CN112098206B - 一种螺栓应力腐蚀试验装置及应用该装置的试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种螺栓应力腐蚀试验装置，该试验装置包括如下组成部分：对待测螺栓进行应力腐蚀试验的加载模块，所述加载模块包括用于容纳恒温腐蚀介质的试验桶，所述试验桶桶身的两端沿轴向开设有与待测螺栓形状相吻合的螺栓孔，所述待测螺栓穿过两所述螺栓孔，且所述待测螺栓与所述螺栓孔的接触面密封设置，所述待测螺栓位于试验桶桶身外的两端均套设有加载螺母；用于测定试验桶桶身预加载应变ε的应变片，所述应变片沿周向固定于试验桶的桶身中部，所述应变片通过控制线路与控制模块相连。本发明根据受力平衡公式，将测得的试验桶的应变值转化为待测螺栓的应变值，整体试验装置简单，不依赖专用加载试验机，节约了资源，降低了成本。

Description

一种螺栓应力腐蚀试验装置及应用该装置的试验方法
技术领域
本发明涉及机械设备领域，具体是一种螺栓应力腐蚀试验装置及应用该装置的试验方法。
背景技术
随着工业的发展，通用机械设备朝着大型化、高参数、极端工况的方向高速迈进，作为设备辅件的螺栓，相应的要求亦不断提高。螺栓的材料强度越来越高、尺寸不断增大、服役环境更加复杂恶劣，螺栓因应力腐蚀失效的情况时有发生，由此导致设备故障造成较大的经济损失和人员伤亡，给企业和社会带来沉重负担和不良影响。目前尚未有全尺寸结构螺栓的应力腐蚀试验装置和试验方法，试验室条件下的测试一般通过专用的拉伸试验机对螺柱预加载一定的应力，再设置专用的腐蚀试验环境箱与拉伸试验机配套连接，实现对螺栓的应力腐蚀试验，这种方法需要有专用的拉伸试验机和腐蚀试验环境箱，且二者配套连接较为繁琐，长时间试验时存在连接不牢靠的问题，且不能满足多个试样同时进行试验的需求，导致试验成本高昂，试验周期漫长。考虑到上述螺栓应力腐蚀试验的重要性和现有技术的局限性，针对工业用螺栓，设计开发一种较为经济实用的应力腐蚀试验装置和试验方法显得尤为必要。
发明内容
为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种螺栓应力腐蚀试验装置，在不依赖专用加载试验机的情况下测试待测螺栓的应变值，经济适用；本发明的另一个目的在于提供应用上述实验装置的试验方法，以获得更精确的实验数据。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种螺栓应力腐蚀试验装置，该试验装置包括如下组成部分：
对待测螺栓进行应力腐蚀试验的加载模块，所述加载模块包括用于容纳恒温腐蚀介质的试验桶，所述试验桶桶身的两端沿轴向开设有与待测螺栓形状相吻合的螺栓孔，所述待测螺栓穿过两所述螺栓孔，且所述待测螺栓与所述螺栓孔的接触面密封设置，所述待测螺栓位于试验桶桶身外的两端均套设有加载螺母；
用于测定试验桶桶身预加载应变ε的应变片，所述应变片沿周向固定于试验桶的桶身中部，所述应变片通过控制线路与控制模块相连。
作为本发明进一步的方案：所述试验桶桶身开设有两个分别供腐蚀介质流入和流出的导流孔，两所述导流孔均通过管路连接到储有腐蚀介质的腐蚀介质箱，其中一条管路上安装有用于抽取腐蚀介质的循环泵。
作为本发明再进一步的方案：所述腐蚀介质箱内安装有维持箱内腐蚀介质温度的换热器；所述循环泵和换热器均通过控制线路与控制模块相连。
作为本发明再进一步的方案：所述试验桶上下开口，开口处均通过顶板密封；所述螺栓孔开设在顶板上，且螺栓孔的孔壁固定有防止腐蚀介质泄露的密封圈。
作为本发明再进一步的方案：两所述顶板上分别开设有连通试验桶桶腔的进液孔和出液孔，所述进液孔和出液孔即为所述导流孔。
作为本发明再进一步的方案：所述顶板与试验桶的接触面设置有提高试验桶密封性能的垫片。
作为本发明再进一步的方案：所述待测螺栓的两端还套设有用于锁紧加载螺母的锁紧螺母，所述加载螺母位于锁紧螺母和试验桶桶身之间。
作为本发明再进一步的方案，一种螺栓应力腐蚀试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据公式
Figure BDA0002660594580000021
计算支撑筒的预加载应变ε；
其中：
D为待测螺栓的中径，单位为mm；
σ为待测螺栓的预加载应力，单位为Mpa；
di为试验桶的内径，单位为mm；
do为试验桶的外径，单位为mm；
E为试验桶材料的弹性模量，单位为Mpa；
ε为试验桶的预加载应变；
S2、将装置组装完成，在未对加载螺母施加预紧力的前提下，通过控制模块将应变片的初始应变做清零处理；
S3、将两加载螺母不断旋紧，在旋紧过程中，当控制模块显示应变片的应变值达到ε时，停止旋紧，用锁紧螺母将加载螺母锁紧；
S4、开启换热器，将腐蚀介质箱中的腐蚀介质加热到试验温度并维持该试验温度；达到试验温度后开启循环泵，使腐蚀介质在试验桶内循环流动；
S5、记录试验开始时间，当试验达到预定时间时，关闭循环泵，将待测螺栓拆除，进行后续应力腐蚀分析研究。
作为本发明再进一步的方案：在步骤S2中，所述应变片共设四个，控制模块记录四个应变片显示的应变值，并取四个值的平均值作为实际应变值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明使用时，在实验过程中旋紧待测螺栓，使得试验桶受到压缩，同时待测螺栓受到拉伸，根据受力平衡公式，将测得的试验桶的应变值转化为待测螺栓的应变值，整体试验装置简单，不依赖专用加载试验机，节约了资源，降低了成本。
2、本发明使用时，将应变片设置在桶体中部，远离两端，可以不受局部应力影响，使得测量结果更加精确；同时应变片设置多个取测量数值的平均值，使实验结果精确。
3、本发明使用时，试验桶外接腐蚀介质箱，使桶内腐蚀介质循环流动，同时换热器实时控制腐蚀介质的温度，均模拟了实际工况下的应力腐蚀情况，使实验数据更加精确；应变片、循环泵和换热器均通过控制线路连接到控制模块，方便了试验过程的实时调控。
4、本发明使用时，通过增加垫片和密封圈，提高了试验桶整体的密封性能，防止实验过程中腐蚀介质发生泄漏。
5、本发明使用时，增加了锁紧螺母，在试验过程中锁紧加载螺母，防止加载螺母随时间和温度的变化产生不同程度的松弛，保持试验过程中预紧力保持不变。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中螺栓加载模块的结构示意图。
图中：1—腐蚀介质箱 2—换热器 3—循环泵 4—管路
5—螺栓加载模块 6—控制线路 7—控制模块
51—待测螺栓 52—锁紧螺母 53—加载螺母 54—顶板
55—垫片 56—试验桶 57—应变片 58—进液孔 59—出液孔
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～2，本发明实施例中，一种螺栓应力腐蚀试验装置，包括用于容纳恒温腐蚀介质的试验桶56，试验桶56可选择一体式桶或分体式桶，这里以分体式桶举例，试验桶56上下开口，开口处均通过顶板54密封，顶板54与试验桶56的接触面固定有垫片55以提高密封性能；顶板54均沿桶体轴向开设有螺栓孔，且孔的形状与待测螺栓51相吻合以便于待测螺栓从两螺栓孔穿过，螺栓孔的孔壁均固定有密封圈510；在试验桶56的桶壁中部沿周向固定有应变片57，应变片57数量优选为4-6个，且应变片57通过控制线路6连接到控制模块7。
整个试验桶56还外接有储有腐蚀介质的腐蚀介质箱1，试验桶56上开设有两个孔，这里的两个孔，可直接开设在桶身上，优选为分别开设在顶板54上，其中一个孔为进液孔58，另一个孔为出液孔59；进液孔58和出液孔59均通过管路4连接到腐蚀介质箱1，其中一条管路4上安装有循环泵3，用以抽取腐蚀介质箱1内的腐蚀介质；腐蚀介质箱1内还安装有换热器2，以保证箱内腐蚀介质处于恒温状态，换热器2和循环泵3均通过控制线路6与控制模块7相连。
在待测螺栓51穿过两螺栓孔后，在待测螺栓51位于试验桶56桶身外的两端均套设有加载螺母53和锁紧螺母52，并使加载螺母53位于锁紧螺母52和试验桶56的桶身之间。
为便于进一步理解本发明，此处给出应用本实验装置时具体的试验方法，试验方法包括以下步骤：
S1、根据公式
Figure BDA0002660594580000051
计算支撑筒56的预加载应变ε；
其中：
D为待测螺栓51的中径，单位为mm；
σ为待测螺栓51的预加载应力，单位为Mpa；
di为试验桶56的内径，单位为mm；
do为试验桶56的外径，单位为mm；
E为试验桶56材料的弹性模量，单位为Mpa；
ε为试验桶56的预加载应变；
此步骤中的公式根据试验桶56受力和待测螺栓51受力相平衡得到，根据受力平衡可列公式：
Figure BDA0002660594580000061
故可得
Figure BDA0002660594580000062
S2、将装置组装完成，在未对加载螺母53施加预紧力的前提下，通过控制模块7将应变片57的初始应变做清零处理；
这里的应变片57共设四个，使用控制模块7记录四个应变片57显示的应变值，并取四个值的平均值作为实际应变值。
S3、将两加载螺母53不断旋紧，在旋紧过程中，当控制模块7显示应变片57的应变值达到ε时，停止旋紧，用锁紧螺母52将加载螺母53锁紧；
S4、开启换热器2，将腐蚀介质箱1中的腐蚀介质加热到试验温度并维持该试验温度；达到试验温度后开启循环泵3，使腐蚀介质在试验桶56内循环流动；
此步骤中，根据待测螺栓51型号的不同，试验温度和选用的腐蚀介质均做相应的调整，以下给出其中一种具体的实施例：腐蚀介质选用NaCl3.5％溶液；试验温度维持在35±1℃；
选用NaCl3.5％溶液，模拟了海水环境，能更加贴近实际工况。
S5、记录试验开始时间，当试验达到预定时间时，关闭循环泵3，将待测螺栓51拆除，进行后续应力腐蚀分析研究。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种螺栓应力腐蚀试验装置，其特征在于，该试验装置包括如下组成部分：
对待测螺栓(51)进行应力腐蚀试验的加载模块(5)，所述加载模块(5)包括用于容纳恒温腐蚀介质的试验桶(56)，所述试验桶(56)桶身的两端沿轴向开设有与待测螺栓(51)形状相吻合的螺栓孔，所述待测螺栓(51)穿过两所述螺栓孔，且所述待测螺栓(51)与所述螺栓孔的接触面密封设置，所述待测螺栓(51)位于试验桶(56)桶身外的两端均套设有加载螺母(53)；
用于测定试验桶(56)桶身预加载应变ε的应变片(57)，所述应变片(57)沿周向固定于试验桶(56)的桶身中部，所述应变片(57)通过控制线路(6)与控制模块(7)相连；
试验桶(56)的预加载应变ε根据公式
Figure FDA0003593990210000011
计算；
其中：
D为待测螺栓(51)的中径，单位为mm；
σ为待测螺栓(51)的预加载应力，单位为Mpa；
di为试验桶(56)的内径，单位为mm；
do为试验桶(56)的外径，单位为mm；
E为试验桶(56)材料的弹性模量，单位为Mpa；
ε为试验桶(56)的预加载应变。
2.根据权利要求1所述的一种螺栓应力腐蚀试验装置，其特征在于，所述试验桶(56)桶身开设有两个分别供腐蚀介质流入和流出的导流孔，两所述导流孔均通过管路(4)连接到储有腐蚀介质的腐蚀介质箱(1)，其中一条管路(4)上安装有用于抽取腐蚀介质的循环泵(3)。
3.根据权利要求2所述的一种螺栓应力腐蚀试验装置，其特征在于，所述腐蚀介质箱(1)内安装有维持箱内腐蚀介质温度的换热器(2)；所述循环泵(3)和换热器(2)均通过控制线路(6)与控制模块(7)相连。
4.根据权利要求2所述的一种螺栓应力腐蚀试验装置，其特征在于，所述试验桶(56)上下开口，开口处均通过顶板(54)密封；所述螺栓孔开设在顶板(54)上，且螺栓孔的孔壁固定有防止腐蚀介质泄露的密封圈(510)。
5.根据权利要求4所述的一种螺栓应力腐蚀试验装置，其特征在于，两所述顶板(54)上分别开设有连通试验桶(56)桶腔的进液孔(58)和出液孔(59)，所述进液孔(58)和出液孔(59)即为所述导流孔。
6.根据权利要求4所述的一种螺栓应力腐蚀试验装置，其特征在于，所述顶板(54)与试验桶(56)的接触面设置有提高试验桶(56)密封性能的垫片(55)。
7.根据权利要求1所述的一种螺栓应力腐蚀试验装置，其特征在于，所述待测螺栓(51)的两端还套设有用于锁紧加载螺母(53)的锁紧螺母(52)，所述加载螺母(53)位于锁紧螺母(52)和试验桶(56)桶身之间。
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