CN112577822A - 一种腐蚀疲劳裂纹检测系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于腐蚀疲劳裂纹检测领域，具体公开了一种腐蚀疲劳裂纹检测系统及其使用方法，从加载系统结构、腐蚀液处理系统结构以及裂纹检测系统的方法角度出发，改善加载系统结构，完善腐蚀液处理系统，提供一种新的裂纹检测方法。通过将导轨滑块机构连接支撑辊，实现对支撑辊的快速位置调节，使得支撑辊便于安装，使得系统测量范围广，弹性大。提供一种动态裂纹检测系统，位置监测系统主要是利用标尺和工业相机对裂纹扩展过程进行图像采集，经过图像处理后，将裂纹尖端图像转换成坐标，最后经过计算机处理，转换成裂纹扩展长度，避免其他因素造成的检测精度减低，实现对裂纹扩展长度的无接触测量。
Description
技术领域
本发明属于腐蚀疲劳裂纹检测领域，具体而言，涉及一种腐蚀疲劳裂纹扩展检测系统，适用于检测三点弯曲腐蚀疲劳裂纹扩展。
背景技术
腐蚀疲劳裂纹扩展检测系统作为一种疲劳裂纹检测系统，是在研究裂纹扩展的重要技术手段和评价方法。对于不同尺寸的试样，需要设计不同的支撑辊以及不同的夹具，夹具安装时间长，此外对于加载条件不同的弯曲试样，需要不同试验机，导致整体试验成本增加。而其中的裂纹检测系统是腐蚀疲劳裂纹扩展检测的关键技术。常见的裂纹检测方法有目测法和非目测法。目测法在光学显微镜下直接读取裂纹长度，试样需要抛光且对人的负担重，而且不适宜在腐蚀环境下进行。而现今主流的测量方法为非目测法，主要包括电位法和柔度法。电位法基于金属构件的导电性来测量裂纹，在腐蚀环境下要考虑系统连接线导电绝缘问题；柔度法是利用裂纹张开位移间接测量裂纹长度，利用公式计算，但计算公式中涉及的变量较多，它们的误差将直接影响柔度法的测量精度。
发明内容
本发明的主要目的就在解决现有技术方法所存在的不足，提供一种新的腐蚀疲劳裂纹检测系统及使用方法，从加载系统结构、腐蚀液处理系统结构以及裂纹检测系统的方法角度出发，改善加载系统结构，完善腐蚀液处理系统，提供一种新的裂纹检测方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种腐蚀疲劳裂纹检测系统，包括上部开口的腐蚀液箱，腐蚀液箱上具有腐蚀液进液软管和出液软管，腐蚀液箱的底部开设有通孔，贯穿该通孔设有下方拉压试验连接轴，下方拉压试验连接轴连接系统下部的拉压试验机，下方拉压试验连接轴与通孔之间密封设置，下方拉压试验连接轴位于腐蚀液箱的端部设有下侧导轨安装板，下侧导轨安装板与腐蚀液箱底部固定，下侧导轨安装板上设有下侧导轨承接板，下侧导轨承接板上具有下侧无油导轨，下侧无油导轨上具有下侧支撑辊，下侧支撑辊沿下侧无油导轨滑动；所述下侧支撑辊上方设有上侧导轨承接板，上侧导轨承接板的上部为上方拉压试验施力连接轴，上方拉压试验施力连接轴连接系统上部的拉压试验机，上方拉压试验施力连接轴的下部为上侧无油导轨，上侧无油导轨上具有两个上侧支撑辊，试验试样位于两个上侧支撑辊与下侧支撑辊之间。
作为更进一步的优选方案，所述上侧无油导轨沿长度方向设有上侧标尺，所述下侧无油导轨沿长度方向设有下侧标尺。
作为更进一步的优选方案，所述下侧无油导轨的两端具有限位滑块。
作为更进一步的优选方案，两个上侧支撑辊分别位于下侧支撑辊两侧。
一种腐蚀疲劳裂纹检测系统的使用方法，包括以下步骤：
S1：安装标尺；将标尺安装在加载装置的上侧导轨中点位置上，调整距离，使得标尺距离裂纹尖端2mm左右，其中标尺要进行防腐蚀处理，避免影响标定精度；
S2：对试样上的初始裂纹a0位置进行标定；利用工业相机对初始裂纹a0进行图像采集，将裂纹a0尖端的初始位置(x 0 ,y0,z0)在图像中标定出来；
S3：在腐蚀疲劳裂纹扩展试验过程中，利用工业相机对试验过程进行图像采集，将裂纹ai的尖端位置用图像记录下来；
S4：利用图像处理装置对所采集的图像进行处理，将裂纹ai的尖端位置在图像中经过处理后，转换成坐标(x i ,yi,zi)；
S5：利用计算机存储数据，并经过数据处理将坐标转换成裂纹扩展长度；
S6：在标尺下端，连接一个高倍显微镜镜头，用于观察试样在腐蚀疲劳下的断口微观形貌。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明中，考虑到试样大小不同，根据《GB/T6389-2017金属材料疲劳试验疲劳裂纹扩展方法》三点弯曲试样比例图，需要调整支撑辊的位置，所以将支撑辊通过导轨滑块机构安装至试验机上，便于调整支撑辊位置，安装方便。使得系统测量范围广，弹性大。
(2)在本发明中，加载装置上设有压力传感器，实时监测加载外力，保证加载力的大小。
(3)在本发明中，提供一种多加载条件的夹具，通过导轨滑块实现对支撑辊位置的改变，在导轨侧面上安装有标尺，在滑块上安装有限位块，实现对支撑辊位置的限定和锁死。
(4)在本发明中，对于下侧支撑辊的安装，采用多工位的支撑辊安装。将支撑通过铜套筒滑块安装到无油导轨上，在无油导轨上安装有限位块，无油导轨侧面也安装有标尺，实现支撑辊位置的限定和变化。支撑盘通过螺旋凸轮夹具安装到支撑底座上。通过螺旋凸轮固定夹的偏心，可实现迅速强力夹紧操作。
(5)在本发明中，腐蚀液处理系统采用泵阀结合的控制方式，精确的控制腐蚀液流向，保证腐蚀疲劳裂纹扩展试验中的腐蚀液供给与回收，结构简单，操作方便。
(6)在本发明中，提供一种动态裂纹检测系统，位置监测系统主要是利用标尺和工业相机对裂纹扩展过程进行图像采集，经过图像处理后，将裂纹尖端图像转换成坐标，最后经过计算机处理，转换成裂纹扩展长度。直接检测裂纹扩展长度，避免其他因素造成的检测精度减低。
(7)在本发明中，提供一种断口形貌直接观测的方法，在标尺下端接口带有防腐处理的高倍显微镜，用于观察试样在腐蚀疲劳下的断口微观形貌。
附图说明
图1腐蚀疲劳裂纹扩展检测系统左右等轴测示意图；
图2腐蚀疲劳裂纹扩展检测系统内部示意图；
图3腐蚀疲劳裂纹检测系统前侧结构图；
图4腐蚀疲劳裂纹检测系统前侧内部结构示意图；
图5腐蚀疲劳裂纹检测系统过程图；
图6腐蚀疲劳裂纹检测系统组成图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
一种腐蚀疲劳裂纹检测系统是针对弯曲试样的腐蚀疲劳裂纹扩展试验设计的，主要由加载系统、腐蚀液处理系统、裂纹检测系统组成。
其中加载系统主要由加载装置和夹持装置组成。腐蚀液处理系统由腐蚀液箱、软管、吸回泵、开关阀组成。提供一种多加载条件的夹具，通过导轨滑块实现对支撑辊位置的改变，在导轨侧面上安装有标尺，在滑块上安装有限位块，实现对支撑辊位置的限定和锁死。
腐蚀疲劳裂纹检测系统主要是提供一种精确度高的试验系统，从加载系统结构、腐蚀液处理系统结构以及裂纹检测系统的方法角度出发，改善加载系统结构，完善腐蚀液处理系统，提供一种新的裂纹检测方法。系统主要由腐蚀液进液软管1、上方拉压试验施力连接轴2、上侧导轨承接板3、腐蚀液箱4、标尺5、出液软管6、试验试样7、下方拉压试验连接轴8、下侧导轨安装板9、下侧导轨承接板10、限位滑块11、下侧无油导轨12组成、螺旋凸轮夹具13、上侧无油导轨14、无油滑块及套筒15、支撑辊安装垫板16、支撑辊安装套17、上侧支撑辊18、下侧支撑辊19、定位锁紧销钉20、下侧标尺21组成。
对于腐蚀疲劳裂纹扩展试验机，主要涉及连接拉压试验机的腐蚀试验部分。通过上下方拉压试验机连接轴将整个设计部分与拉压试验机相连接。针对大小不同三点弯曲试样，需要调节支撑辊位置，所以设计可以灵活改变支撑辊位置装置。通过上方无油导轨14和无油套筒式滑块15实现对支撑辊18的位置改变。限位块11实现对无油套筒式滑块15的限位和锁死。限位块11通过螺钉安装至导轨14上。由于整个实验环境是腐蚀状态下，导轨的润滑液可能会影响实验精度，所以导轨和滑块都采用无油式且做一定的镀锌防腐处理。将无油导轨安装至将试样上方的上侧导轨承接板3上，实现对整个实验过程中载荷传递。为了保证支撑辊18位置调节的准确性，在上侧导轨承接板3上安装有标尺5。在安装支撑辊18与无油套筒式滑块15时，采用垫板16以及支撑辊安装套17组合实现对支撑辊的安装，支撑辊安装套17通过螺钉安装至垫板16上，支撑辊18通过螺纹连接至支撑辊安装套17上。最后用销钉20对支撑辊18进行锁死，防止支撑辊脱落。
对于下侧支撑辊19的安装，采用多工位的支撑辊安装。将支撑辊19通过铜套筒滑块11安装到无油导轨12上，在无油导轨上安装有限位块实现对无油套筒滑块11的限位和锁死。无油导轨12通过螺钉连接安装至下侧轴承支撑板10上，实现对无油导轨12的固定。此外无油导轨侧面也安装有标尺21，实现支撑辊位置的精准调节。支撑盘9通过螺旋凸轮夹具13安装到腐蚀液箱4上。螺旋凸轮固定夹具13的偏心，可实现迅速强力的夹紧操作，该夹具价格低廉，结构简单，夹紧强度大，大大提高试验可靠性。
对于所述的组成部件都经过防腐处理，防止金属腐蚀产生新的离子，影响实验结果。
对于所述的腐蚀液处理系统由腐蚀液箱4、进液软管1、回液软管6、吸回泵、开关阀组成。在腐蚀液箱4上下两边各设有软管1、6，上方软管作为腐蚀液进口，下方软管作为腐蚀液出口。两个软管口处都设有开关阀，能够及时关闭阀门，控制腐蚀液的进出。为了腐蚀液的高度差不能让所有腐蚀液都流出腐蚀箱4，在腐蚀液出口设有液体回收器，保证液体回收彻底，不会在腐蚀液箱中有残余腐蚀液。
对于所述的裂纹检测系统利用标尺和工业相机对裂纹扩展过程进行图像采集，经过图像处理后，将裂纹尖端图像转换成坐标，最后经过计算机处理，转换成裂纹扩展长度。直接检测裂纹扩展长度，避免其他因素造成的检测精度减低。
具体步骤如下：
S1安装标尺。将标尺安装在加载装置的上侧导轨中点位置上，调整距离，使得标尺距离裂纹尖端2mm左右，其中标尺要进行防腐蚀处理，避免影响标定精度。
S2对试样上的初始裂纹a0位置进行标定。利用工业相机对初始裂纹a0进行图像采集，将裂纹a0尖端的初始位置(x 0 ,y0,z0)在图像中标定出来。
S3在腐蚀疲劳裂纹扩展试验过程中，利用工业相机对试验过程进行图像采集，将裂纹ai的尖端位置用图像记录下来。
S4利用图像处理装置对所采集的图像进行处理，将裂纹ai的尖端位置在图像中经过处理后，转换成坐标(x i ,yi,zi)。
S5利用计算机存储数据，并经过数据处理将坐标转换成裂纹扩展长度。
S6在标尺下端，连接一个高倍显微镜镜头，用于观察试样在腐蚀疲劳下的断口微观形貌。
对于所述的图像采集装置，主要由图像采集卡、工业相机，光源组成，将裂纹扩展过程中裂尖位置变化采集的图像传递给中央处理器。
对于所述的光源，采用卤素灯作为光源，能够实现对试验过程的集中照射。减少光线问题引起的检测误差。
对于所述的中央处理器，主要包括图像处理模块、LCD显示屏、系统标定模块，计算机组成。其中LCD显示屏用来显示试验过程中裂纹扩展的动态过程。计算机用来存储系统标定模块处理完的坐标数据，并将其转化成裂纹的扩展量。
对于所述的图像处理模块主要是对采集到的图像进行线性滤波去噪和边缘化图像增强。由于在腐蚀液体中进行疲劳试验，液体波动会对拍摄精度造成一定影响，需要将图像进行滤波处理。由于拍摄环境光线问题，也会影响拍摄精度，所以需要对其进行边缘化图像增强处理。
对于所述的标尺前端连接有高倍镜显微镜，用于观察断口形貌分析，研究腐蚀疲劳机理。
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 (5)
1.一种腐蚀疲劳裂纹检测系统，其特征在于：包括上部开口的腐蚀液箱(4)，腐蚀液箱(4)上具有腐蚀液进液软管(1)和出液软管(6)，腐蚀液箱(4)的底部开设有通孔，贯穿该通孔设有下方拉压试验连接轴(8)，下方拉压试验连接轴(8)连接系统下部的拉压试验机，下方拉压试验连接轴(8)与通孔之间密封设置，下方拉压试验连接轴(8)位于腐蚀液箱(4)的端部设有下侧导轨安装板(9)，下侧导轨安装板(9)与腐蚀液箱(4)底部固定，下侧导轨安装板(9)上设有下侧导轨承接板(10)，下侧导轨承接板(10)上具有下侧无油导轨(12)，下侧无油导轨(12)上具有下侧支撑辊(19)，下侧支撑辊(19)沿下侧无油导轨(12)滑动；所述下侧支撑辊(19)上方设有上侧导轨承接板(3)，上侧导轨承接板(3)的上部为上方拉压试验施力连接轴(2)，上方拉压试验施力连接轴(2)连接系统上部的拉压试验机，上方拉压试验施力连接轴(2)的下部为上侧无油导轨(14)，上侧无油导轨(14)上具有两个上侧支撑辊(18)，试验试样(7)位于两个上侧支撑辊(18)与下侧支撑辊(19)之间。
2.根据权利要求1所述的一种腐蚀疲劳裂纹检测系统，其特征在于：所述上侧无油导轨(14)沿长度方向设有上侧标尺(5)，所述下侧无油导轨(12)沿长度方向设有下侧标尺(21)。
3.根据权利要求1或2所述的一种腐蚀疲劳裂纹检测系统，其特征在于：所述下侧无油导轨(12)的两端具有限位滑块(11)。
4.根据权利要求1或2所述的一种腐蚀疲劳裂纹检测系统，其特征在于：两个上侧支撑辊(18)分别位于下侧支撑辊(19)两侧。
5.根据权利要求1-5中任一所述的一种腐蚀疲劳裂纹检测系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：安装标尺；将标尺安装在加载装置的上侧导轨中点位置上，调整距离，使得标尺距离裂纹尖端2mm左右，其中标尺要进行防腐蚀处理，避免影响标定精度；
S2：对试样上的初始裂纹a0位置进行标定；利用工业相机对初始裂纹a0进行图像采集，将裂纹a0尖端的初始位置(x 0 ,y0,z0)在图像中标定出来；
S3：在腐蚀疲劳裂纹扩展试验过程中，利用工业相机对试验过程进行图像采集，将裂纹ai的尖端位置用图像记录下来；
S4：利用图像处理装置对所采集的图像进行处理，将裂纹ai的尖端位置在图像中经过处理后，转换成坐标(x i ,yi,zi)；
S5：利用计算机存储数据，并经过数据处理将坐标转换成裂纹扩展长度；
S6：在标尺下端，连接一个高倍显微镜镜头，用于观察试样在腐蚀疲劳下的断口微观形貌。
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