CN204666455U - 一种腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及腐蚀疲劳裂纹测量领域，具体为一种腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，适用于柔度法测量材料的腐蚀疲劳裂纹扩展速率及门槛值，解决现有技术在装夹试样时对疲劳试验机的加载方向有特殊要求，或者在装夹引申计时需要修改柔度公式的参数以及溶液易泄露等问题。该装置包括载荷施加系统、裂纹检测系统和温度控制系统。本实用新型装置操作、安装使用简便，使用常规立式疲劳试验机即可在溶液中加载CT试样，有效避免了溶液的泄露，无需修改柔度公式，适用于常温或高温溶液下柔度法计算材料的腐蚀疲劳裂纹扩展速率及门槛值的测试。其温度控制准确，既可测量常温溶液也可测量高温溶液下材料的腐蚀疲劳裂纹扩展速率和门槛值，易于实时观察试样的腐蚀状态。
Description
技术领域
本实用新型涉及腐蚀疲劳裂纹测量领域，具体为一种腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，适用于柔度法测量材料的腐蚀疲劳裂纹扩展速率及门槛值。
背景技术
疲劳裂纹的测量一直是疲劳断裂研究工作者所关心的问题之一，通常用目测法、电位降法和柔度法来测量疲劳裂纹。其中，目测法需要试验人员实时观察并记录裂纹的长度，工作量较大，在腐蚀环境下用目测法观测裂纹长度容易产生较大误差。电位降法对于腐蚀介质中的疲劳试验，需要考虑试样与夹持系统间的绝缘问题以及导线与试样焊接点的绝缘问题等。上述问题的存在，使得这些方法在检测腐蚀疲劳裂纹时受到了限制。
柔度法测量疲劳裂纹方便、准确而被广泛应用，任何结构或试件在外载作用下，均会产生一定的变形，变形量除以对应载荷的值定义为柔度,它反映了该构件变形的能力。当构件中产生裂纹或裂纹发生变化，其柔度也会发生变化，柔度的变化可以用来监测裂纹的变化。对于标准试件的疲劳试验，作用在试件上的是一个循环载荷，相应也将产生一个循环位移，可以用对应任一载荷变化ΔP产生的位移变化ΔL，来求试件的弹性柔度U＝f(ΔL/ΔP)。对于紧凑拉伸(CT)试样，柔度与归一化裂纹长度关系为：a/W＝C0+C1U+C2U2+C3U3+C4U4+C5U5。ISO11782-2和GB/T 20120.2均推荐使用柔度法测量腐蚀疲劳裂纹长度，但在腐蚀环境下测量疲劳裂纹长度时，为了防止溶液泄露和裂纹张开位移(COD)规刀口的腐蚀，需要使用卧式疲劳试验机，或者对CT试样缺口端形状进行较大改动，才能将COD规装卡在CT试样上。但随着COD规装卡位置或试样形状的改变，柔度系数发生较大的变化，必须求出相应的柔度系数，才能进行腐蚀环境下试验，然而准确计算不同形状试样的柔度系数需要进行大量的有限元模拟和计算，操作难度较大。
截止到目前，鲜有报道使用普通的立式疲劳试验机和标准CT试样，无需修改柔度系数即可准确测量腐蚀疲劳裂纹的方法。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型主要目的在于提供一种腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，解决现有技术中对疲劳试验机有特殊要求、在装夹引申计时需要修改柔度系数以及溶液易发生泄露的问题，该装置可以准确测量腐蚀疲劳裂纹长度和控制溶液的加热温度。
本实用新型的技术方案如下：
一种腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，该装置包括载荷施加系统、裂纹检测系统和温度控制系统，其中：
载荷施加系统设有用来加载CT试样的一组U型夹具，U型夹具为上U型夹具和下U型夹具上下设置结构，下U型夹具底部带有突台，用来承载环境盒；
裂纹检测系统设有用来防止溶液泄露的内置螺纹管、外接螺纹管，内置螺纹管安装在环境盒的内侧壁，外接螺纹管安装在环境盒的外侧壁；在螺纹管底部的圆形槽内放置O型圈，通过圆形胶皮盖住O型圈，并旋紧外接螺纹管，使胶皮压紧O型圈；圆形胶皮的一侧为CT试样的缺口端，CT试样的缺口端加工内螺纹孔，圆形胶皮的另一侧为两个刀片，刀片压住圆形胶皮，使用螺钉旋紧并固定在CT试样的缺口端的内螺纹孔处，COD规的刀口卡扣在刀片上；
温度控制系统设有不锈钢加热棒，不锈钢加热棒插入玻璃管内从环境盒顶部放入溶液内并与温度控制器相连，热电偶套在聚四氟管内从环境盒顶部插入溶液内部并靠近CT试样处。
所述的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，U型夹具喷漆以防止溶液腐蚀，环境盒套在下U型夹具的突台上，并用硅胶密封连接处。
所述的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，采用销钉从环境盒侧面的销钉插入口处插入，通过销钉使CT试样连接在上U型夹具和下U型夹具上，使用橡胶塞封住销钉插入口，U型夹具与疲劳机相连。
所述的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，COD规的信号输出端与疲劳机的应变传感器端口连接，环境盒的溶液进水口与溶液出水口与磁力泵连接使溶液循环。
所述的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，热电偶通过温度传感器接口与温度控制器连接，实现温度的自动控制。
所述的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，CT试样的缺口端加工内螺纹孔用来安装刀片，刀片厚度在1mm以内。
本实用新型具有如下的优点和有益效果：
1.本实用新型上、下U型夹具的夹持端直接与常规立式疲劳试验机的施力轴连接，无需改变夹持方向或更换卧式疲劳试验机。
2.本实用新型下U型夹具带有突台，可以有效提高溶液和环境盒的承重，还可以增加环境盒底部与突台上表面的接触面积，利于密封。
3.本实用新型通过环境盒一侧的开孔插入销钉，将CT试样与U型夹具连接，便于操作，可有效减少环境盒的体积。
4.本实用新型可使用常规CT试样，无需修改试样形状和柔度计算系数，操作简便，安装灵活。
5.本实用新型通过放置在环境盒侧壁的内置螺纹管的O型圈密封，将一块圆形胶皮覆盖在O型圈上，外接螺纹管旋入内置螺纹管并压紧胶皮和O型圈，可有效避免溶液从环境盒侧壁泄露。
6.本实用新型将小刀片压住圆形胶皮，并通过螺钉固定将刀片在CT试样的缺口端面，用COD规的刀口两端卡住刀片，COD规的信号输出端与疲劳机的应变传感器连接，记录CT试样的裂纹张开位移。圆形胶皮的加入有效防止了溶液从刀片与CT试样间连接处泄露的同时，实现了CT试样的垂直加载。
7.本实用新型可以试验高温溶液条件下的腐蚀疲劳裂纹扩展速率和门槛值试验，通过不锈钢加热棒对烧杯内的溶液进行加热，不锈钢加热棒插入玻璃管内以防止溶液腐蚀，既能满足加热功能又能节省空间使整体结构紧凑，通过与插入溶液内的热电偶相连接的温度控制器控制溶液温度，热电偶由聚四氟管包裹以防止溶液泄漏。
附图说明
图1、图2、图3和图4为本实用新型的结构示意图。其中：
图1为总体结构图；
图2为环境盒结构图；
图3为裂纹检测系统结构图；
图4为裂纹检测系统的侧视图。
图中，1.热电偶；2.不锈钢加热棒；3.玻璃管；4.环境盒；5.溶液进水口；6.溶液出水口；7.上U型夹具；8.外接螺纹管；9.COD规；10.下U型夹具；11.销钉插入口；12.内置螺纹管；13.下U型夹具安装口；14.CT试样；15.圆形胶皮；16.刀片；17.螺钉；18.O型圈；19.内螺纹孔；20.内置螺纹管底面；21.突台；22.缺口端。
图5为本实用新型柔度法测量腐蚀疲劳裂纹长度的腐蚀疲劳裂纹长度(a)与疲劳循环周次(N)之间的关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步详细阐述。
实施例
如图1至图4所示，本实施例腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，包括载荷施加系统、裂纹检测系统和温度控制系统，具体结构和使用过程如下：
载荷施加系统设有上U型夹具7、带有突台的下U型夹具10，用来加载CT试样14；下U型夹具10带有突台21用来承载环境盒4(有机玻璃)，突台21从环境盒4底面的下U型夹具安装口13装入。
实验前，将U型夹具(上U型夹具7、下U型夹具10)喷漆处理以防止溶液腐蚀，将环境盒4套在下U型夹具10的突台21上，突台21可以承载环境盒4，并用硅胶密封连接处，将销钉从环境盒4(溶液盒)侧面销钉插入口11插入，将CT试样14连接在上U型夹具7、下U型夹具10上，使用橡胶塞封住销钉插入口11，U型夹具上下两端分别与疲劳机相连。
裂纹检测系统设有用来防止溶液泄露的内置螺纹管12、外接螺纹管8，内置螺纹管12安装在环境盒4侧壁内部，外接螺纹管8安装在环境盒4侧壁外部。将一个O型圈18放置在内置螺纹管底面20的圆形槽内，使用一块圆形胶皮15盖住O型圈18，并旋紧外接螺纹管8，使圆形胶皮15压紧O型圈18，胶皮应选弹性较好且厚度较薄。
圆形胶皮15的一侧为CT试样14的缺口端22，CT试样14的缺口端22需要加工内螺纹孔19，圆形胶皮15的另一侧为两个刀片16，将刀片16压住圆形胶皮15，使用螺钉17旋紧并固定在CT试样14的缺口端22的内螺纹孔19处，将COD规9的刀口卡扣在刀片16上，COD规9的信号输出端与疲劳机的应变传感器端口连接，环境盒4的溶液进水口5与溶液出水口6与磁力泵连接使溶液循环。
本实施例中，CT试样14的缺口端22需要加工内螺纹孔19用来安装刀片16，刀片厚度不宜过厚，应在1mm以内。
温度控制系统设有不锈钢加热棒2，不锈钢加热棒2插入玻璃管3内从环境盒4顶部放入溶液内并与温度控制器相连，热电偶1套在聚四氟管内，并放置在溶液内部靠近CT试样14处，通过温度传感器接口与温度控制器连接，实现溶液的加热，该装置设用于常温或高温溶液条件下的腐蚀疲劳裂纹扩展试验以及门槛值试验。
如图5所示，从使用本实用新型进行柔度法测量腐蚀疲劳裂纹长度的实施例可以看出，使用本实用新型测量的腐蚀疲劳裂纹长度(a)与疲劳循环周次(N)之间的关系与通过长焦距显微镜直接观测法得到的a-N关系具有较好的一致性。
实施例结果表明，本实用新型装置操作、安装使用简便，使用常规立式疲劳试验机即可在溶液中加载CT试样，有效避免了溶液的泄露，无需修改柔度公式，适用于常温或高温溶液下柔度法计算材料的腐蚀疲劳裂纹扩展速率及门槛值的测试。其温度控制准确，既可测量常温溶液也可测量高温溶液下材料的腐蚀疲劳裂纹扩展速率和门槛值，易于实时观察试样的腐蚀状态。该装置整体尺寸较小，适合在实验室中推广使用，在钢铁、有色等大规模工业生产、检测分析等领域也可广泛应用。
Claims (6)
1.一种腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于，该装置包括载荷施加系统、裂纹检测系统和温度控制系统，其中：
载荷施加系统设有用来加载CT试样的一组U型夹具，U型夹具为上U型夹具和下U型夹具上下设置结构，下U型夹具底部带有突台，用来承载环境盒；
裂纹检测系统设有用来防止溶液泄露的内置螺纹管、外接螺纹管，内置螺纹管安装在环境盒的内侧壁，外接螺纹管安装在环境盒的外侧壁；在螺纹管底部的圆形槽内放置O型圈，通过圆形胶皮盖住O型圈，并旋紧外接螺纹管，使胶皮压紧O型圈；圆形胶皮的一侧为CT试样的缺口端，CT试样的缺口端加工内螺纹孔，圆形胶皮的另一侧为两个刀片，刀片压住圆形胶皮，使用螺钉旋紧并固定在CT试样的缺口端的内螺纹孔处，COD规的刀口卡扣在刀片上；
温度控制系统设有不锈钢加热棒，不锈钢加热棒插入玻璃管内从环境盒顶部放入溶液内并与温度控制器相连，热电偶套在聚四氟管内从环境盒顶部插入溶液内部并靠近CT试样处。
2.按照权利要求1所述的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于，U型夹具喷漆以防止溶液腐蚀，环境盒套在下U型夹具的突台上，并用硅胶密封连接处。
3.按照权利要求1所述的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于，采用销钉从环境盒侧面的销钉插入口处插入，通过销钉使CT试样连接在上U型夹具和下U型夹具上，使用橡胶塞封住销钉插入口，U型夹具与疲劳机相连。
4.按照权利要求1所述的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于，COD规的信号输出端与疲劳机的应变传感器端口连接，环境盒的溶液进水口与溶液出水口与磁力泵连接使溶液循环。
5.按照权利要求1所述的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于，热电偶通过温度传感器接口与温度控制器连接，实现温度的自动控制。
6.按照权利要求1所述的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于，CT试样的缺口端加工内螺纹孔用来安装刀片，刀片厚度在1mm以内。
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Cited By (3)
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