CN113624669A - 金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置及方法，该金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置包括反应釜；循环机构，包括储液箱、总进液管、支进液管、分流管和出液管，所述总进液管的一端与所述储液箱连接，所述总进液管的另一端分别与所述支进液管和所述分流管连接，所述支进液管与所述反应釜的进液口连接，所述分流管与所述储液箱连接，所述反应釜的出液口通过所述出液管与所述储液箱连接，其中，所述支进液管上设有流速计，所述分流管上设有分流阀，所述总进液管上设有泵。本发明实现储液箱对反应釜内腐蚀介质的连续循环供应，提高腐蚀介质总量，保证腐蚀介质浓度的稳定性，提高测试结果的准确性和可靠性，结构简单，控制简单，维护成本低。

Description

金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置及方法

技术领域

本发明涉及金属腐蚀疲劳裂纹扩展技术领域，尤其涉及一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置及方法。

背景技术

现有的疲劳裂纹扩展测试装置为一个独立的反应釜，反应釜中的腐蚀介质不流动，并且为了减小反应釜自身重力对拉伸力的影响，通常反应釜被设置为体积较小、腐蚀介质量小，仅满足国标的最低要求。在实验过程中腐蚀溶液中腐蚀介质浓度的变化会影响最终的裂纹扩展结果。

常规的腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置无法对腐蚀液进行加热，即无法完成高温环境(30～70℃)下的腐蚀疲劳裂纹扩展，若在独立反应釜内部或外围加入加热装置对腐蚀介质进行加热，由于温控精度难以保证，会导致腐蚀介质温度存在波动；当采用热膨胀率较高的金属进行实验时，会因为金属试样自身的热胀冷缩导致应变出现波动，干扰最终的试验结果。

发明内容

本发明提供一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置及方法，用以解决现有技术中反应釜内腐蚀介质的容量小，容易产生浓度波动，影响测试结果的缺陷，实现提高腐蚀介质的总量，保证反应釜内腐蚀介质的浓度的稳定性，提高测试结果的准确性和可靠性。

本发明提供一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，包括：

反应釜；

循环机构，所述循环机构包括储液箱、总进液管、支进液管、分流管和出液管，所述总进液管的一端与所述储液箱连接，所述总进液管的另一端分别与所述支进液管和所述分流管连接，所述支进液管与所述反应釜的进液口连接，所述分流管与所述储液箱连接，所述反应釜的出液口通过所述出液管与所述储液箱连接，其中，

所述支进液管上设有流速计，所述分流管上设有分流阀，所述总进液管上设有泵。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，所述反应釜内设有第一热电偶。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，所述储液箱内设有加热管。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，所述储液箱内设有第二热电偶。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，所述储液箱内设有液位开关。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，所述反应釜设有用以安装试样的穿孔。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，还包括引伸计，所述引伸计用以夹装于试样的测试口内。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，所述反应釜内设有温度计，所述温度计用以测量所述反应釜内腐蚀介质的温度。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，还包括控制器，所述控制器分别与所述泵、所述流速计和所述分流阀连接。

本发明还提供一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试方法，包括如下步骤：

将试样对应装配于所述反应釜内，再将所述试样对应装配于试验机上，再将引伸计装配于所述试样的测试口内；

开启所述泵，通过所述流速计获得所述分流阀的开度，使所述反应釜与所述储液箱内的腐蚀介质循环流通；

若需要高温试验，开启所述储液箱内的加热管，对腐蚀介质加热至试验所需温度；

开启所述试验机，直至试验完毕。

本发明提供的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置及方法，通过设置反应釜；循环机构，所述循环机构包括储液箱、总进液管、支进液管、分流管和出液管，所述总进液管的一端与所述储液箱连接，所述总进液管的另一端分别与所述支进液管和所述分流管连接，所述支进液管与所述反应釜的进液口连接，所述分流管与所述储液箱连接，所述反应釜的出液口通过所述出液管与所述储液箱连接，其中，所述支进液管上设有流速计，所述分流管上设有分流阀，所述总进液管上设有泵；实现储液箱对反应釜内腐蚀介质的连续循环供应，提高腐蚀介质总量，保证腐蚀介质浓度的稳定性，提高测试结果的准确性和可靠性，结构简单，控制简单，维护成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置的结构示意图；

图2是本发明提供的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置中反应釜与试样的装配示意图；

附图标记：

1：引伸计； 2：试样； 3：第一夹头；

4：第一热电偶； 5：反应釜； 6：流速计；

7：分流阀； 8：分流管； 9：支进液管；

10：总进液管； 11：液位开关； 12：加热管；

13：泵； 14：第二热电偶； 15：腐蚀介质；

16：储液箱； 17：出液管； 18：第二夹头；

19：出液口； 20：进液口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1和图2描述本发明的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，包括：

反应釜5；

循环机构，所述循环机构包括储液箱16、总进液管10、支进液管9、分流管8和出液管17，所述总进液管10的一端与所述储液箱16连接，所述总进液管10的另一端分别与所述支进液管9和所述分流管8连接，所述支进液管9与所述反应釜5的进液口20连接，所述分流管8与所述储液箱16连接，所述反应釜5的出液口19通过所述出液管17与所述储液箱16连接，其中，

所述支进液管9上设有流速计6，所述分流管8上设有分流阀7，所述总进液管10上设有泵13。可以理解的是，所述反应釜5作为所述试样2与所述腐蚀介质15接触反应的装置。所述循环机构与所述反应釜5连接，形成所述腐蚀介质15循环连通，进而提高了所述反应釜5内的所述腐蚀介质15的容量。

其中，所述循环机构包括储液箱16，所述储液箱16用以存储腐蚀介质15，实现对所述反应釜5循环供应腐蚀介质15。所述储液箱16与所述总进液管10的一端与所述储液箱16连接，所述总进液管10上设置泵13，所述泵13为所述储液箱16内的所述腐蚀介质15流出提供动力。本实施例中泵13选用电磁泵。

进一步地，所述总进液管10的另一端分别与所述支进液管9和所述分流管8连接，也就是说，所述总进液管10内的所述腐蚀介质15分流为两部分，一部分流入所述支进液管9，另一部分流入所述分流管8内。

其中，所述支进液管9与所述反应釜5的进液口20连接，实现将腐蚀介质15输送至所述反应釜5内，所述反应釜5的出液口19连接所述出液管17，所述出液管17与所述储液箱16连接，实现与所述试样2反应后的腐蚀介质15回流至所述储液箱16内，实现所述反应釜5内腐蚀介质15的循环流通。

其中，所述分流管8与所述储液箱16连接，实现将分流至所述分流管8的所述腐蚀介质15回流至所述储液箱16内，进而实现对进入所述支进液管9内的所述腐蚀介质15的量的控制，防止进入量大于所述反应釜5的容量。

进一步地，所述支进液管9上设有流速计6，实现对所述支进液管9内所述腐蚀介质15的流速的实时监测，所述分流管8上设有分流阀7，通过监测所述支进液管9内所述腐蚀介质15的流速，调整所述分流阀7的开度，进而调整所述总进液管10分流至所述支进液管9和所述分流管8的所述腐蚀介质15的量，保证进入所述反应釜5的所述腐蚀介质15的量满足试验需求，同时防止所述腐蚀介质15在所述反应釜5内溢流，保证试验的安全性。

值得说明的是，所述储液箱16的容量远远大于所述反应釜5的容量，在所述反应釜5内与所述试样2反应后的所述腐蚀介质15回流至所述储液箱16，并与所述储液箱16内的所述腐蚀介质15混合，由于量比非常大，所以对所述储液箱16内的所述腐蚀介质15的浓度造成的影响可以忽略不计，也就是说，所述储液箱16循环供给至所述反应釜5的所述腐蚀介质15的浓度是稳定的，保证试验结果的准确性和可靠性。本实施例中，所述反应釜5采用开放式设计。

值得说明的是，进液口20的高度低于出液口19的高度，保证腐蚀介质15与所述试样2充分接触后再进行循环流通。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，所述反应釜5内设有第一热电偶4。可以理解的是，所述第一热电偶4设于所述反应釜5内，用以对所述反应釜5内的所述腐蚀介质15进行加热，以达到并满足试验所述温度，完成高温环境(30～70℃)下的腐蚀疲劳裂纹扩展。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，所述储液箱16内设有加热管12。可以理解的是，所述加热管12设置于所述储液箱16内，并与所述储液箱16内的所述腐蚀介质15接触，实现对所述腐蚀介质15的加热作用，以达到并满足试验所述温度，进而将加热后的所述腐蚀介质15输送至所述反应釜5内，完成高温环境(30～70℃)下的腐蚀疲劳裂纹扩展。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，所述储液箱16内设有第二热电偶14。可以理解的是，所述第二热电偶14设置于所述储液箱16内，并与所述加热管12配合对所述腐蚀介质15进行加热。也就是说，所述加热管12作为主要加热的装置，所述第一热电偶4和所述第二热电偶14作为辅助加热的装置，进而实现对加热温度的精准控制，同时，保证所述腐蚀介质15的温度的平稳性。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，所述储液箱16内设有液位开关11。可以理解的是，所述液位开关11设置于所述储液箱16内，用以监测所述储液箱16内所述腐蚀介质15的液位高度，若发生所述腐蚀介质15的泄漏或所述腐蚀介质15的液面低于设定安全液面，则所述液位开关11发出报警。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，所述反应釜5设有用以安装试样2的穿孔。可以理解的是，所述反应釜5设有穿孔，所述穿孔的开孔方向为竖直方向，用以装配所述试样2。具体的，所述试样2的下端竖直穿过所述穿孔，并在所述穿孔与所述试样2之间涂覆硅胶防水材料，对缝隙进行密封，防止所述反应釜5泄漏。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，还包括引伸计1，所述引伸计1用以夹装于试样2的测试口内。可以理解的是，所述引伸计1用以测量所述试样2腐蚀疲劳裂纹扩展。具体的，所述引伸计1夹装于所述试样2的测试口内，所述试样2的测试口与所述反应釜5内的腐蚀介质15进行反应。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，所述反应釜5内设有温度计，所述温度计用以测量所述反应釜5内腐蚀介质15的温度。可以理解的是，所述温度计设置于所述反应釜5内，实现对所述反应釜5内的腐蚀介质15的温度的实时监测，保证试验所需温度。也就是说，若所述温度计监测的温度低于试验所需温度，则开启所述加热管12和/或所述第一热电偶4和/所述第二热电偶14，直至所述腐蚀介质15的温度达到试验所需温度。

根据本发明提供的一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，还包括控制器，所述控制器分别与所述泵13、所述流速计6和所述分流阀7连接。可以理解的是，控制器用以接收、处理和反馈信息。所述控制器的输入端分别与所述液位开关11、所述流速计6和所述温度计，实现对所述储液箱16内所述腐蚀介质15的液面实时监测的数据进行收集、对所述支进液管9内所述腐蚀介质15的流速数据的接收和对所述反应釜5内所述腐蚀介质15的温度监测的数据进行接收。

进一步地，所述控制器的输出端分别与所述泵13、所述分流阀7、所述加热管12、所述第一热电偶4、所述第二热电偶14连接，根据流速数据调控所述泵13的工作参数，通过温度数据调控所述加热管12、所述第一热电偶4和所述第二热电偶14的工作状态，根据液位信息调控所述泵13停止。

其中，所述控制器的输出端还与试验机连接，用以控制所述试验机的启停。

下面对本发明提供的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试方法进行描述，下文描述的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试方法与上文描述的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置可相互对应参照。

本发明还提供一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试方法，包括如下步骤：

将试样2对应装配于所述反应釜5内，再将所述试样2对应装配于试验机上，再将引伸计1装配于所述试样2的测试口内；

开启所述泵13，通过所述流速计6获得所述分流阀7的开度，使所述反应釜5与所述储液箱16内的腐蚀介质15循环流通；

若需要高温试验，开启所述储液箱16内的加热管12，对腐蚀介质15加热至试验所需温度；

开启所述试验机，直至试验完毕。

本发明实施例提供一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试方法，具体包括如下步骤：

将所述试样2的下端穿过所述反应釜5的穿孔进行装配，采用硅胶防水材料对缝隙进行密封，待干燥后，将带有所述反应釜5的所述试样2装配于所述试验机上，其中，所述试样2的上端与所述试验机的第一夹头3夹持，所述试样2的下端与所述试验机的第二夹头18夹持；本实施例中所述试验机为低频疲劳机；

将所述引伸计1装配于所述试样2的测试口内，测试口位于所述试样2的上端和下端之间，且保证所述反应釜5加入试验所需量的所述腐蚀介质15后可淹没所述测试口，保证试验的顺利进行；

将所述腐蚀接孩子注入所述储液箱16内，依次连接设置所述总进液管10、所述支进液管9和所述回液管；

通过所述控制器设定所述泵13的工作参数，再经所述流速计6的监测调整所述分流阀7的开度；

若需要进行高温试验，通过所述控制器设定所述加热管12的加热温度，经所述温度计监测的温度信息，开启所述第一热电偶4和/或所述第二热电偶14，进行双重反馈调节所述反应釜5内的腐蚀介质15的实际温度，确保温度平稳；

通过所述控制器控制所述试验机加载，当所述试样2断裂或到达所需循环次数后，所述控制器控制所述泵13和所述试验机停止工作，实验完毕取下所述试样2并处理腐蚀液；

值得说明的是，若试验过程中，所述液位开关11监测所述储液箱16内的液位低于安全值，则所述控制器向所述泵13和所述试验机发送停机指令，进行维护检修。

本发明提供的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置及方法，通过设置反应釜；循环机构，所述循环机构包括储液箱、总进液管、支进液管、分流管和出液管，所述总进液管的一端与所述储液箱连接，所述总进液管的另一端分别与所述支进液管和所述分流管连接，所述支进液管与所述反应釜的进液口连接，所述分流管与所述储液箱连接，所述反应釜的出液口通过所述出液管与所述储液箱连接，其中，所述支进液管上设有流速计，所述分流管上设有分流阀，所述总进液管上设有泵；实现储液箱对反应釜内腐蚀介质的连续循环供应，提高腐蚀介质总量，保证腐蚀介质浓度的稳定性，提高测试结果的准确性和可靠性，结构简单，控制简单，维护成本低。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，其特征在于，包括：

反应釜；

循环机构，所述循环机构包括储液箱、总进液管、支进液管、分流管和出液管，所述总进液管的一端与所述储液箱连接，所述总进液管的另一端分别与所述支进液管和所述分流管连接，所述支进液管与所述反应釜的进液口连接，所述分流管与所述储液箱连接，所述反应釜的出液口通过所述出液管与所述储液箱连接，其中，

所述支进液管上设有流速计，所述分流管上设有分流阀，所述总进液管上设有泵。

2.根据权利要求1所述的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，其特征在于，所述反应釜内设有第一热电偶。

3.根据权利要求1所述的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，其特征在于，所述储液箱内设有加热管。

4.根据权利要求3所述的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，其特征在于，所述储液箱内设有第二热电偶。

5.根据权利要求1所述的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，其特征在于，所述储液箱内设有液位开关。

6.根据权利要求1所述的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，其特征在于，所述反应釜设有用以安装试样的穿孔。

7.根据权利要求1所述的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，其特征在于，还包括引伸计，所述引伸计用以夹装于试样的测试口内。

8.根据权利要求1所述的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，其特征在于，所述反应釜内设有温度计，所述温度计用以测量所述反应釜内腐蚀介质的温度。

9.根据权利要求1至8任一项所述的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与所述泵、所述流速计和所述分流阀连接。

10.一种基于权利要求1至9任一项所述的金属腐蚀疲劳裂纹扩展测试装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

将试样对应装配于所述反应釜内，再将所述试样对应装配于试验机上，再将引伸计装配于所述试样的测试口内；

开启所述泵，通过所述流速计获得所述分流阀的开度，使所述反应釜与所述储液箱内的腐蚀介质循环流通；

若需要高温试验，开启所述储液箱内的加热管，对腐蚀介质加热至试验所需温度；

开启所述试验机，直至试验完毕。

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