CN208026599U - 线缆铠装丝材料疲劳腐蚀的电化学测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种线缆铠装丝材料疲劳腐蚀的电化学测试装置。本实用新型的疲劳载荷控制系统包括电机、凸轮、圆形转轮、连杆、压头和速度控制器；所述的速度控制器用于控制电机的转速；所述电机的输出轴连接凸轮，该凸轮与位于凸轮下方的圆形转轮配合使用；所述的圆形转轮安装在一转轮座上，所述的转轮座连接连杆；该连杆贯穿腐蚀环境容纳箱的上盖，连杆的底部连接压头；所述的转轮座与腐蚀环境容纳箱上盖之间设有一套在连杆上的复位弹簧；电化学测试系统包括参比电极及辅助电极，所述的电极通过导线与一恒电位仪连接。本实用新型可实现疲劳腐蚀模拟与电化学测试同时进行，便于实时检测试样疲劳腐蚀过程中的电化学变化。
Description
技术领域
本实用新型属于线缆铠装丝材料力学性能测试领域，尤其是一种用于模拟海水/海泥环境下线缆材料在周期性变化的流动海水冲刷作用下产生疲劳腐蚀的电化学测试装置。
背景技术
随着城市的不断发展，电力电缆的利用量也越来越大。而海缆主要用在陆地与海上风场、海上钻井平台之间的电网连接。随着大长度海缆的发展，世界各国的岛屿之间的电力传输基本上用的是海底电力电缆。海底电力电缆横跨海峡两岸，连接各区域电网，为了使其能安全稳定供电，就必须提高其运行的可靠性与稳定性。其中，外铠装层对电缆的寿命起重要作用。电缆在受到周期性变化力的作用时，对铠装层的腐蚀速率会产生很大的影响，铠装层寿命较未受力下明显缩短。由于海水或海泥环境中存在大量的腐蚀性离子，例如：Cl—、SO4 2—、HCO3 —等，具备形成电化学腐蚀的条件。
电缆铠装丝金属材料暴露于使用环境后，由于受到海水周期性冲刷力的作用，会对金属材料产生周期性拉伸和弯曲载荷的作用，与海水/海泥化学环境共同作用下，产生疲劳腐蚀，金属材料所发生的腐蚀本质是一种发生在金属表面复杂的电化学反应，用电化学方法能够更加直观的获得腐蚀反应的相关参数，以实现更为深入的疲劳腐蚀性能表征与机理研究。但是目前对金属材料疲劳腐蚀的电化学研究有以下不足：
1.目前对线缆疲劳腐蚀仅局限于对其施加拉伸力，研究其性能变化，并没有结合其实际工作环境，也没有结合腐蚀因素研究其使用寿命，因此传统的疲劳装置并不能进行有效的疲劳腐蚀试验。
2.传统的疲劳装置只是单纯的对金属材料施加拉伸力，研究一段时间后材料性能变化或对其进行失效分析，并没有结合电化学方法研究其具体的失效形式，以及金属材料失效的变化过程。
实用新型内容
针对上述现有技术存在的不足，本实用新型提供一种可改变试验件工作环境、可采用电化学测试的方法进行腐蚀疲劳试验的线缆铠装丝材料疲劳试验装置，其在准确、易于操作的基础上实现对变化过程的即时监测，可进行原位电化学极化曲线、交流阻抗等测量。
为此，本实用新型采用如下的技术方案：线缆铠装丝材料疲劳腐蚀的电化学测试装置，其包括腐蚀环境形成系统、疲劳载荷控制系统以及电化学测试系统；
所述的腐蚀环境形成系统包括密封的腐蚀环境容纳箱和位于腐蚀环境容纳箱内的试样固定装置；
所述的疲劳载荷控制系统包括电机、凸轮、圆形转轮、连杆、压头和速度控制器；所述的速度控制器用于控制电机的转速；所述电机的输出轴连接凸轮，该凸轮与位于凸轮下方的圆形转轮配合使用；所述的圆形转轮安装在一转轮座上，所述的转轮座连接连杆；该连杆贯穿腐蚀环境容纳箱的上盖，连杆的底部连接压头；所述的转轮座与腐蚀环境容纳箱上盖之间设有一套在连杆上的复位弹簧；
所述的电化学测试系统包括参比电极及辅助电极，所述的电极通过导线与一恒电位仪连接。
本实用新型利用腐蚀环境形成系统模拟试样存在的实际腐蚀环境；疲劳载荷控制系统对试样产生压力，模拟线缆材料受到的周期性疲劳力，结合腐蚀环境产生疲劳腐蚀；本实用新型通过电化学测试系统对试样产生疲劳腐蚀的电化学过程进行监控和测试。
作为上述技术方案的补充，所述腐蚀环境容纳箱的底部设有一底座，所述的试样固定装置通过紧固件固定在底座上，防止试样在受力的情况下发生移动，影响试验的准确性。
作为上述技术方案的补充，所述的试样固定装置采用可拆卸结构，方便试样的安装与拆卸。
作为上述技术方案的补充，所述的电机固定在腐蚀环境容纳箱的上盖上，通过上盖对电机进行定位。
作为上述技术方案的补充，所述腐蚀环境容纳箱的上盖安装一弹簧座，所述复位弹簧的上端抵在转轮座上，下端抵在弹簧座上，弹簧座用于安放复位弹簧。
作为上述技术方案的补充，所述腐蚀环境容纳箱的上盖通过螺丝固定在腐蚀环境容纳箱的主体上，既达到装配方便，又达到整体密封的目的。
作为上述技术方案的补充，所述的圆形转轮通过一轴安装在转轮座上。采用此设置，简化圆形转轮的安装结构。
作为上述技术方案的补充，所述腐蚀环境容纳箱的主体材料为透明的有机玻璃，底座、上盖和试样固定装置的材料为聚氯乙烯。有机玻璃方便观察，聚氯乙烯材料方便装配。
作为上述技术方案的补充，所述压头的下表面涂有一层绝缘材料，防止其在与试样接触的时候对试样的腐蚀产生影响。
本实用新型具有的有益效果如下：
1.腐蚀环境容纳箱，可模拟试样存在的实际腐蚀环境；
2.可拆卸的试样固定装置，方便试样的安装与拆卸；
3.转动装置由圆形转轮与凸轮组合，便于通过控制凸轮的转速给试样提供周期性疲劳载荷；
4.可实现疲劳腐蚀模拟与电化学测试同时进行，便于实时监测试样疲劳腐蚀过程中电化学特性的变化。
附图说明
图1为本实用新型电化学测试装置的结构示意图；
图2为图1的右侧视图；
图中，1-紧固件，2-螺丝，3-连杆，4-电机，5-凸轮，6-圆形转轮，7-复位弹簧，8-上盖，9-腐蚀环境容纳箱，10-试样固定装置，11-底座，12-速度控制器，13-辅助电极，14-盐桥，15-参比电极，16-恒电位仪，17-压头，18-转轮座，19-弹簧座，20-试样。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
如图1-2所示的线缆铠装丝材料疲劳腐蚀的电化学测试装置，其包括腐蚀环境形成系统、疲劳载荷控制系统以及电化学测试系统。
所述的腐蚀环境形成系统包括密封的腐蚀环境容纳箱9和位于腐蚀环境容纳箱内的试样固定装置10；所述腐蚀环境容纳箱9的底部设有两个呈对称设置的底座11，所述的试样固定装置10通过紧固件1(如螺丝)固定在底座11上。所述的试样固定装置10采用可拆卸结构。
所述的疲劳载荷控制系统包括电机4、凸轮5、圆形转轮6、连杆3、压头17和速度控制器12；所述电机4的输出轴连接凸轮5，该凸轮5与位于凸轮下方的圆形转轮6配合使用；所述的圆形转轮6安装在转轮座18上，所述的转轮座18连接连杆3；该连杆3贯穿腐蚀环境容纳箱的上盖8，连杆3的底部连接压头17；所述的转轮座18与腐蚀环境容纳箱上盖8之间设有套在连杆3上的复位弹簧7。
所述的电机4固定在腐蚀环境容纳箱9的上盖8上。所述腐蚀环境容纳箱9的上盖安装弹簧座19，所述复位弹簧7的上端抵在转轮座18上，下端抵在弹簧座19上。
所述腐蚀环境容纳箱的上盖8通过螺丝固定在腐蚀环境容纳箱的主体上。所述的圆形转轮6通过轴安装在转轮座18上。所述腐蚀环境容纳箱9的主体材料为透明的有机玻璃，底座11、上盖8和试样固定装置10的材料为PVC。压头17的下表面涂有一层绝缘材料。
速度控制器12用于控制电机的转速，从而模拟不同海水流速下的疲劳力的频率。其中，电机的转动带动凸轮的转动，凸轮平滑部分与圆形转轮未接触，其不会对圆形转轮产生压力，不会下压圆形转轮和连杆，而凸轮的凸出部分会下压圆形转轮与连杆，对试样产生压力，因此带动压头间歇性的对试样产生压力，进而模拟线缆材料受到的周期性的疲劳力，从而产生疲劳腐蚀。
所述的电化学测试系统包括参比电极15及辅助电极13，所述的电极通过导线与恒电位仪16连接。
使用上述电化学测试装置进行测试的方法，其包括：
对试样20进行清洗，然后安装在试样固定装置10上，安装完毕后将试样固定装置10用紧固件1固定在腐蚀环境容纳箱9的底座11上，然后将腐蚀模拟溶液倒入腐蚀环境容纳箱9中，保证腐蚀模拟溶液液面浸没试样，使试样完全浸入腐蚀模拟溶液中；将腐蚀环境容纳箱上盖用螺丝2固定在主体上；
将参比电极15插在盐桥14中，参比电极15和盐桥14穿过腐蚀环境容纳箱9上盖插入腐蚀模拟溶液中，盐桥14尖端对准试样20受力部位，试样即为工作电极，辅助电极直接插入腐蚀模拟溶液中，三个电极均通过导线与恒电位仪连接；
根据所需的转速设定速度控制器参数，接通电源，电机运转，通过控制凸轮的转速控制压头的下压频率，对试样产生压力，模拟线缆材料受到的周期性的疲劳力，产生疲劳腐蚀；通过电化学测试系统实时检测试样疲劳腐蚀状态。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是根据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (9)
1.线缆铠装丝材料疲劳腐蚀的电化学测试装置，其特征在于，包括腐蚀环境形成系统、疲劳载荷控制系统以及电化学测试系统；
所述的腐蚀环境形成系统包括密封的腐蚀环境容纳箱(9)和位于腐蚀环境容纳箱内的试样固定装置(10)；
所述的疲劳载荷控制系统包括电机(4)、凸轮(5)、圆形转轮(6)、连杆(3)、压头(17)和速度控制器(12)；所述的速度控制器(12)用于控制电机的转速；所述电机(4)的输出轴连接凸轮(5)，该凸轮(5)与位于凸轮下方的圆形转轮(6)配合使用；所述的圆形转轮(6)安装在一转轮座(18)上，所述的转轮座(18)连接连杆(3)；该连杆(3)贯穿腐蚀环境容纳箱的上盖(8)，连杆(3)的底部连接压头(17)；所述的转轮座(18)与腐蚀环境容纳箱上盖(8)之间设有一套在连杆(3)上的复位弹簧(7)；
所述的电化学测试系统包括参比电极(15)及辅助电极(13)，所述的电极通过导线与一恒电位仪(16)连接。
2.根据权利要求1所述的线缆铠装丝材料疲劳腐蚀的电化学测试装置，其特征在于，所述腐蚀环境容纳箱(9)的底部设有一底座(11)，所述的试样固定装置(10)通过紧固件(1)固定在底座(11)上。
3.根据权利要求2所述的线缆铠装丝材料疲劳腐蚀的电化学测试装置，其特征在于，所述的试样固定装置(10)采用可拆卸结构。
4.根据权利要求1或2所述的线缆铠装丝材料疲劳腐蚀的电化学测试装置，其特征在于，所述的电机(4)固定在腐蚀环境容纳箱(9)的上盖(8)上。
5.根据权利要求1或2所述的线缆铠装丝材料疲劳腐蚀的电化学测试装置，其特征在于，所述腐蚀环境容纳箱(9)的上盖安装一弹簧座(19)，所述复位弹簧(7)的上端抵在转轮座(18)上，下端抵在弹簧座(19)上。
6.根据权利要求1或2所述的线缆铠装丝材料疲劳腐蚀的电化学测试装置，其特征在于，所述腐蚀环境容纳箱的上盖(8)通过螺丝固定在腐蚀环境容纳箱的主体上。
7.根据权利要求1或2所述的线缆铠装丝材料疲劳腐蚀的电化学测试装置，其特征在于，所述的圆形转轮(6)通过一轴安装在转轮座(18)上。
8.根据权利要求1或2所述的线缆铠装丝材料疲劳腐蚀的电化学测试装置，其特征在于，所述腐蚀环境容纳箱(9)的主体材料为透明的有机玻璃，底座(11)、上盖(8)和试样固定装置(10)的材料为聚氯乙烯。
9.根据权利要求1或2所述的线缆铠装丝材料疲劳腐蚀的电化学测试装置，其特征在于，所述压头(17)的下表面涂有一层绝缘材料。
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| CN109211771A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-01-15 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种活性金属表面腐蚀行为测定装置及方法 |
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