CN110186756B - 一种测试超高强度钢丝应力腐蚀的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种测试超高强度钢丝应力腐蚀的装置及方法，属于钢丝试验测试技术领域。所述装置包括夹具、试验件和螺栓，所述夹具包括夹具主体、通孔和两组螺栓孔，所述通孔贯穿夹具主体水平轴中心，每组螺栓孔分为两个，分别水平对称且垂直设于通孔上下两侧并贯穿夹具主体，两组螺栓孔分别轴对称贯穿夹具主体的两端，螺栓底部与螺栓孔活动连接，试验件穿入通孔并且试验件的两端伸出通孔，试验件与通孔上下两侧的螺栓孔靠近的部位设有凹槽，凹槽与螺栓底端对应。所述装置工装简单、操作简便、节约空间，所述方法可以对超高强度（≥1500MPa）钢丝进行模拟受载试验，用于评价其在应力加载情况下的腐蚀性能，为适时进行缆索维护、保证大桥正常安全运行提供指导。

Description

一种测试超高强度钢丝应力腐蚀的装置及方法
技术领域
本发明属于钢丝试验测试技术领域，具体涉及一种测试超高强度钢丝应力腐蚀的装置及方法。
背景技术
随着跨径的增大和建造环境的复杂，桥梁缆索结构对钢丝的强度和耐蚀性提出了更高的要求。高强度钢丝的生产工艺是：高碳珠光体钢盘条→酸洗→磷化→拉拔→热浸镀→高强度钢丝产品。
在桥索钢丝的使用过程中，残余或外加应力导致的应变和腐蚀环境耦合作用下引起的应力腐蚀开裂，是其最常见的失效形式，常在没有任何征兆的情况下使桥索突然断裂，对国民经济造成十分严重的损失。因此，测试超高强度(≥1500MPa)钢丝的应力腐蚀行为可对钢丝的使用寿命进行准确评估，为保证大桥正常安全运行提供重要依据。
目前，研究者对钢丝进行的评价多在无受载情况下进行，导致其评价结果与实际应用结果误差极大。其次，有关钢丝应力腐验的报道中，试验件一般通过螺纹连接固定，依靠旋拧螺栓提供应力加载，但是超高强度钢丝表面硬度大，不易车削，无法使用上述方法进行试验。因此需要设计一种可便捷加载的应力腐蚀测试装置，可精确模拟钢丝在受载条件下的腐蚀行为，为适时进行缆索维护提供指导。
发明内容
解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种测试超高强度钢丝应力腐蚀的装置及方法，所述装置工装简单、操作简便、节约空间，所述方法可以对超高强度(≥1500MPa)钢丝进行模拟受载试验，用于评价其在应力加载情况下的腐蚀性能，为适时进行缆索维护、保证大桥正常安全运行提供指导。
技术方案：一种测试超高强度钢丝应力腐蚀的装置，所述装置包括夹具、试验件和螺栓，所述夹具包括夹具主体、通孔和两组螺栓孔，夹具主体为长方体，所述通孔贯穿夹具主体水平轴中心，每组螺栓孔分为两个，分别水平对称且垂直设于通孔上下两侧并贯穿夹具主体，两组螺栓孔分别轴对称贯穿夹具主体的两端，螺栓孔接近通孔的一端设有外螺纹，所述螺栓底部设有与外螺纹对应的内螺纹，螺栓与每个螺栓孔活动连接，试验件穿入通孔并且试验件的两端伸出通孔，试验件与通孔上下两侧的螺栓孔靠近的部位设有凹槽，所述凹槽与螺栓底端对应。
作为优选，所述装置包括两组螺栓，一组螺栓包括两个螺栓a，另一组螺栓包括两个螺栓b，螺栓a底端齐平，螺栓b底端为倒三角形结构，试验件包括两组凹槽，一组凹槽包括两个凹形槽，另一组凹槽为环形三角槽，两组凹槽轴对称设于试验件中部的两端并且两组凹槽的间距与通孔两端螺栓孔的间距相等，所述凹形槽分别与两个螺栓a底端一一对应，所述环形三角槽分别与两个螺栓b底端的一侧对应，两个螺栓a底部的内螺纹分别与夹具主体一端的上下两个螺栓孔的外螺纹一一对应，两个螺栓b底部的内螺纹分别与夹具主体另一端的上下两个螺栓孔的外螺纹一一对应。
作为优选，所述夹具主体为内部中空的长方体，夹具主体边角为圆角。
作为优选，所述通孔的孔径为5-7mm。
作为优选，试验件伸出通孔两端的长度大于30mm。
作为优选，所述装置还包括耐蚀层，所述耐蚀层设于夹具表面，所述耐蚀层为高耐蚀性涂料层。
上述装置测试超高强度钢丝应力腐蚀的方法，包括以下步骤：
步骤一.根据现实工况条件选择腐蚀介质、确定试样应力加载的大小，在试验件表面加工凹槽；
步骤二.将试验件穿过夹具的通孔，调整试验件的位置，使凹槽与夹具的螺栓孔一一对应；
步骤三.将螺栓拧入其中一组螺栓孔，把试验件固定在夹具主体上；
步骤四.使用拉伸试验机夹持试验件伸出夹具主体的两端，施加拉应力载荷；
步骤五.将螺栓拧入另一组螺栓孔，将试验件夹住；
步骤六.从拉伸试验机上将试验件两端卸下，将装置放入盐雾箱内进行腐蚀试验；
步骤七.腐蚀试验完成后，将试验件从装置上卸下，进行应力腐蚀性能分析。
作为优选，上述装置测试超高强度钢丝应力腐蚀的方法，包括以下步骤：
步骤一.根据现实工况条件选择腐蚀介质、确定试样应力加载的大小，在试验件表面加工凹形槽和环形三角槽；
步骤二.将试验件穿过夹具的通孔，调整试验件的位置，使凹形槽和环形三角槽分别与夹具的螺栓孔一一对应；
步骤三.将螺栓a拧入凹形槽对应的螺栓孔，把试验件固定在夹具主体上；
步骤四.使用拉伸试验机夹持试验件伸出夹具主体的两端，施加拉应力载荷；
步骤五.将螺栓b拧入环形三角槽对应的螺栓孔，将试验件夹住；
步骤六.从拉伸试验机上将试验件两端卸下，将装置放入盐雾箱内进行腐蚀试验；
步骤七.腐蚀试验完成后，将试验件从装置上卸下，进行应力腐蚀性能分析。
作为优选，所述步骤一中在试验件表面加工凹槽时采用磨削工艺加工，凹槽边角为圆角。
有益效果：1.本发明采用螺栓与凹槽配合对钢丝进行紧固及维持应力状态，可以克服钢丝无法长期维持应力状态的难题。
2.本发明可以实现不同应力情况下的腐蚀试验测试，尤其适用于长期环境腐蚀情况。
3.本发明采用应力与腐蚀一体化结构，工装简单、操作简便、节约空间，可在实验室内同时进行多组试验。
附图说明
图1为本发明所述装置中试验件插入通孔时的主视图；
图2为本发明所述装置中试验件插入通孔时俯视视角的剖视图(剖面位置为图1中A-A向)；
图3为本发明所述装置中试验件插入通孔时的俯视图；
图4为本发明所述夹具的左视图；
图5为本发明所述螺栓b的结构示意图；
图6为本发明所述试验件的主视图；
图7为本发明所述试验件的俯视图；
图8为超高强度钢丝应力腐蚀360h后的表面形貌图，图中(a)为实施例4的超高强度钢丝应力腐蚀360h后的表面形貌图，(b)为实施例5的超高强度钢丝应力腐蚀360h后的表面形貌图。
图中各数字标号代表如下：1.夹具主体；2.通孔；3.螺栓孔；4.试验件；5.内螺纹；6.凹形槽；7.环形三角槽；8.螺栓a；9.螺栓b。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种测试超高强度钢丝应力腐蚀的装置，所述装置包括夹具、试验件4和螺栓，所述夹具包括夹具主体1、通孔2和两组螺栓孔，夹具主体1为长方体，所述通孔2贯穿夹具主体1水平轴中心，每组螺栓孔分为两个，分别水平对称且垂直设于通孔2上下两侧并贯穿夹具主体1，两组螺栓孔分别轴对称贯穿夹具主体1的两端，螺栓孔3接近通孔2的一端设有外螺纹，所述螺栓底部设有与外螺纹对应的内螺纹5，螺栓与每个螺栓孔活动连接，试验件4穿入通孔2并且试验件4的两端伸出通孔2，试验件4与通孔2上下两侧的螺栓孔靠近的部位设有凹槽，所述凹槽与螺栓底端对应。
上述装置测试超高强度钢丝应力腐蚀的方法，包括以下步骤：
步骤一.根据现实工况条件选择腐蚀介质、确定试样应力加载的大小，在试验件表面加工凹槽；
步骤二.将试验件4穿过夹具的通孔2，调整试验件的位置，使凹槽与夹具的螺栓孔一一对应；
步骤三.将螺栓拧入其中一组螺栓孔，把试验件4固定在夹具主体1上；
步骤四.使用拉伸试验机夹持试验件4伸出夹具主体1的两端，施加拉应力载荷；
步骤五.将螺栓拧入另一组螺栓孔，将试验件4夹住；
步骤六.从拉伸试验机上将试验件4两端卸下，将装置放入盐雾箱内进行腐蚀试验；
步骤七.腐蚀试验完成后，将试验件4从装置上卸下，进行应力腐蚀性能分析。
实施例2
一种测试超高强度钢丝应力腐蚀的装置，参见图1-图4，所述装置包括夹具、试验件4、耐蚀层和两组螺栓。所述夹具包括夹具主体1、通孔2和两组螺栓孔。所述夹具主体1为内部中空的长方体，夹具主体1边角为圆角。所述通孔2贯穿夹具主体1水平轴中心，通孔2的孔径为5mm。每组螺栓孔分为两个，分别水平对称且垂直设于通孔2上下两侧并贯穿夹具主体1，两组螺栓孔分别轴对称贯穿夹具主体1的两端，螺栓孔3接近通孔2的一端设有外螺纹。一组螺栓包括两个螺栓a 8，另一组螺栓包括两个螺栓b 9，螺栓b 9的形状参见图5，螺栓a8底端齐平，螺栓b 9底端为倒三角形结构。参见图6和图7，试验件4包括两组凹槽，一组凹槽包括两个凹形槽6，另一组凹槽为环形三角槽7，两组凹槽轴对称设于试验件4中部的两端并且两组凹槽的间距与通孔2两端螺栓孔的间距相等，所述凹形槽6分别与两个螺栓a 8底端一一对应，所述环形三角槽7分别与两个螺栓b 9底端的一侧对应，两个螺栓a 8底部的内螺纹分别与夹具主体1一端的上下两个螺栓孔的外螺纹一一对应，两个螺栓b 9底部的内螺纹分别与夹具主体1另一端的上下两个螺栓孔的外螺纹一一对应。所述螺栓底部设有与外螺纹对应的内螺纹5，螺栓与每个螺栓孔活动连接。试验件4穿入通孔2并且试验件4的两端伸出通孔2，试验件4伸出通孔2两端的长度大于30mm，试验件4与通孔2上下两侧的螺栓孔靠近的部位设有凹槽，所述凹槽与螺栓底端对应。所述耐蚀层设于夹具表面，所述耐蚀层为高耐蚀性涂料层。
上述装置测试超高强度钢丝应力腐蚀的方法，包括以下步骤：
步骤一.根据现实工况条件选择腐蚀介质、确定试样应力加载的大小，在试验件表面采用磨削工艺加工凹形槽6和环形三角槽7，凹槽边角为圆角；
步骤二.将试验件4穿过夹具的通孔2，调整试验件的位置，使凹形槽6和环形三角槽7分别与夹具的螺栓孔一一对应；
步骤三.将螺栓a 8拧入凹形槽6对应的螺栓孔，把试验件4固定在夹具主体1上；
步骤四.使用拉伸试验机夹持试验件4伸出夹具主体1的两端，施加拉应力载荷；
步骤五.将螺栓b 9拧入环形三角槽7对应的螺栓孔，将试验件4夹住；
步骤六.从拉伸试验机上将试验件4两端卸下，将装置放入盐雾箱内进行腐蚀试验；
步骤七.腐蚀试验完成后，将试验件4从装置上卸下，进行应力腐蚀性能分析。
实施例3
采用实施例2中的装置，区别在于，所述通孔2的孔径为7mm，本实施例中对
Figure BDA0002050338700000051
超高强度钢丝的20％σb应力状态下的腐蚀进行测试，步骤如下：
步骤一、选择腐蚀介质为5wt.％NaCl、确定试样应力加载大小为20％σb、钢丝两端进行磨削加工，凹形槽6长度a：12mm、深度b：0.9mm，环形三角槽7中槽长度(底边，底边为挖孔边)c：5mm、长边斜度为1:12，短边倒圆角，螺栓a 8和螺栓b 9结构相同，区别在于螺栓b 9的底部为采用磨削加工成一侧与环形三角槽7中长边对应的斜三角槽；
步骤二、将待测试钢丝穿过夹具的通孔2，调整钢丝的位置，使凹形槽6和环形三角槽7分别与夹具的螺栓孔一一对应；
步骤三、将螺栓a 8拧入凹形槽6对应的螺栓孔，把钢丝的一端固定在夹具主体1上；
步骤四、使用拉伸试验机夹持住钢丝伸出夹具的两端，施加拉应力载荷20％σb；
步骤五、将螺栓b 9拧入环形三角槽7对应的螺栓孔，将钢丝夹住；
步骤六、从拉伸试验机上将试验件4两端卸下，将装置放入盐雾箱内，进行360h腐蚀试验；
步骤七、腐蚀试验完成后，将钢丝卸下，对其进行应力腐蚀性能分析。
实施例4
采用实施例2中的装置，区别在于，所述通孔2的孔径为7mm，本实施例中对
Figure BDA0002050338700000061
超高强度钢丝的40％σb应力状态下的腐蚀进行测试，步骤如下：
步骤一、选择腐蚀介质为5wt.％NaCl、确定试样应力加载大小为40％σb、钢丝两端进行磨削加工，凹形槽6长度a：10mm、深度b：2mm，环形三角槽7中槽长度(底边，底边为挖孔边)c：8mm、长边斜度为1:6，短边倒圆角，螺栓a 8和螺栓b 9结构相同，区别在于螺栓b 9的底部为采用磨削加工成一侧与环形三角槽7中长边对应的斜三角槽；
步骤二、将待测试钢丝穿过夹具的通孔2，调整钢丝的位置，使凹形槽6和环形三角槽7分别与夹具的螺栓孔一一对应；
步骤三、将螺栓a 8拧入凹形槽6对应的螺栓孔，把钢丝的一端固定在夹具主体1上；
步骤四、使用拉伸试验机夹持住钢丝伸出夹具的两端，施加拉应力载荷40％σb；
步骤五、将螺栓b 9拧入环形三角槽7对应的螺栓孔，将钢丝夹住；
步骤六、从拉伸试验机上将试验件4两端卸下，将装置放入盐雾箱内，进行360h腐蚀试验；
步骤七、腐蚀试验完成后，将钢丝卸下，对其进行应力腐蚀性能分析。
实施例5
采用实施例2中的装置，区别在于，所述通孔2的孔径为7mm，本实施例中对
Figure BDA0002050338700000062
超高强度钢丝的80％σb应力状态下的腐蚀进行测试，步骤如下：
步骤一、选择腐蚀介质为5wt.％NaCl、确定试样应力加载大小为80％σb、钢丝两端进行磨削加工，凹形槽6长度a：7mm、深度b：1.5mm，环形三角槽7中槽长度(底边，底边为挖孔边)c：10mm、长边斜度为1:3，短边倒圆角，螺栓a 8和螺栓b 9结构相同，区别在于螺栓b 9的底部为采用磨削加工成一侧与环形三角槽7中长边对应的斜三角槽；
步骤二、将待测试钢丝穿过夹具的通孔2，调整钢丝的位置，使凹形槽6和环形三角槽7分别与夹具的螺栓孔一一对应；
步骤三、将螺栓a 8拧入凹形槽6对应的螺栓孔，把钢丝的一端固定在夹具主体1上；
步骤四、使用拉伸试验机夹持住钢丝伸出夹具的两端，施加拉应力载荷80％σb；
步骤五、将螺栓b 9拧入环形三角槽7对应的螺栓孔，将钢丝夹住；
步骤六、从拉伸试验机上将试验件4两端卸下，将装置放入盐雾箱内，进行360h腐蚀试验；
步骤七、腐蚀试验完成后，将钢丝卸下，对其进行应力腐蚀性能分析。
对比例1
同实施例4，区别在于，不进行应力加载，其它均不变。
对比例2
同实施例4，区别在于，腐蚀介质为：5wt.％NaCl+乙酸，其它均不变。
应力腐蚀测试结果：
对实施例3-5及对比例1和对比例2中的超高强度钢丝取样，进行腐蚀性能测试，将试验测得的结果列于表1中。
表1实施例的超高强度钢丝和各对比例的钢丝所测得的结果
Figure BDA0002050338700000071
从表1试验结果可以看出，在相同的腐蚀周期下，本发明实施例3-5钢丝虽均未断裂，但其表面腐蚀形貌分别为少量白锈(实施例3)、部分白锈(实施例4)和少量红锈(布满白锈，实施例5)，实施例4和实施例5中钢丝表面腐蚀形貌图参见图8，可知应力加载对超高强度钢丝的腐蚀行为有直接影响；腐蚀速率测试结果表明，钢丝腐蚀速率随着拉应力载荷的增大而提高，而且其腐蚀速率明显高于未应力加载钢丝。此结果表明，在其他条件不变的情况下，应力加载会加速超高强度钢丝的腐蚀进行，严重影响超高强度钢丝的使用寿命，本装置及试验方法结果稳定可靠，可获得不同应力载荷与不同腐蚀介质下超高强度钢丝的应力腐蚀数据，并用于进行对比分析。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种测试超高强度钢丝应力腐蚀的装置，其特征在于，所述装置包括夹具、试验件（4）和螺栓，所述夹具包括夹具主体（1）、通孔（2）和两组螺栓孔，夹具主体（1）为长方体，所述通孔（2）贯穿夹具主体（1）水平轴中心，每组螺栓孔分为两个，分别水平对称且垂直设于通孔（2）上下两侧并贯穿夹具主体（1），两组螺栓孔分别轴对称贯穿夹具主体（1）的两端，螺栓孔（3）接近通孔（2）的一端设有外螺纹，所述螺栓底部设有与外螺纹对应的内螺纹（5），螺栓与每个螺栓孔活动连接，试验件（4）穿入通孔（2）并且试验件（4）的两端伸出通孔（2），试验件（4）与通孔（2）上下两侧的螺栓孔靠近的部位设有凹槽，所述凹槽与螺栓底端对应，所述通孔（2）的孔径为5-7 mm。
2.根据权利要求1所述的一种测试超高强度钢丝应力腐蚀的装置，其特征在于，所述装置包括两组螺栓，一组螺栓包括两个螺栓a（8），另一组螺栓包括两个螺栓b（9），螺栓a（8）底端齐平，螺栓b（9）底端为倒三角形结构，试验件（4）包括两组凹槽，一组凹槽包括两个凹形槽（6），另一组凹槽为环形三角槽（7），两组凹槽轴对称设于试验件（4）中部的两端并且两组凹槽的间距与通孔两端螺栓孔的间距相等，所述凹形槽（6）分别与两个螺栓a（8）底端一一对应，所述环形三角槽（7）分别与两个螺栓b（9）底端的一侧对应，两个螺栓a（8）底部的内螺纹分别与夹具主体（1）一端的上下两个螺栓孔的外螺纹一一对应，两个螺栓b（9）底部的内螺纹分别与夹具主体（1）另一端的上下两个螺栓孔的外螺纹一一对应。
3.根据权利要求1所述的一种测试超高强度钢丝应力腐蚀的装置，其特征在于，所述夹具主体（1）为内部中空的长方体，夹具主体（1）边角为圆角。
4.根据权利要求1所述的一种测试超高强度钢丝应力腐蚀的装置，其特征在于，试验件（4）伸出通孔（2）两端的长度大于30 mm。
5.根据权利要求1所述的一种测试超高强度钢丝应力腐蚀的装置，其特征在于，所述装置还包括耐蚀层，所述耐蚀层设于夹具表面，所述耐蚀层为高耐蚀性涂料层。
6.基于权利要求1所述的装置测试超高强度钢丝应力腐蚀的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一.根据现实工况条件选择腐蚀介质、确定试样应力加载的大小，在试验件表面加工凹槽；
步骤二.将试验件（4）穿过夹具的通孔（2），调整试验件的位置，使凹槽与夹具的螺栓孔一一对应；
步骤三.将螺栓拧入其中一组螺栓孔，把试验件（4）固定在夹具主体（1）上；
步骤四.使用拉伸试验机夹持试验件（4）伸出夹具主体（1）的两端，施加拉应力载荷；
步骤五.将螺栓拧入另一组螺栓孔，将试验件（4）夹住；
步骤六.从拉伸试验机上将试验件（4）两端卸下，将装置放入盐雾箱内进行腐蚀试验；
步骤七.腐蚀试验完成后，将试验件（4）从装置上卸下，进行应力腐蚀性能分析。
7.基于权利要求2所述的装置测试超高强度钢丝应力腐蚀的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一.根据现实工况条件选择腐蚀介质、确定试样应力加载的大小，在试验件表面加工凹形槽和环形三角槽；
步骤二.将试验件（4）穿过夹具的通孔（2），调整试验件的位置，使凹形槽（6）和环形三角槽（7）分别与夹具的螺栓孔一一对应；
步骤三.将螺栓a（8）拧入凹形槽（6）对应的螺栓孔，把试验件（4）固定在夹具主体（1）上；
步骤四.使用拉伸试验机夹持试验件（4）伸出夹具主体（1）的两端，施加拉应力载荷；
步骤五.将螺栓b（9）拧入环形三角槽（7）对应的螺栓孔，将试验件（4）夹住；
步骤六.从拉伸试验机上将试验件（4）两端卸下，将装置放入盐雾箱内进行腐蚀试验；
步骤七.腐蚀试验完成后，将试验件（4）从装置上卸下，进行应力腐蚀性能分析。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤一中在试验件表面加工凹槽时采用磨削工艺加工，凹槽边角为圆角。
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