CN103822825B - 一种恒载荷拉伸试验设备用的自动计时装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动计时装置，特别是提供了一种恒载荷拉伸试验设备用的自动计时装置。该装置由“计时与显示”、“光电开关”、“开关定位器”三部分组成。具体包括：可显示8位数的计时器，用于探测试样断裂后杠杆臂状态变化的光电开关和磁性表座。本装置通过磁性表座将光电开关固定在恒载荷试验设备上，利用试样断裂时杠杆臂位置的变化触发光电开关发出信号，该信号将使计时器停止计时，并将计数显示在计时器屏幕上。与传统恒载荷试验设备需要实验人员守候在设备旁边人工计时相比，本装置具有自动计时无需人工守候且装置小巧耐用的优点，克服了传统设备计时过程繁琐的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动计时装置，特别是提供了一种恒载荷拉伸试验设备用的自动计时装置。
背景技术
随着高强度钢铁材料应用的日益广泛，钢铁在服役过程中的失效问题也越来越突出。材料在应力以及环境介质作用下的失效称为应力腐蚀。氢致延迟开裂是由于氢原子的扩散与聚集导致的钢铁材料在低于抗拉强度的应力作用下发生断裂的现象，氢致开裂也是一种应力腐蚀。评价不同钢铁材料氢脆敏感性可以采用恒载荷拉伸实验，将事先加工好的充氢试样固定在恒载荷拉伸试验机上，加上固定载荷即可，记录开始加载到试样被拉断的时间t，t越大，表明材料的氢脆敏感性越低。目前已有关于恒载荷拉伸试验装置的专利，例如专利申请号为200910092652.1的发明专利和专利申请号为201120468324.X的发明专利等，这些设备的基本结构都是杠杆原理将恒定的载荷施加在试样上，实验数据是试样从开始加载到试样被拉断的时间t。这些专利中均未提及时间t的测量方法，一般采用人工值守的办法观察记录时间t，该方法费时费力并且容易由于人为因素错过记录时间。一般来说，恒载荷拉伸试验周期较长，短则几小时，长则数天，在对某种钢材开展不同工艺下的氢脆敏感性评价时需要进行大量实验，人工计时的办法在大量实验中适用性差。综上所述，为了在恒载荷拉伸实验中自动记录数据t，研制一种方便，可靠的恒载荷拉伸试验自动计时装置很有必要。
发明内容
本发明的目的在于设计出一种方便、可靠的恒载荷拉伸试验设备用的自动计时装置。
本发明恒载荷拉伸试验用自动计时装置，其特征在于：所述装置与恒载荷拉伸试验设备结合使用，该装置包括：砝码托盘1、砝码2、托盘连结杆3、固定螺母4、杠杆臂5、光电开关6、磁性表座连接杆7、杠杆臂支撑螺母8、磁性表座连结杆固定螺母9、磁性表座10、夹具固定螺母11、夹具与杠杆臂连接端12、杠杆臂水平调节螺母13、夹具与试样连接螺杆14、固定销钉一15、试样16、固定销钉二17、连接工作台的夹具18、杠杆臂支撑立柱19、杠杆支点立柱20、8位时间显示器21、数据清零和开始按钮22；
其中，砝码2放在砝码托盘1上，通过托盘连接杆3与杠杆臂5相连；光电开关6通过磁性表座连接杆7与磁性表座10相连，磁性表座10通过磁性固定在杠杆支点立柱20上；试样16通过固定销钉一15和固定销钉二17固定在连接工作台的夹具18上。
该装置的操作步骤描述如下：
（1）在杠杆臂5的一端固定好拉伸试样16，在杠杆臂5的另一端加上载荷，此时，杠杆臂5位于水平位置，光电开关6未被阻挡，计时器正常计时，在实验过程中，试样16将受到持续恒定载荷的作用；
（2）为了比较不同钢种的氢脆敏感性差异，将经过电化学充氢后的试样16固定在恒载荷设备上，在恒定载荷的作用下，一段时间后，试样将发生氢致延迟开裂；
（3）记录从施加载荷到试样断裂的时间为t；
（4）在步骤（1）中将拉伸试样16固定在恒载荷拉伸试验设备上时，需要通过调节杠杆臂水平调节螺母（13）的位置以保证杠杆呈水平状态；
（5）从加载并按下计时器开始到试样16被拉断的过程中光电开关6始终未被触发；
（6）在试样16被拉断时，恒载荷实验设备杠杆臂5固定试样16的一端上抬，杠杆臂5连接砝码2的一端下落并触发光电开关6发出信号，计时器在接收到来自光电开关6的信号后停止计时。
本发明自动计时装置中所用表座具有万向调节功能，可以将光电开关调节到任意“合适”位置。例如在调节恒载荷拉伸设备杠杆臂5至水平位置时，需要调节光电开关6的位置以确保光电开关6不被杠杆臂5阻挡，同时又要保证在杠杆臂5落下时光电开关6被触发，在杠杆臂5连接砝码2处与光电开关6之间有杠杆臂支撑立柱19支撑。
本发明自动计时装置中所用试样16经机加工后用丙酮清洗表面油污并吹干，然后进行电化学充氢，充氢溶液为稀硫酸+毒化剂硫脲；杠杆臂5固定试样16一端的力臂是杠杆臂5连接砝码2一端力臂的十五分之一；试样16被拉断后，恒载荷拉伸试验所用时间在8位时间显示器21上显示，按下数据清零和开始按钮22将计时器清零以便下次实验使用。
本发明装置的优点在于适用于衡量钢铁材料氢脆敏感性大小的恒载荷拉伸试验设备，用于自动记录恒载荷拉伸试验所用时间；改善传统恒载荷实验中人工计时费时费力的缺点，实现加载后自动记录实验时间，无需专人值守，可以多台设备同时实验提高时间利用效率，且操作简单、易于安装、运行稳定可靠，在进行大量恒载荷拉伸试验时该装置具有人工记录无法比拟的高效率和高可靠性。
附图说明
图1为恒载荷拉伸试验设备杠杆臂位于水平位置时的示意图。
图2为恒载荷拉伸试验设备在样品被拉断后杠杆臂位置的示意图。
图3为计时器显示屏及控制面板。
其中：1、砝码托盘，2、砝码，3、托盘连结杆，4、固定螺母，5、杠杆臂，6、光电开关，7、磁性表座连接杆，8、杠杆臂支撑螺母，9、磁性表座连结杆固定螺母，10、磁性表座，11、夹具固定螺母，12、夹具与杠杆臂连接端，13、杠杆臂水平调节螺母，14、夹具与试样连接螺杆，15、固定销钉一，16、试样，17、固定销钉二，18、连接工作台的夹具，19、杠杆臂支撑立柱，20、杠杆支点立柱，21、8位时间显示器，22、数据清零和开始按钮。
具体实施方式
实施例1：
恒载荷拉伸试验确定氢脆敏感性需要用到充氢试样16，该试样1将在低于抗拉强度σb的应力作用下断裂，实验时先将加工好的未充氢拉伸试样16在普通万用拉伸试验机上进行拉伸试验，测得其抗拉强度σb=1366Mpa，在本示例中充氢试样16的加载的应力为0.9σb，考虑到试样端杠杆力臂为载荷端杠杆力臂的十五分之一，此时砝码2的重量G1=[(0.9*σb)*S]/15，式中S为拉伸样品16平行段的横截面积。随后将具有相同加工工艺与热处理工艺的试样16在丙酮溶液中清洗干净并吹干，把试样16接在恒流稳压源上，阳极为金属铂，阴极为试样16，充氢电流大小为12mA，充氢时间48小时。将充氢试样16取出后立刻固定到恒载荷拉伸机杠杆臂5上，通过调节杠杆臂水平调节螺母13保证杠杆臂5位于水平位置（图1水平位置），把重量为G1的砝码2加到杠杆臂5左侧砝码托盘1上同时按下计时器数据清零和开始按钮22，此时实验开始。经过1分06秒后，试样16被拉断，杠杆臂5左侧下落挡住光电开关6，光电开关6发出信号给计时器，计时器自动停止计时并将所记录的时间显示在屏幕上。由此可知，在此示例中当施加到试样16上的恒定载荷为0.9σb时，充氢试样16经过1分06秒后断裂。
实施例2：
恒载荷拉伸试验确定氢脆敏感性需要用到充氢试样16，该试样16将在低于抗拉强度σb的应力作用下断裂，实验时先将加工好的未充氢拉伸试样16在普通万用拉伸试验机上进行拉伸试验，测得其抗拉强度σb=1366Mpa，在本示例中充氢试样16的加载的应力为0.8σb，考虑到试样端杠杆力臂为载荷端杠杆力臂的十五分之一，此时砝码2的重量G2=[(0.8*σb)*S]/15，式中S为拉伸试样16平行段的横截面积。随后将具有相同加工工艺与热处理工艺的试样16在丙酮溶液中清洗干净并吹干，把试样16接在恒流稳压源上，阳极为金属铂，阴极为试样16，充氢电流大小为12mA，充氢时间48小时。将充氢试样16取出后立刻固定到恒载荷拉伸机杠杆臂5上，通过调节杠杆臂水平调节螺母13保证杠杆臂5位于水平位置（图1水平位置），把重量为G2的砝码2加到杠杆臂5左侧砝码托盘1上同时按下计时器数据清零和开始按钮22，此时实验开始。经过18分13秒后，试样16被拉断，杠杆臂5左侧下落挡住光电开关6，光电开关6发出信号给计时器，计时器自动停止计时并将所记录的时间显示在屏幕上。由此可知，在此示例中当施加到试样16上的恒定载荷为0.8σb时，充氢试样16经过18分13秒后断裂。
实施例3：
恒载荷拉伸试验确定氢脆敏感性需要用到充氢试样16，该试样16将在低于抗拉强度σb的应力作用下断裂，实验时先将加工好的未充氢拉伸试样16在普通万用拉伸试验机上进行拉伸试验，测得其抗拉强度σb=1366Mpa，在本示例中充氢试样16的加载的应力为0.7σb，考虑到试样端杠杆力臂为载荷端杠杆力臂的十五分之一，此时砝码2的重量G3=[(0.7*σb)*S]/15，式中S为拉伸试样16平行段的横截面积。随后将具有相同加工工艺与热处理工艺的试样16在丙酮溶液中清洗干净并吹干，把试样16接在恒流稳压源上，阳极为金属铂，阴极为试样16，充氢电流大小为12mA，充氢时间48小时。将充氢试样16取出后立刻固定到恒载荷拉伸机杠杆臂5上，通过调节杠杆臂水平调节螺母13保证杠杆臂5位于水平位置（图1水平位置），把重量为G3的砝码2加到杠杆臂5左侧砝码托盘1上同时按下计时器数据清零和开始按钮22，此时实验开始。经过27分23秒后，试样16被拉断，杠杆臂5左侧下落挡住光电开关6，光电开关6发出信号给计时器，计时器自动停止计时并将所记录的时间显示在屏幕上。由此可知，在此示例中当施加到试样16上的恒定载荷为0.7σb时，充氢试样16经过27分23秒后断裂。
Claims (7)
1.一种恒载荷拉伸试验设备用的自动计时装置的使用方法，其特征在于：该装置包括：砝码托盘(1)、砝码(2)、托盘连结杆(3)、固定螺母(4)、杠杆臂(5)、光电开关(6)、磁性表座连接杆(7)、杠杆臂支撑螺母(8)、磁性表座连结杆固定螺母(9)、磁性表座(10)、夹具固定螺母(11)、夹具与杠杆臂连接端(12)、杠杆臂水平调节螺母(13)、夹具与试样连接螺杆(14)、固定销钉一(15)、试样(16)、固定销钉二(17)、连接工作台的夹具(18)、杠杆臂支撑立柱(19)、杠杆支点立柱(20)、8位时间显示器(21)、数据清零和开始计时按钮(22)；
其中，砝码(2)放在砝码托盘(1)上，通过托盘连接杆(3)与杠杆臂(5)相连；光电开关(6)通过磁性表座连接杆(7)与磁性表座(10)相连，磁性表座(10)通过磁性固定在杠杆支点立柱(20)上；试样(16)通过固定销钉一(15)和固定销钉二(17)固定在连接工作台的夹具(18)上；
具体操作步骤描述如下：
(1)在杠杆臂(5)的一端固定好拉伸试样(16)，在杠杆臂(5)的另一端加上载荷，此时，杠杆臂(5)位于水平位置，光电开关未被阻挡，计时器正常计时，在实验过程中，试样(16)将受到持续恒定载荷的作用；
(2)为了比较不同钢种的氢脆敏感性差异，将经过电化学充氢后的试样(16)固定在恒载荷设备上，在恒定载荷的作用下，一段时间后，试样将发生氢致延迟开裂；
(3)记录从施加载荷到试样断裂的时间为t；
(4)在步骤(1)中将拉伸试样(16)固定在恒载荷拉伸试验设备上时，需要通过调节杠杆臂水平调节螺母(13)的位置以保证杠杆呈水平状态；
(5)从加载并按下计时器开始到试样(16)被拉断的过程中光电开关(6)始终未被触发；
(6)在试样(16)被拉断时，恒载荷实验设备杠杆臂(5)固定试样(16)的一端上抬，杠杆臂(5)连接砝码(2)的一端下落并触发光电开关(6)发出信号，计时器在接收到来自光电开关(6)的信号后停止计时。
2.根据权利要求1所述的一种恒载荷拉伸试验设备用的自动计时装置的使用方法，其特征在于：该装置适用于衡量钢铁材料氢脆敏感性大小的恒载荷拉伸试验设备，用于自动记录恒载荷拉伸试验所用时间。
3.根据权利要求1所述的一种恒载荷拉伸试验设备用的自动计时装置的使用方法，其特征在于：试样(16)经机加工后用丙酮清洗表面油污并吹干，然后进行电化学充氢，充氢溶液为稀硫酸+毒化剂硫脲。
4.根据权利要求1所述的一种恒载荷拉伸试验设备用的自动计时装置的使用方法，其特征在于：杠杆臂(5)固定试样(16)一端的力臂是杠杆臂(5)连接砝码(2)一端力臂的十五分之一。
5.根据权利要求1所述的一种恒载荷拉伸试验设备用的自动计时装置的使用方法，其特征在于：在固定试样(16)前检验光电开关(6)的位置，保证杠杆水平时光电开关(6)不被触发，杠杆下落后光电开关(6)被触发。
6.根据权利要求1所述的一种恒载荷拉伸试验设备用的自动计时装置的使用方法，其特征在于：为保证杠杆臂(5)连接载荷一端在下落后触发光电开关(6)，在杠杆臂(5)连接载荷处与光电开关(6)之间有杠杆臂支撑立柱(19)支撑。
7.根据权利要求1所述的一种恒载荷拉伸试验设备用的自动计时装置的使用方法，其特征在于：试样(16)被拉断后，恒载荷拉伸试验所用时间在8位时间显示器(21)上显示，按下数据清零和开始计时按钮(22)将计时器清零以便下次实验使用。
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