CN114112749B - 一种材料腐蚀拉伸疲劳试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种材料腐蚀拉伸疲劳试验装置，包括架体、腐蚀液容器、旋转喷射器、拉伸装置，所述的腐蚀液容器固定在架体的底座上；所述的旋转喷射器包括旋转盘和喷头，所述的拉伸装置上部与架体的上部横梁固定，下端穿过旋转喷射器，固定在腐蚀液容器的底部；试件通过拉伸装置固定。本发明还提供一种材料腐蚀拉伸疲劳试验方法，利用上述的一种材料腐蚀拉伸疲劳试验装置进行试验，本发明能够模拟试验在服役环境中受到拉应力和腐蚀介质的联合作用，可对试件进行腐蚀‑拉伸、拉伸‑腐蚀、拉伸腐蚀复合试验，对不同长度的板状试件具有很好的兼容性，而且能够使板状试件在拉伸过程中仍然能够保持均匀全面的腐蚀。

Description

一种材料腐蚀拉伸疲劳试验装置及方法

技术领域

本发明涉及材料测试领域，具体涉及一种材料腐蚀拉伸疲劳试验装置及方法。

背景技术

腐蚀问题无处不在，包括金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料等，都存在着腐蚀问题。大量的事实说明，材料的提前失效，主要由材料在运行环境、制造环境和自然环境的作用下引发的腐蚀、磨损(摩擦磨损腐蚀)、疲劳(疲劳与腐蚀疲劳)造成的，由于腐蚀造成的经济损失也十分惊人。

尤其在航空航天、海洋工程等领域，材料的腐蚀问题尤其需要注意。由于服役环境复杂多变，不同构成材料相互配合影响，导致航空材料在飞行器的留空阶段、停放阶段遭受多种不同种类的腐蚀，增加了飞行器的运营成本，对飞行器的功能完整性和使用安全性造成严重的危害。海洋环境是最为恶劣的自然腐蚀环境，海水是一种具有很强腐蚀性的电解质溶液，海洋开采、海岸工程、海上建设等海洋产业正在迅速发展，但都遭受十分严重的腐蚀破坏，海洋腐蚀和海洋生物污损问题严重威胁着设备使用。

如果可以预测材料的腐蚀寿命，并找到影响材料寿命的关键因素，则可以大大降低潜在的风险，并根据材料服役条件，提前选择合适的金属材料来规避腐蚀的发生，这将很大程度上改善生产系统的性能，并提升其完整性和安全性。其中金属腐蚀中常见的是应力腐蚀，即在拉应力和腐蚀介质联合作用下，以显著的速率发生和扩展的一种开裂破坏；常见的类型为硫化物应力腐蚀开裂和硫化氢应力腐蚀开裂。而常规的材料腐蚀疲劳试验中，由于设备的限制，通常是先对材料进行拉伸，再换到另一个设备上进行腐蚀，操作复杂。且没有考虑材料在服役环境中受到拉应力和腐蚀介质的联合作用。因此，需要一种能够对试件进行腐蚀-拉伸、拉伸-腐蚀、拉伸腐蚀复合试验的材料腐蚀拉伸疲劳试验装置及方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种材料腐蚀拉伸疲劳试验装置，包括架体、腐蚀液容器、旋转喷射器、拉伸装置，所述的腐蚀液容器固定在架体的底座上；所述的旋转喷射器包括旋转盘和喷头，旋转盘固定在架体的上部横梁下端，喷头设在旋转盘下方，伸入到腐蚀液容器中；所述的拉伸装置上部与架体的上部横梁固定，下端穿过旋转喷射器，固定在腐蚀液容器的底部；试件通过拉伸装置固定。

所述的拉伸装置包括伺服电缸、夹持装置和力传感器，架体的上部横梁中间设有固定孔，伺服电缸固定在横梁的固定孔内；上夹持装置与伺服电缸之间通过力传感器相连，下夹持装置固定在腐蚀液容器的底部；所述的试件被夹持在上夹持装置和下夹持装置之间，位于旋转喷射器的喷头处。

所述的夹持装置包括柱状连接件、下压板、上压板，所述的柱状连接件下端为叉口结构，与下压板的上部通过销轴连接；所述的下压板的下端设有试件固定槽，试件固定槽处设有销轴孔，所述的上压板的本体处设有对应的销轴孔；试件固定槽的上部设有插槽，所述的上压板的上部设有对应的钩状插头；上压板扣合在下压板的试件固定槽处，并通过销轴连接。

所述的旋转喷射器的旋转盘包括固定盘、固定齿圈、轴承、旋转支架、旋转电机，所述的固定盘上端固定在横梁的下部，固定齿圈设在固定盘下部；固定盘的中部设有通孔，轴承的内圈固定在固定盘中部的通孔处，旋转支架与轴承的外圈固定；旋转电机固定在旋转支架上，旋转电机的输出轴连接有小齿轮，小齿轮与固定齿圈的外齿相啮合；喷头固定在旋转支架上。

所述的旋转喷射器包括数个沿中心轴周向均匀排布的喷头，所述的喷头上端与旋转支架相连；喷头的内侧设有数列、每列数个喷口；试件位于喷口处。

所述的喷头通过管路与分流器相连，分流器与腐蚀液储液箱通过管路相连，分流器与腐蚀液储液箱之间的管路上依次设有流量控制阀、手动换向阀、单向阀、流量计、液压泵和第一过滤器；液压泵的出水管路还通过溢流阀、第二过滤器与腐蚀液储液箱相连；腐蚀液容器底部设有出液口，出液口通过管路与腐蚀液储液箱相连，管路上设有第三过滤器；流量控制阀与手动换向阀之间的管路上还连接有蓄能器；单向阀和流量计之间的管路上还设有压力表。

本发明还提供一种材料腐蚀拉伸疲劳试验方法，利用上述的一种材料腐蚀拉伸疲劳试验装置进行试验，包括以下步骤：

步骤一、板状试件的安装：

将安装在上、下夹持装置上的上压板拆卸下来，将板状试件上下两端对应固定在上、下夹持装置下压板的试件固定槽内，将上压板安装到下压板上，上压板的钩状插头插在下压板的插槽内，上压板与下压板之间通过销轴连接；

步骤二、板状试件的腐蚀加载：

驱动液压泵工作，将腐蚀介质在液压泵的加压下从腐蚀液储液箱通过管路泵入旋转喷射器的喷头，在压力的作用下从喷口喷射到板状试件表面，多余的腐蚀介质落入腐蚀液容器中，由腐蚀液容器底部的出液口通过管路流回腐蚀液储液箱，形成一个腐蚀介质的循环；

步骤三、板状试件的拉伸加载：

驱动拉伸装置的伺服电缸产生位移，对板状试件进行拉伸，拉伸力的大小由力传感器测定。

本发明的有益效果：

本发明能够模拟试验在服役环境中受到拉应力和腐蚀介质的联合作用，可对试件进行腐蚀-拉伸、拉伸-腐蚀、拉伸腐蚀复合试验；本发明的旋转喷射器的喷头可通过旋转盘实现绕板状试件轴线转动，能够对试件腐蚀更加均匀、全面；喷头内部具有多条流道，成数列分布，每列数条流道及喷口，大大增加了板状试件轴线方向的腐蚀面积，使本发明能够对不同长度的板状试件具有很好的兼容性，而且能够使板状试件在拉伸过程中仍然能够保持均匀全面的腐蚀。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明拉伸装置结构示意图；

图3为本发明夹持装置分解结构示意图；

图4为本发明腐蚀液容器和旋转喷射器结构示意图一；

图5为本发明腐蚀液容器和旋转喷射器结构示意图二；

图6为本发明腐蚀液容器和旋转喷射器分解结构示意图；

图7为本发明喷头布局及流道结构示意图；

图8为本发明腐蚀介质回路结构示意图；

1、架体2、腐蚀液容器3、旋转喷射器4、拉伸装置5、底座

6、旋转盘7、喷头8、横梁9、试件10、伺服电缸11、夹持装置

12、力传感器13、柱状连接件14、下压板15、上压板16、销轴

17、试件固定槽18、销轴孔19、插槽20、钩状插头21、固定盘

22、固定齿圈23、轴承24、旋转支架25、旋转电机26、喷口

27、分流器28、腐蚀液储液箱29、流量控制阀30、手动换向阀

31、单向阀32、流量计33、液压泵34、第一过滤器35、溢流阀

36、第二过滤器37、出液口38、第三过滤器39、蓄能器

40、压力表41、立柱

具体实施方式

请参阅图1-8所示：

本发明提供一种材料腐蚀拉伸疲劳试验装置，包括架体1、腐蚀液容器2、旋转喷射器3、拉伸装置4，所述的腐蚀液容器2固定在架体1的底座5上；所述的旋转喷射器3包括旋转盘6和喷头7，旋转盘6固定在架体1的上部横梁8下端，喷头7设在旋转盘6下方，伸入到腐蚀液容器2中；所述的拉伸装置4上部与架体1的上部横梁8固定，下端穿过旋转喷射器3，固定在腐蚀液容器2的底部；试件9通过拉伸装置4固定。横梁8通过立柱40固定在底座5上方。

所述的拉伸装置4包括伺服电缸10、夹持装置11和力传感器12，架体1的上部横梁8中间设有固定孔，伺服电缸10固定在横梁8的固定孔内；上夹持装置11与伺服电缸10之间通过力传感器12相连，下夹持装置11固定在腐蚀液容器2的底部；所述的试件9被夹持在上夹持装置11和下夹持装置11之间，位于旋转喷射器3的喷头7处。

所述的夹持装置11包括柱状连接件13、下压板14、上压板15，所述的柱状连接件13下端为叉口结构，与下压板14的上部通过销轴16连接；所述的下压板14的下端设有试件固定槽17，试件固定槽17处设有销轴孔18，所述的上压板15的本体处设有对应的销轴孔18；试件固定槽17的上部设有插槽19，所述的上压板15的上部设有对应的钩状插头20；上压板15扣合在下压板14的试件固定槽17处，将试件9夹住，并通过销轴16连接。

所述的旋转喷射器3的旋转盘6包括固定盘21、固定齿圈22、轴承23、旋转支架24、旋转电机25，所述的固定盘21上端固定在横梁8的下部，固定齿圈22设在固定盘21下部；固定盘21的中部设有通孔，轴承23的内圈固定在固定盘21中部的通孔处，旋转支架24与轴承23的外圈固定；旋转电机25固定在旋转支架24上，旋转电机25的输出轴连接有小齿轮，小齿轮与固定齿圈22的外齿相啮合；喷头7固定在旋转支架24上。

所述的旋转喷射器3包括4个沿中心轴周向均匀排布的喷头7，喷头7呈环形布设，所述的喷头7上端与旋转支架24通过双头螺柱相连；喷头7的内侧设有2列、每列3个喷口26；试件9位于喷口26处。

所述的喷头7通过管路与分流器27相连，分流器27与腐蚀液储液箱28通过管路相连，分流器27与腐蚀液储液箱28之间的管路上依次设有流量控制阀29、手动换向阀30、单向阀31、流量计32、液压泵33和第一过滤器34；液压泵33的出水管路还通过溢流阀35、第二过滤器36与腐蚀液储液箱28相连；腐蚀液容器2底部设有出液口37，出液口37通过管路与腐蚀液储液箱28相连，管路上设有第三过滤器38；流量控制阀29与手动换向阀30之间的管路上还连接有蓄能器39；单向阀31和流量计32之间的管路上还设有压力表40。

本发明还提供一种材料腐蚀拉伸疲劳试验方法，利用上述的一种材料腐蚀拉伸疲劳试验装置进行试验，包括以下步骤：

步骤一、试件9的安装：

板状试件9的上下两端预先打好孔，将安装在上、下夹持装置11上的上压板15拆卸下来，将板状试件9上下两端对应固定在上、下夹持装置11下压板14的试件固定槽17内，将上压板15安装到下压板14上，上压板15的钩状插头20插在下压板14的插槽19内，上压板15与下压板14之间通过销轴16连接；

步骤二、板状试件9的腐蚀加载：

驱动液压泵33工作，将腐蚀介质在液压泵33的加压下从腐蚀液储液箱28通过管路泵入旋转喷射器3的喷头7，在压力的作用下从喷口26喷射到板状试件9表面，多余的腐蚀介质落入腐蚀液容器2中，由腐蚀液容器2底部的出液口37通过管路流回腐蚀液储液箱28，形成一个腐蚀介质的循环；

步骤三、板状试件9的拉伸加载：

驱动拉伸装置4的伺服电缸10产生位移，对板状试件9进行拉伸，拉伸力的大小由力传感器12测定。

Claims (5)

1.一种材料腐蚀拉伸疲劳试验装置，其特征在于：包括架体、腐蚀液容器、旋转喷射器、拉伸装置，所述的腐蚀液容器固定在架体的底座上；所述的旋转喷射器包括旋转盘和喷头，旋转盘固定在架体的上部横梁下端，喷头设在旋转盘下方，伸入到腐蚀液容器中；所述的拉伸装置上部与架体的上部横梁固定，下端穿过旋转喷射器，固定在腐蚀液容器的底部；试件通过拉伸装置固定；

所述的旋转喷射器的旋转盘包括固定盘、固定齿圈、轴承、旋转支架、旋转电机，所述的固定盘上端固定在横梁的下部，固定齿圈设在固定盘下部；固定盘的中部设有通孔，轴承的内圈固定在固定盘中部的通孔处，旋转支架与轴承的外圈固定；旋转电机固定在旋转支架上，旋转电机的输出轴连接有小齿轮，小齿轮与固定齿圈的外齿相啮合；喷头固定在旋转支架上；

所述的旋转喷射器包括数个沿中心轴周向均匀排布的喷头，所述的喷头上端与旋转支架相连；喷头的内侧设有数列、每列数个喷口；试件位于喷口处。

2.根据权利要求1所述的一种材料腐蚀拉伸疲劳试验装置，其特征在于：所述的拉伸装置包括伺服电缸、夹持装置和力传感器，架体的上部横梁中间设有固定孔，伺服电缸固定在横梁的固定孔内；上夹持装置与伺服电缸之间通过力传感器相连，下夹持装置固定在腐蚀液容器的底部；所述的试件被夹持在上夹持装置和下夹持装置之间，位于旋转喷射器的喷头处。

3.根据权利要求2所述的一种材料腐蚀拉伸疲劳试验装置，其特征在于：所述的夹持装置包括柱状连接件、下压板、上压板，所述的柱状连接件下端为叉口结构，与下压板的上部通过销轴连接；所述的下压板的下端设有试件固定槽，试件固定槽处设有销轴孔，所述的上压板的本体处设有对应的销轴孔；试件固定槽的上部设有插槽，所述的上压板的上部设有对应的钩状插头；上压板扣合在下压板的试件固定槽处，并通过销轴连接。

4.根据权利要求3所述的一种材料腐蚀拉伸疲劳试验装置，其特征在于：喷头通过管路与分流器相连，分流器与腐蚀液储液箱通过管路相连，分流器与腐蚀液储液箱之间的管路上依次设有流量控制阀、手动换向阀、单向阀、流量计、液压泵和第一过滤器；液压泵的出水管路还通过溢流阀、第二过滤器与腐蚀液储液箱相连；腐蚀液容器底部设有出液口，出液口通过管路与腐蚀液储液箱相连，管路上设有第三过滤器；流量控制阀与手动换向阀之间的管路上还连接有蓄能器；单向阀和流量计之间的管路上还设有压力表。

5.一种材料腐蚀拉伸疲劳试验方法，利用权利要求4所述的一种材料腐蚀拉伸疲劳试验装置进行试验，包括以下步骤：

步骤一、板状试件的安装：

将安装在上、下夹持装置上的上压板拆卸下来，将板状试件上下两端对应固定在上、下夹持装置下压板的试件固定槽内，将上压板安装到下压板上，上压板的钩状插头插在下压板的插槽内，上压板与下压板之间通过销轴连接；

步骤二、板状试件的腐蚀加载：

驱动液压泵工作，将腐蚀介质在液压泵的加压下从腐蚀液储液箱通过管路泵入旋转喷射器的喷头，在压力的作用下从喷口喷射到板状试件表面，多余的腐蚀介质落入腐蚀液容器中，由腐蚀液容器底部的出液口通过管路流回腐蚀液储液箱，形成一个腐蚀介质的循环；

步骤三、板状试件的拉伸加载：

驱动拉伸装置的伺服电缸产生位移，对板状试件进行拉伸，拉伸力的大小由力传感器测定。