CN112304778A - 一种阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验装置及试验方法，包括万能试验机、腐蚀试验箱、试验溶液循环系统、夹具、恒电位系统，腐蚀试验箱设置在万能试验机上，夹具与万能试验机固定连接，夹具用于固定设置在腐蚀试验箱内的试样，试验溶液循环系统设置在腐蚀试验箱外；万能试验机上固定有底座；腐蚀试验箱内连接有温度计，用于测量腐蚀介质温度；恒电位系统与试样连接。优点是：能够在保证腐蚀溶液循环的条件下，为试验提供阴极充电及2～4℃的恒温条件，能够保证试验的准确性。采用该试验装置能够确保试验操作简单可控，能够有效地完成阴极充电条件下进行裂纹扩展试验。
Description
技术领域
本发明属于电化学充电环境下腐蚀开裂应用领域，尤其涉及一种阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验装置及试验方法。
背景技术
所有焊接接头在焊接界面附近(即在熔合边界，钢制热影响区或焊缝中)都表现出对氢致开裂的敏感性。同样，不可避免地会出现一些缺陷，例如无法检测到的小的融合区域。因此，焊接接头对氢致开裂裂纹扩展的敏感性是确保工程构件完整性的关键性能因素。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验装置及试验方法，适用于阴极充电条件下的氢致开裂断裂裂纹扩展测试，为不同材料和类型的钢种在阴极充电条件下进行氢致开裂裂纹扩展设计和验证提供技术支撑。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验装置，包括万能试验机、腐蚀试验箱、试验溶液循环系统、夹具、恒电位系统，腐蚀试验箱设置在万能试验机上，夹具与万能试验机固定连接，夹具用于固定设置在腐蚀试验箱内的试样，试验溶液循环系统设置在腐蚀试验箱外；万能试验机上固定有底座；腐蚀试验箱内连接有温度计，用于测量腐蚀介质温度；恒电位系统与试样连接；
所述的腐蚀试验箱由上盖板、下底板、腐蚀试验管构成，腐蚀试验管底端与下底板固定连接，下底板带有凹槽，凹槽内嵌O型橡胶圈，O型橡胶圈用于与有机玻璃管密封；上盖板压扣在腐蚀试验管顶端；
所述的试验溶液循环系统包括水浴槽、循环水泵、进水管、出水管，出水管一端与腐蚀试验箱底部相连通，另一端与水浴槽连通，水浴槽经循环水泵与进水管连接，进水管另一端与腐蚀试验箱顶部相连通；
所述的夹具包括上夹头、下夹头，上夹头穿过上盖板与万能试验机固定连接，下夹头穿过下底板通过密封法兰与试验机底座连接；所述的上夹头顶端为带插销的金属杆，上夹头下端为双点顶弯结构；所述的下夹头顶端为下压顶弯结构，下夹头下端为带插销的金属杆。
所述的上盖板、下底板、腐蚀试验管均由有机玻璃制造。
所述的腐蚀试验管底端与下底板通过螺栓固定连接。
所述的进水管、出水管上均连接有阀门，出水管通过快速接头与下底板连接。
所述的上盖板设有通孔。
所述的恒电位系统包括恒电位仪、导线，恒电位仪与试样通过导线连接。
一种阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验方法，包括以下步骤：
1)腐蚀溶液的配制：用去离子水配制质量分数为3.5％±0.5％的氯化钠溶液；
2)试样预处理：试样为板状焊接试样，在进行裂纹扩展试验前，将试样用丙酮脱脂，再用无水乙醇清洗后吹干；
3)将试样通过夹具固定在腐蚀试验箱内，并与恒电位系统连接，再将腐蚀溶液注入腐蚀试验箱，并开启循环水泵，使试验溶液循环系统运行，调节水浴槽内腐蚀溶液的温度至2～4℃；调节万能试验机，降下上夹头，使试样与下夹头接触并不受力作用，同时将上盖板扣压在腐蚀试验管上固定；
4)试样的充电：调节恒电位仪的电压，使电压达到试验设定值，预充氢48小时以上；
5)腐蚀拉伸试验：保证试验环境的稳定，遵循BS7448第1、2和4部分或ASTM E1152的要求，进行抗裂纹扩展性试验，建立J-R曲线。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明能够在保证腐蚀溶液循环的条件下，为试验提供阴极充电及2～4℃的恒温条件，能够保证试验的准确性。采用该试验装置能够确保试验操作简单可控，能够有效地完成阴极充电条件下进行裂纹扩展试验，可以为不同材料和类型的钢种在阴极充电条件下进行氢致开裂裂纹扩展设计和验证提供技术支撑。
附图说明
图1是阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验装置的结构示意图。
图2是夹具的安装示意图。
图3是试样的示意图。
图中：1-万能试验机 2-腐蚀试验箱 3-溶液循环系统 4-温度计 5-夹具 6-试样7-恒电位系统
20-上盖板 21-下底板 22-腐蚀试验管 23-密封法兰
30-水浴槽 31-循环水泵 32-进水管 320-进水管阀门 33-出水管 34-出水管阀门
50-上夹头 51-下夹头
70-恒电位仪 71-导线。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
实施例
见图1-图3，一种阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验装置，包括万能试验机1、设置在万能试验机1工作段的腐蚀试验箱2、对腐蚀溶液进行循环的溶液循环系统3以及可对腐蚀溶液温度进行测量的温度计4；腐蚀试验箱2内的试样6由夹具5夹持，夹具5穿过腐蚀试验箱2的上盖板20、下底板21与万能试验机1相连；恒电位系统7与试样6连接，试样6通过恒电位仪70系统施加阴极电位。试验溶液循环系统3设置在腐蚀试验箱2外；万能试验机1上固定有底座，密封法兰23与底座固定连接。
腐蚀试验箱2为构成下部密封的分体式圆柱结构，腐蚀试验箱2由上盖板20、下底板21、腐蚀试验管22构成，腐蚀试验管22底端与下底板21通过螺栓固定连接，下底板21带有凹槽，凹槽内嵌O型橡胶圈，O型橡胶圈用于与有机玻璃管密封；上盖板20压扣在腐蚀试验管22顶端；上盖板20为带凹槽的圆形有机玻璃板，上盖板20中心设置有便于上夹头50动作的通孔；上盖板20、下底板21、腐蚀试验管22均由有机玻璃制造。
试验溶液循环系统3包括水浴槽30、循环水泵31、进水管32、出水管33，出水管33一端与腐蚀试验箱2底部相连通，另一端与水浴槽30连通，水浴槽30经循环水泵31与进水管32连接，进水管32另一端与腐蚀试验箱2的上盖板20连接，并与腐蚀试验箱2内部相连通；进水管32上设有进水管阀门320，出水管33上设有出水管阀门34，出水管33通过快速接头与下底板21连接。自出水管33流出的腐蚀溶液经外部水浴槽30冷却后，流经循环泵返回由进水管32重新回到腐蚀试验箱2中从而完成腐蚀溶液的一个循环。
夹具5包括上夹头50、下夹头51，上夹头50穿过上盖板20与万能试验机1固定连接，下夹头51穿过下底板21通过密封法兰23与试验机底座连接；所述的上夹头50顶端为带插销的金属杆，上夹头50下端为下压双点顶弯结构；所述的下夹头51顶端为下压单点顶弯结构，下夹头51下端为带插销的金属杆。
恒电位系统7包括恒电位仪70、导线71，恒电位仪70与试样6通过导线71连接，构成回路。通过恒电位仪70调节电压大小，从而对试样6施加固定的阴极电压。
见图1-图3，一种阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验方法，包括以下步骤：
1)腐蚀溶液的配制：用去离子水配制质量分数为3.5％的氯化钠溶液；
2)试样6预处理：试样6为板状焊接试样6，在进行裂纹扩展试验前，将试样6用丙酮脱脂，再用无水乙醇清洗后吹干；
3)将试样6通过夹具5固定在腐蚀试验箱2内，腐蚀试验管22与下底板21连接，将试验机底座用密封法兰23与下夹头51连接，腐蚀试验管22、下底板21及下夹头51固定在万能试验机1上，将腐蚀溶液添加至腐蚀试验箱2中，没过腐蚀试验管22中部；依次安装上盖板20及上夹头50，并将试样6用速干胶固定在上夹头50，两侧用导线71连接，穿过上盖板20中间通孔，与恒电位仪70连接；确保上盖板20与进水管32连接牢固，温度计4能够测量腐蚀溶液温度；开启循环水泵31，使试验溶液循环系统3运行，调节水浴槽30内腐蚀溶液的温度至2～4℃；调节万能试验机1，降下上夹头50，使试样6与下夹头51接触并不受力作用，同时将上盖板20扣压在腐蚀试验管22上固定；
4)试样6的充电：使用三电极体系的恒电位仪70，调节恒电位仪70的电压，对试样施加-1100mV的电压，预充氢48小时以上，试验过程中保持-1100mV的电压，直至试验结束；
5)腐蚀拉伸试验：保证试验环境的稳定，遵循BS7448第1、2和4部分或ASTM E1152的要求，使用5×10-6mm/s的加载位移速率进行试验，从而建立J-R曲线。
Claims (7)
1.一种阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验装置，其特征在于，包括万能试验机、腐蚀试验箱、试验溶液循环系统、夹具、恒电位系统，腐蚀试验箱设置在万能试验机上，夹具与万能试验机固定连接，夹具用于固定设置在腐蚀试验箱内的试样，试验溶液循环系统设置在腐蚀试验箱外；万能试验机上固定有底座；腐蚀试验箱内连接有温度计，用于测量腐蚀介质温度；恒电位系统与试样连接；
所述的腐蚀试验箱由上盖板、下底板、腐蚀试验管构成，腐蚀试验管底端与下底板固定连接，下底板带有凹槽，凹槽内嵌O型橡胶圈，O型橡胶圈用于与有机玻璃管密封；上盖板压扣在腐蚀试验管顶端；
所述的试验溶液循环系统包括水浴槽、循环水泵、进水管、出水管，出水管一端与腐蚀试验箱底部相连通，另一端与水浴槽连通，水浴槽经循环水泵与进水管连接，进水管另一端与腐蚀试验箱顶部相连通；
所述的夹具包括上夹头、下夹头，上夹头穿过上盖板与万能试验机固定连接，下夹头穿过下底板通过密封法兰与试验机底座连接；所述的上夹头顶端为带插销的金属杆，上夹头下端为双点顶弯结构；所述的下夹头顶端为下压顶弯结构，下夹头下端为带插销的金属杆。
2.根据权利要求1所述的一种阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验装置，其特征在于，所述的上盖板、下底板、腐蚀试验管均由有机玻璃制造。
3.根据权利要求1所述的一种阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验装置，其特征在于，所述的腐蚀试验管底端与下底板通过螺栓固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验装置，其特征在于，所述的进水管、出水管上均连接有阀门，出水管通过快速接头与下底板连接。
5.根据权利要求1所述的一种阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验装置，其特征在于，所述的上盖板设有通孔。
6.根据权利要求1所述的一种阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验装置，其特征在于，所述的恒电位系统包括恒电位仪、导线，恒电位仪与试样通过导线连接。
7.一种利用权利要求1-6任意一项所述的试验装置实现的阴极充电条件下的抗裂纹扩展性试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)腐蚀溶液的配制：用去离子水配制质量分数为3.5％±0.5％的氯化钠溶液；
2)试样预处理：试样为板状焊接试样，在进行裂纹扩展试验前，将试样用丙酮脱脂，再用无水乙醇清洗后吹干；
3)将试样通过夹具固定在腐蚀试验箱内，并与恒电位系统连接，再将腐蚀溶液注入腐蚀试验箱，并开启循环水泵，使试验溶液循环系统运行，调节水浴槽内腐蚀溶液的温度至2～4℃；调节万能试验机，降下上夹头，使试样与下夹头接触并不受力作用，同时将上盖板扣压在腐蚀试验管上固定；
4)试样的充电：调节恒电位仪的电压，使电压达到试验设定值，预充氢48小时以上；
5)腐蚀拉伸试验：保证试验环境的稳定，遵循BS7448第1、2和4部分或ASTM E1152的要求，进行抗裂纹扩展性试验，建立J-R曲线。
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