CN110793911B - 模拟金属在干湿循环和拉应力耦合作用下腐蚀特性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟金属在干湿循环和拉应力耦合作用下腐蚀特性的方法，所采用的试验仪器包括液位控制桶，至少一个可以实现不同恒荷载加载的试验桶，带有抽吸泵的储水桶、支撑架和控制器。每个试验桶均与液位控制桶相连通；在每个试验桶的上方设置有与支撑架固定连接的顶板，在顶板下部固定连接有承力杆，在承力杆上设置有第一定滑轮，在顶板和承力杆上设置有定滑轮组，试样为两个，第一试样的一端与试验桶上部或支撑架相连接，另一端通过夹具与钢丝绳的一端固定连接，钢丝绳通过第一定滑轮后再通过另一个夹具与第二试样的一端固定连接；另一个钢丝绳与第二试样的另一端连接，通过定滑轮组后与试验桶外的砝码相连。本发明具有省力，可靠的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种室内试验用的模拟装置，主要应用于金属材料的耐久性研究领域，是一种模拟特定环境条件和荷载耦合作用的模拟装置。
背景技术
海洋环境下的浪溅区和潮汐区均属于海水干湿循环区域，此区域金属的腐蚀最严重，对于组成海岸和海洋结构物的金属材料而言，在设计荷载作用下，金属材料内部作用有应力，金属在干湿循环和拉应力耦合作用下腐蚀会大大加快，威胁建筑物安全。为了检测金属在海洋环境下的性能，按照GB/T19746-2018《金属和合金的腐蚀盐溶液周浸试验》规定需对其进行干湿循环试验，之前的试验装置大多无法在对构件施加恒力的同时对构件进行自动干湿循环操作。若通过手动操作实现干湿循环操作起来工作量大，且试验影响因素多，所以现有技术存在操作不便、工作量大、误差大、试件可比性差等问题。随着耐久性研究的深入以及国民经济与社会的发展进步，海洋环境下钢结构的耐久性问题在我国日益受到重视，特提出模拟不同腐蚀区域内介质与荷载耦合作用下的试验仪器的发明设计。该实验仪器的发明，解决了金属等构件干湿循环及应力耦合作用下的腐蚀试验人工操作不便、试验效率低、误差大、试件可比性差等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种效率高，误差小，可比性好的模拟金属在海洋干湿循环环境与荷载耦合作用的试验仪器，并给出试验方法。本发明可以根据需要全自动调控干湿循环中浸液时间、干燥时间、溶液温度和干燥环境温湿度，保证每次试验在同条件下进行，确保试验结果具有好的重现性和准确性。同时本试验装置还可通过调整砝码使试件受到不同的恒荷载作用，可对比不同恒荷载对金属腐蚀行为的影响，且荷载施加稳定可靠。具有操作简单、试验效率高、实用性强、试件实验结果可比性强等优点。技术方案如下：
一种模拟金属在干湿循环和拉应力耦合作用下腐蚀特性的方法，所采用的试验仪器包括液位控制桶，至少一个可以实现不同恒荷载加载的试验桶，带有抽吸泵的储水桶、支撑架和控制器，其特征在于，
每个试验桶均与液位控制桶相连通；在每个试验桶的上方设置有与支撑架固定连接的顶板，在顶板下部固定连接有承力杆，在承力杆上设置有第一定滑轮，在顶板和承力杆上设置有定滑轮组，试样为两个，第一试样的一端与试验桶上部或支撑架相连接，另一端通过夹具与钢丝绳的一端固定连接，钢丝绳通过第一定滑轮后再通过另一个夹具与第二试样的一端固定连接；另一个钢丝绳与第二试样的另一端连接，通过定滑轮组后与试验桶外的砝码相连；
抽吸泵在控制器的控制下将试验溶液从储水桶注入装有液位控制桶中，通过浮球来控制液位；控制器还用于调节干湿时间，进行干湿循环，并记录试验溶液液位随时间的变化，试验步骤如下：
将配制好的试验溶液装入储水桶中，安装好两个试样，加载一定质量的砝码，通过控制面板输入试样所需的浸润、干燥时间、总干湿循环次数、高液位值和低液位值，通过对砝码的加载来控制恒定荷载。
本发明可以通过调整干湿循环的时间来模拟不同腐蚀区域的腐蚀条件，是一种自动干湿循环加载与荷载耦合作用下的试验仪器，可以为研究金属在海水干湿循环环境和应力耦合下的腐蚀行为研究提供试验数据。
附图说明
图1试验仪器三维图
图2试验仪器侧视图
图3试验桶内夹具连接局部示意图
图1、图2和图3分别为试验仪器的三维图、侧视图和试验桶内夹具连接局部示意图，图中，1为支撑架，2为顶板，3、15、23为定滑轮，4为试验桶的桶盖，5、16、20、21为夹具，6为湿度调节器，7为液位控制桶，8为试验桶，9、22为钢丝绳，10为固定螺栓，11为支撑板，12为水管，13为大储水桶，14为砝码，17、19为金属条试样，18为不锈钢承力杆。
具体实施方式
本试验装置提供了一套可模拟金属在海水液位变化引起的干湿循环条件下和金属自身受到拉应力的耦合作用下金属腐蚀演化过程的一套装置。
本实施例的模拟金属在干湿循环和拉应力耦合作用下腐蚀特性的基本组成单元由1个液位控制桶7、5个可以实现不同恒荷载加载的试验桶8、1个大储水桶13(内有抽吸泵)组成。试样架裸露于腐蚀剂中的部分涂上环氧树脂使其与腐蚀剂隔离，例如试验桶8中的不锈钢承力杆18或夹具(包括5、16、20、21)。
液位控制桶7通过浮球来控制自己的高低液位，通过连通器原理使5个试验桶8里的液位与液位控制桶7中的液位一致。
试验桶8中通过夹具(包括5、16、20、21)将试样固定，如图3所示：第一个夹具16固定在试验桶8的桶盖4上。第一个夹具16和第二个夹具20分别固定第一段金属条试样17的两头，使其可以受拉力，第二个夹具20通过钢丝绳22与第三个夹具21相连，同时钢丝绳搭在定滑轮23上，第三个夹具21和第四个夹具5分别固定第二段金属条试样19的两头，第四个夹具5通过钢丝绳9绕过两个定滑轮15和3与砝码14连接从而使得试样受到恒载作用。其中试样17通过第一、二两个夹具固定，试样19通过第三、四两个夹具(21和5)固定，定滑轮23固定在一根与顶板2固定的不锈钢承力杆18上。这5个恒荷载加载的试验桶8可以通过变换砝码14的质量来给试样加上不同的恒载，每个试验桶8可同时进行两个试样的干湿循环加载试验。
搭建设备时，首先用不锈钢管焊接成支撑架1，同时在支撑架1的顶部固定一个顶板2。顶板2下固定两个定滑轮3、15用于支撑钢丝绳9，同时在试验桶的桶盖4上固定一个湿度调节器6和一个夹具16，同时试验桶的桶盖4上有足够的空间可使得钢丝绳9通过并且流通空气，钢丝绳9穿过试验桶的桶盖后通过两个定滑轮3、15后与砝码14相连。在支撑架1中间通过固定螺栓10将支撑板11固定在支撑架中间，将试验桶8固定在支撑板11上，并且在液位控制桶7和支撑板11重叠处打孔通过水管12将试验桶8与液位控制桶7形成连通器。通过液位控制桶7中上下两个浮球来控制高低液位，第一个循环时先通过控制系统将大储水桶13中的水通过水泵泵入液位控制桶7中，当液位到达上浮球时停止进水且计时器开始计时，当时间到达预设浸没时间后自动触发排水功能，当液位降到下浮球处时停止排水且计时器开始计时，当时间到达预设干燥时间后自动触发进水功能，如此循环往复直到满足试验要求的循环次数。
实验时，将配制好的腐蚀剂溶液装入大储水桶13中，将两个金属条试样(17和19)装好，在控制面板上输入试样所需的浸润、干燥时间、总干湿循环次数和高低液位值，通过砝码14加载，并点击实验开始按钮。抽吸泵会自动将水注入装有浮球的液位控制桶7中，通过浮球来控制液位，并通过控制器自动调节干湿时间，自动进行干湿循环，并记录试验溶液液位随时间的变化。湿度通过湿度调节器6自动调节，温度通过实验仪器所在房间内的空调系统调节。
此设备可以同时进行金属在5种不同恒荷载条件的腐蚀行为研究，而且可以根据研究需要设置不同的干燥、浸润时间来模拟不同腐蚀区的腐蚀行为。GB/T19746-2018《金属和合金的腐蚀盐溶液周浸试验》要求，试验条件在约定的规范中描述。如果没有，宜在浸没10min后取出，之后50min干燥。溶液温度宜在25℃±2℃范围内，溶液应每过168h更换。为了满足上述试验条件，若采用人工循环的方式进行，其操作难度以及工作量之大是无法想象的，同时循环时间难以保证而导致结果不够准确。故采用本发明所设计的模拟装置能够较为高效、准确的模拟滨海干湿循环区域自然腐蚀环境，为科研提供强有力的试验结果。
Claims (3)
1.一种模拟金属在干湿循环和拉应力耦合作用下腐蚀特性的方法，所采用的试验仪器包括液位控制桶，至少一个可以实现不同恒荷载加载的试验桶，带有抽吸泵的储水桶、支撑架和控制器，其特征在于，
每个试验桶均与液位控制桶相连通；在每个试验桶的上方设置有与支撑架固定连接的顶板，在顶板下部固定连接有承力杆，在承力杆的靠下部位固定连接有第一定滑轮(23)，在顶板下部固定连接有用于支撑第一钢丝绳(9)的定滑轮组(3,15)，一个试验桶内的试样为两个；
通过夹具连接两个试样和试验桶，第一个夹具(16)固定在试验桶的桶盖上，第一个夹具(16)和第二个夹具（ 20） 分别固定第一试样的两头，使其可以受拉力；第二个夹具(20)通过第二钢丝绳(22)与第三个夹具(21)相连，第二钢丝绳(22)搭在第一定滑轮(23)上，第三个夹具(21)和第四个夹具(5)分别固定第二试样的两头，第四个夹具(5)通过第一钢丝绳(9)绕过定滑轮组(15，3)与砝码连接；桶盖上开设有足够的孔洞使得承力杆、第一钢丝绳(9)通过并且流通空气；
抽吸泵在控制器的控制下将试验溶液从储水桶注入装有液位控制桶中，通过液位控制桶内浮球来控制液位；控制器还用于调节干湿时间，进行干湿循环，并记录试验溶液液位随时间的变化，试验步骤如下：
将配制好的试验溶液装入储水桶中，安装好两个试样，加载一定质量的砝码，通过控制面板输入试样所需的浸润、干燥时间、总干湿循环次数、高液位值和低液位值，通过对砝码的加载来控制恒定荷载。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的装置还包括用于调节湿度的湿度调节器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的装置还包括用于调节温度的空调。
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