CN202057572U

CN202057572U - 一种用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置

Info

Publication number: CN202057572U
Application number: CN2011200664076U
Authority: CN
Inventors: 张亚军; 张利娟
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2021-03-15

Abstract

本实用新型介绍了一种用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置，包括使用COD位移规以及在试样上设置COD位移规的装卡刀口，装置还包括海水储存容器，导液管、支架、水流控制阀、海水承接容器；其中海水储存容器上带有通气孔或者透气口；导液管分别连接海水储存容器和试样表面裂纹，水流控制阀设置在导液管上，导液管将海水输送到试样表面裂纹。试样在装置中与空气中的试验状态一致，便于进行对比试验；试样表面裂纹上始终具有一层流动的海水薄膜而不致溢出腐蚀试验机；装置设计简单，效果良好，可以提供一个模拟海水流动的海洋环境，便于对舰船用金属材料进行悬臂弯曲加载方式下的低周腐蚀疲劳试验。

Description

一种用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置

技术领域

本实用新型涉及一种测试设备，特别是一种用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置。

背景技术

在腐蚀介质中进行金属材料的疲劳裂纹扩展速率试验时，GB/T6398-2000“金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法”中推荐了采用标准M（T）试样及标准C（T）试样进行试验时腐蚀装置的设计示意图。对于标准M（T）试样，标准中只给出了简单的示意图，图中并没有进一步说明如何防止腐蚀液的渗漏问题。从示意图上看，随着试样的周期往复运动，腐蚀液难免要渗漏到价格昂贵的试验机上，至少当试样疲劳断裂后腐蚀液无法避免不泄漏，按照示意图设计腐蚀装置可操作性不强，不可取；对于C（T）试样，示意图中的腐蚀装置只是针对卧式试验机设计的，而目前国内绝大多数单位使用的疲劳试验机都是立式的，因此借鉴设计意义不大。其它最新的疲劳试验标准中均未提及腐蚀装置具体如何设计和应用。

部分文献中提到过设计腐蚀装置时所选用的材料及制作思路，但基本上都是针对加载方式相对容易设计制作的轴向加载标准试样的，很少见到文献提及如旋转弯曲加载、悬臂弯曲加载等非轴向加载方式下腐蚀装置的设计制作方法。而且，很少提及如何确保腐蚀液不渗漏到试验机上，即对腐蚀装置各个环节的密封方法很少有详细的文字说明。总之，尚未见到有关在悬臂弯曲加载方式下进行低周腐蚀疲劳试验用海水腐蚀装置成功设计且效果良好范例的报道。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置，针对实际工作中，进行悬臂弯曲加载低周腐蚀疲劳试验用海水装置难以成功设计、裂纹在海水中不易清楚观察等原因，而不得不取同样加载方式下空气中材料的疲劳性能数据，对舰船进行设计和疲劳寿命校核的现状，装置既要满足试样表面裂纹始终浸于流动的海水中以达到对试样腐蚀的效果，又要确保海水不能溢出而腐蚀试验机；既要确保和空气中的试验状态完全一致，便于进行对比试验，又不能引入额外的试验误差；腐蚀装置还要满足便于显微镜焦距的改变以随时清晰地观察裂纹扩展情况；在保证各项功能具备的同时，整个腐蚀装置设计应尽量简单，且效果良好，以提供一个模拟海水流动的海洋环境，便于对舰船用金属材料进行悬臂弯曲加载低周腐蚀疲劳试验。

为了实现解决上述技术问题的目的，本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型的一种用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置，包括使用COD位移规以及在试样上设置COD位移规的装卡刀口，特征在于装置包括海水储存容器，用来盛放海水；导液管，是海水从海水储存容器到试样裂纹表面的通道；支架，用来放置玻璃容器；水流控制阀，用来控制海水的流量；海水承接容器，用来承接用过的海水；其中海水储存容器上带有通气孔或者透气口，以确保海水上方大气压力和外界相等；其中导液管的两端分别连接海水储存容器和样的表面裂纹部分，水流控制阀设置在导液管上，导液管将海水输送到试样的表面裂纹处。

本实用新型的一种用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置，其改进的技术方案可以是：在导液管上设置增压阀，用来调整海水的压力。更进一步，在增压阀出口外面设置增压导管，做为增压后的海水流向试样表面裂纹上方的通道。

本实用新型的一种用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置，其改进的技术方案还可以是：在COD位移规装卡刀口的正下方设置引流布条，该引流布条可以将多余的海水引流至承接容器中，确保海水始终以一定的厚度覆盖在表面裂纹上，也可以确保海水水面不会过高而腐蚀试验机。

所述的导液管可以为透明塑料管。

所述的增压导管可以为金属管或者硬质塑料管，直径比导液管细。

所述的海水储存容器可以为具有一定容量的玻璃容器，容器外侧标有刻度线，并在容器的下方设计有出水孔。导液管可以连接在出水孔上；为了确保海水能够顺利下流，在海水储存容器的正上方的活塞中间留有透气孔，以保证海水流出后，容器上方不至于形成真空，由于大气压力原因阻止海水的持续流出；容器放在稳定的支架上，支架与试样具有一定的高度H，H可以根据需要设置的海水流速来进行相应调整。

本专利利用海水的高度差代替微型水泵驱动海水流动，利用水流控制阀、增压阀及增压导管控制海水的流量和流速。

由于试样上表面圆弧一侧设计了用来控制表面裂纹前缘应变的COD位移规的装卡刀口，这个刀口的存在对海水确实有吸附作用，而且可以使得海水水面漫过试样表面，进而通过试样的约束部分腐蚀试验机，因此在COD位移规装卡刀口的正下方设置的引流布条，可以使得多余的海水通过该布条淌入海水承接容器中。承接容器可以固定在试验机上，承接容器可以是长方形塑料盒。这样以来，既可以保证试样表面裂纹上始终有一层流动的海水薄膜，也可以确保海水水面不会过高而腐蚀试验机。

本专利的技术构思为：悬臂弯曲加载方式下低周疲劳试验用腐蚀装置是获得舰船材料在弯曲应力反复作用下的低周腐蚀疲劳性能数据的关键。如果按照传统的设计思想在试样的工作部分设计安装透明的腐蚀盒，例如采用有机玻璃制作，那么有机玻璃板的厚度，决定了试样约束部分拉出来的长度，厚度越厚，拉出长度就越长，与空气中相比的试验误差就越大；厚度过薄，强度就大打折扣，在试验过程中容易因受力挤压而破坏，从而引起海水泄漏腐蚀试验机。可见，腐蚀盒的应用，很难确保和空气中的试验状态完全一致，只有弃之不用。这样以来，一方面可以避免引入和空气中试验状态存在差异而带来的误差，同时也不用考虑腐蚀盒和试样的接触部分用玻璃密封胶，因可能存在空隙而使海水渗漏腐蚀试验机。而且，舍弃腐蚀盒也可避免其影响到显微镜的调节范围，进而影响表面裂纹整个长度范围的观察。没有了腐蚀盒，就需要设法保证试样表面裂纹上始终具有流动的海水。但是如果将海水直接注入试样上表面，海水会即刻流下来，从而无法使得表面裂纹始终浸在海水中。为了采用应变控制表面裂纹前缘的应变，申请号为200910210025.3的发明专利“一种悬臂弯曲加载低周疲劳试验应变控制的方法”在原有试样基础上，设计了COD位移规的装卡刀口，考虑到海水自然的附着作用，这个增加的刀口应该会对海水具有吸附作用。如果具有吸附作用，而使得海水水面过高，一来会腐蚀COD位移规的弹性力臂夹持端，二来也会顺着试样的约束部分流入试验机，因此，还需要考虑海水的引流问题，并采取相应的措施。另外，考虑到海水的压力差可以驱动自身的流动，就无需传统常用的微型水泵作为驱动力，这样也可以节约试验成本。如果所需海水的量很少，可以考虑将废液直接处理，无需再通过过滤装置来过滤海水，这样就可以进一步降低试验成本和简化腐蚀装置。这些就是本专利用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置的设计思路。

这些技术方案也可以互相组合或者结合，从而达到更好的技术效果。

通过采用上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果：

本专利的装置可以确保和空气中的试验状态完全一致，便于进行对比试验；以海水的自身压力差代替微型水泵驱动，以水流控制阀、增压阀及增压导管确保海水流量和流速，以改进的试样自身特点及引流布条，确保试样表面裂纹上始终具有一层流动的海水薄膜而不致溢出腐蚀试验机；由于没有考虑在试样的工作部分设计安装腐蚀盒，更便于显微镜焦距的改变以随时清晰地观察裂纹扩展情况，同时也节约了试验成本；整个装置设计简单，效果良好，可以提供一个模拟海水流动的海洋环境，便于对舰船用金属材料进行悬臂弯曲加载方式下的低周腐蚀疲劳试验。

附图说明

图1是本专利的一种用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置示意图。

图中，1为透气孔，2为海水，3为海水储存容器，4为支架，5为导液管，6为水流控制阀，7为胶带，8为增压阀，9为增压导管，10为形成的海水薄膜，11为试样的表面裂纹，12为试样的约束部分，13为COD规的装卡刀口，14为海水承接容器，15为引流布条，H为海水的高度差，可根据需要进行调整，p为试样施力端施加的循环载荷。

图2是d2c/dN-Δε_T曲线在海水中和空气中的比较。

具体实施方式

如图1所示，本专利的一种用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置，透气孔1可以确保海水上方大气压力和外界相等，2为海水，根据试验需要可控制添加量，海水储存容器3为玻璃容器，支架4用来放置玻璃容器，导液管5是海水从玻璃容器到试样裂纹表面的通道，水流控制阀6用来控制海水的流量，用胶带7来固定导液管，增压阀8用来调整海水的压力，增压导管9是增压后的海水流向试样表面裂纹上方的通道，10为形成的海水薄膜，确保始终覆盖表面裂纹，11为试样的表面裂纹，由于海水水面很低，可以在显微镜下清晰观察扩展情况，12为试样的约束部分，确保在悬臂弯曲加载方式下试验的进行，13为COD规的装卡刀口，由于海水水面较低，可以确保在COD规控制应变条件下而不被腐蚀，海水承接容器14为长方形塑料盒，用来承接用过的海水，引流布条15可以将多余的海水引流至塑料盒中，确保海水始终以一定的厚度覆盖在表面裂纹上。H为海水的高度差，可根据需要进行调整，P为试样施力端施加的循环载荷。

采用以上设计制作的简易腐蚀装置，进行了海水环境中悬臂弯曲加载方式下的低周腐蚀疲劳试验。试验频率为0.4Hz，波形为梯形波，采用COD位移规控制表面裂纹前缘的应变，分六个应变级别，由小到大依次进行控制，表面裂纹长度采用目测法测量，三件试样，海水在表面裂纹上的流量约为2.5ml/min。为便于比较，在同样的试验条件下，采用同样的试验材料和试样形式，也完成了在空气中的三件试样，试验结果见表1。通过试验，获得了表面裂纹扩展速率d2c/dN与表面裂纹前缘应变范围Δε_T的关系，见图2。

从图1和图2可见，在同样的应变范围内，在海水中表面裂纹裂纹扩展速率d2c/dN较空气中的快，但随着应变范围Δε_T的增加，这种差距在逐渐减小，当应变范围达到第六级别时，在两种环境下的表面裂纹扩展速率几乎趋于一致。这个结果表明，海水对试验材料确实起到了腐蚀作用，只是在应变范围较小时，这种腐蚀作用比较明显，当应变范围继续增加时，疲劳作用较海水对试验材料的腐蚀作用占据的比例较大，这是符合常理的。试验观察发现，在整个试验过程中，所设计的简易腐蚀装置，可以确保试样表面始终保持一层流动的海水薄膜覆盖表面裂纹，而不会因为海水水面过高而腐蚀试验机。完成一个试样，用到的海水约为1升，用量不大，因此，回收的海水无需再利用。可见，所设计的简易腐蚀装置起到了预期的腐蚀效果。

Claims

1.一种用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置，包括使用COD位移规以及在试样上设置COD位移规的装卡刀口（13），其特征是：简易腐蚀装置包括海水储存容器（3），用来盛放海水（2）；导液管（5），是海水（2）从海水储存容器（3）到试样表面裂纹（11）表面的通道；支架（4），用来放置海水储存容器（3）；水流控制阀（6），用来控制海水（2）的流量；海水承接容器（14），用来承接用过的海水（2）；其中海水储存容器（3）上带有通气孔或者透气口，以确保海水（2）上方大气压力和外界相等；其中导液管（5）的两端分别连接海水储存容器（3）和试样的表面裂纹（11）部分，水流控制阀（6）设置在导液管（5）上，导液管（5）将海水（2）输送到试样的表面裂纹（11）处。

2.根据权利要求1所述用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置，其特征是：所述的导液管（5）上设置增压阀（8），用来调整海水（2）的压力。

3.根据权利要求2所述用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置，其特征是：所述的在增压阀（8）出口外面设置增压导管（9），做为增压后的海水（2）流向试样表面裂纹（11）上方的通道。

4.根据权利要求1所述用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置，其特征是：在COD位移规装卡刀口（13）的正下方设置引流布条（15）。

5.根据权利要求1所述用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置，其特征是：海水储存容器（3）为玻璃容器，容器外侧标有刻度线，并在容器的下方设计有出水孔。

6.根据权利要求5所述用于低周疲劳试验的简易腐蚀装置，其特征是：在海水储存容器（3）的正上方设置活塞，活塞中间留有透气孔（1）；容器放在稳定的支架（4）上，支架（4）与试样具有一定的高度。