接方式如下：海水供给箱2中的海水通过输水管线和安装在该段输水管线中的微型水泵3打入高处的海水存储箱5中，海水从高处的存储箱5经过输水管线和安装在该段输水管线的控速阀门7流入安装有三点弯曲试块11的主盒8的进水口81，并由主盒8的另一端较低处的出水口82流入副盒9；主盒8放置在副盒9中；副盒9侧壁低于出水口82的同一水平面上开有两个副盒出水口91，两个输水管线分别接通两个副盒出水口91，并流后经过安装在该段并流输水管的控速阀门7流入较低处的过滤箱1中；过滤箱1中的海水经过输水管线流回到最低处的海水供给箱2中；液位继电器4的一端连通微型水泵3，另一端连通高处的海水存储箱5；液位继电器4自动控制水泵的开关。
浮球水位控制开关13的玻璃连通管12与主盒8底部相连形成连通器，浮球水位控制开关13分别与海水循环封闭回路中的两个控速阀门7相连，随着盒内液面升降，浮球也同时升降，从而调节控速阀门7的大小。
主盒8和副盒9皆为底面为矩形的盒体，主盒8的高度大于副盒9；在主盒8的两个较长侧板中间位置处分别开有稍大于三点弯曲试块11横截面尺寸的主盒凹槽，主盒凹槽内底面固定橡胶垫；在主盒凹槽两侧的主盒8的外侧壁上分别固定开有垂直滑槽的有机玻璃滑槽板6；三点弯曲试块11横跨主盒8，且两端露出主盒8置于主盒凹槽中；三点弯曲试块11的裂纹朝上，且位于主盒8的中心位置；两个开有与三点弯曲试块11横截面相同尺寸凹槽的橡胶挡板10开口向下通过滑槽板6的滑槽插入主盒侧壁的主盒凹槽处，从两侧和上方将三点弯曲试块11固定在主盒凹槽中；橡胶挡板10与主盒凹槽接触部分相互吻合形成密封，橡胶挡板10的顶端与主盒8的高度相同。
支撑夹具下端用螺栓固定于主盒8底板中心位置的螺纹孔洞中，上端支撑在三点弯曲试块11底面中心处。
主盒8两侧较长侧板采用双层有机玻璃，内夹橡胶层。
过滤箱1采用有机玻璃制成的盒体容器，内部纵横布置纤维滤材15，沿长度方向布置两层，高度方向布置三层。
喷淋管线16由自动喷水装置14控制喷淋时间。
海水循环回路系统中的输水管线可采用橡胶水管。
系统运作方式如下：
首先，由开启的微型水泵3将海水从低处的海水供给箱4抽到高处的海水存储箱5。然后，海水由于自身重力作用会自动流入腐蚀盒8。经过控速阀门7的适当调控，会使内盒8液面得到升降。采用内盒8外盒9相结合的方式，并增设橡胶挡板10和橡胶垫层，一方面可以最大程度的防止腐蚀液在试验过程中渗漏，另一方面可以减弱疲劳荷载对腐蚀盒8的冲击作用。当海水经过腐蚀盒8之后会产生一些腐蚀产物。经过带有多层纤维滤材15的过滤装置1，可使海水保持清洁，从而不影响实验结果。最后，水流会回到海水供给箱2，完成一次循环。
为了找到平衡点使液面稳定，本发明考虑腐蚀盒实际大小，利用连通器12原理，在外部增设一个水位控制装置。这个装置内含与控速阀门7相连的浮球开关13。因此，液面升降带动浮球13升降，最终使流速得到控制。
为了最大程度的模拟浪溅区的自然状况，本发明还增设自动喷洒海水的自动喷水装置14，内含时间控制器和独立的储水箱，使试验结果更加真实可靠。
Claims (5)
1.模拟海洋浪溅区腐蚀疲劳三点弯曲试验装置，其特征在于由三点弯曲试块(11)、固定三点弯曲试块(11)的主盒(8)、保持试验水位的副盒(9)、模拟浪溅的海水喷淋管线(16)和提供海水流动的海水循环动力装置组成；
海水循环动力装置的连接方式如下：海水供给箱(2)中的海水通过输水管线和安装在该段输水管线中的微型水泵(3)打入高处的海水存储箱(5)中，海水从高处的海水存储箱(5)经过输水管线和安装在该段输水管线的控速阀门(7)流入安装有三点弯曲试块(11)的主盒(8)的进水口(81)，并由主盒(8)的另一端较低处的出水口(82)流入副盒(9)；主盒(8)放置在副盒(9)中；副盒(9)侧壁低于出水口(82)的同一水平面上开有两个副盒出水口(91)，两个输水管线分别接通两个副盒出水口(91)，并流后经过安装在该段并流输水管线的控速阀门(7)流入较低处的过滤箱(1)中；过滤箱(1)中的海水经过输水管线流回到最低处的海水供给箱(2)中；液位继电器(4)的一端连通微型水泵(3)，另一端连通高处的海水存储箱(5)；液位继电器(4)自动控制微型水泵的开关；
浮球水位控制开关(13)的玻璃连通管(12)与主盒(8)底部相连形成连通器，浮球水位控制开关(13)分别与海水循环封闭回路中的两个控速阀门(7)相连，随着盒内液面升降，浮球也同时升降，从而调节控速阀门(7)的大小；
主盒(8)和副盒(9)皆为底面为矩形的盒体，主盒(8)的高度大于副盒(9)；在主盒(8)的两个较长侧板中间位置处分别开有稍大于三点弯曲试块(11)横截面尺寸的主盒凹槽，主盒凹槽内底面固定橡胶垫；在主盒凹槽两侧的主盒(8)的外侧壁上分别固定开有垂直滑槽的有机玻璃滑槽板(6)；三点弯曲试块(11)横跨主盒(8)，且两端露出主盒(8)置于主盒凹槽中；三点弯曲试块(11)的裂纹朝上，且位于主盒(8)的中心位置；两个开有与三点弯曲试块(11)横截面相同尺寸凹槽的橡胶挡板(10)开口向下通过滑槽板(6)的滑槽插入主盒侧壁的主盒凹槽处，从两侧和上方将三点弯曲试块(11)固定在主盒凹槽中；橡胶挡板(10)与主盒凹槽接触部分相互吻合形成密封，橡胶挡板(10)的顶端与主盒(8)的高度相同；
支撑夹具下端用螺栓固定于主盒(8)底板中心位置的螺纹孔洞中，上端支撑在三点弯曲试块(11)底面中心处。
2.根据权利要求1所述的模拟海洋浪溅区腐蚀疲劳三点弯曲试验装置，其特征在于主盒(8)两侧较长侧板采用双层有机玻璃，内夹橡胶层。
3.根据权利要求1所述的模拟海洋浪溅区腐蚀疲劳三点弯曲试验装置，其特征在于过滤箱(1)采用有机玻璃制成的盒体容器，内部纵横布置纤维滤材(15)，沿长度方向布置两层，高度方向布置三层。
4.根据权利要求1所述的模拟海洋浪溅区腐蚀疲劳三点弯曲试验装置，其特征在于喷淋管线(16)由自动喷水装置(14)控制喷淋时间。
5.根据权利要求1所述的模拟海洋浪溅区腐蚀疲劳三点弯曲试验装置，其特征在于海水循环封闭回路中的输水管线采用橡胶水管。
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