CN111855552A - 模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置及方法，该装置能够将盐雾试验与疲劳试验结合，能够用于评价金属材料在海洋大气环境中的腐蚀疲劳性能。并且装置的结构简单、安装拆卸方便，通过设置水浴装置控制试验腔体的温度，设置加湿装置控制试验腔体的湿度，设置温湿度监控装置对试验腔体的温湿度进行实时监控，从而实现了关键环境因素的可调可控和实时监测，并能够模拟多种海洋大气环境中的腐蚀疲劳性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验装置及试验方法，具体涉及一种模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置及方法。
背景技术
海洋工程结构材料特别是海工高强钢的腐蚀和疲劳是海洋工程结构的主要失效模式。特别是海洋平台、跨海大桥等大型工程结构，金属材料在海洋苛刻环境和疲劳载荷双重作用下的性能退化和寿命评估越来越受到业内重视。传统的单一耐蚀性能或疲劳寿命评估已不能满足需求，腐蚀环境下的腐蚀疲劳性能评估愈发重要。
腐蚀疲劳性能或寿命评估的关键在于腐蚀环境的准确模拟和精准控制。目前，国内外大多采用3.5％NaCl或人工海水模拟海水环境中的腐蚀行为，采用湿热试验、盐雾试验或周期浸润腐蚀试验模拟海洋大气中的腐蚀试验。但这种模拟加速腐蚀试验很难与疲劳试验相结合，不能评价金属在模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳性能。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置，该装置能够准确模拟多种海洋大气环境中的腐蚀疲劳性能。
本发明的另一目的是提供一种上述试验装置的试验方法。
技术方案：本发明所述的一种模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置，包括疲劳试验机、试验腔体、水浴装置、加湿装置、温湿度监控装置以及排气装置；所述试验腔体设置在所述疲劳试验机的夹头之间，试验腔体预留有贯穿孔用以穿设夹持于夹头之间的试样；所述水浴装置包围在试验腔体外，用于调节试验腔体的温度；所述加湿装置连接试验腔体，用于向试验腔体内通入盐雾；所述温湿度监控装置监控试验腔体内的温度和湿度；所述排气装置连接试验腔体，用于排出试验腔体内的气体。
具体的，所述试验腔体为长方体结构的有机玻璃容器，设置在所述疲劳试验机的上夹头和下夹头之间；所述贯穿孔设置在所述试验腔体的上、下表面。采用有机玻璃容器在试验过程中易于观察试验腔体内部的情况，保证试验的质量，并且制作简单、轻便、易于密封，试验结束后方便拆卸和清洗。
所述水浴装置包括水浴槽、加热棒和温控仪；所述水浴槽为环绕在所述试验腔体***的空腔容器；所述加热棒设置在所述水浴槽内并连接所述温控仪，通过温控仪控制水浴温度。通过环绕式水浴槽，保证试验腔体温度的稳定性和可控性，避免温度较大幅度的波动影响试验的准确度。
所述加热棒设置有多个，均匀环绕于所述试验腔体的外周。从而提升水浴温度的均匀性，保证试验腔体内部环境温度的模拟准确度。
所述水浴槽设置有注水口和排水阀。便于装水和排水，提升试验装置的便捷性。
所述加湿装置为超声波加湿器，包括溶液腔室、超声波震荡片、风扇、盐雾进气管和流量控制旋钮；所述超声波震荡片将所述溶液腔室中的模拟液振荡雾化形成盐雾，所述风扇将盐雾通过所述盐雾进气管输入所述试验腔体内；所述流量控制旋钮用于控制盐雾的流量。通过超声波加湿器能够精确控制盐雾浓度，保障试验腔体内的湿度及环境模拟的准确性。
所述排气装置包括排气管和尾气收集瓶；所述排气管自所述试验腔体引出，并引入所述尾气收集瓶中。
而对应于上述模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置，本发明提供的试验方法所采用的技术方案，包括如下步骤：
(1)将试样沿长度方向逐级打磨，经过除油、清洗、干燥后，采用硅胶将试样两端涂抹密封，暴露中间10-20mm长度的工作段；
(2)把密封好的试样自贯穿孔穿设入试验腔体，保持所述工作段置于试验腔体内，试样的两端位于试验腔体外，密封试样与贯穿孔之间的缝隙，然后将试样的两端分别夹持于疲劳试验机的两个夹头；
(3)采用水浴装置对试验腔体进行水浴加热，并通过加湿装置将配制的模拟液以盐雾形式通入试验腔体中，调整试验腔体的温湿度达到试验要求；
(4)通入盐雾至试样表面形成液膜后，按照国标在设定的疲劳应力参数下开始腐蚀疲劳试验，并记录试样断裂时的疲劳寿命。
有益效果：与现有技术相比，该装置能够将盐雾试验与疲劳试验结合，能够用于评价金属材料在海洋大气环境中的腐蚀疲劳性能。并且装置的结构简单、安装拆卸方便，通过设置水浴装置控制试验腔体的温度，设置加湿装置控制试验腔体的湿度，设置温湿度监控装置对试验腔体的温湿度进行实时监控，从而实现了关键环境因素的可调可控和实时监测，结合其试验方法能够实现模拟多种海洋大气环境中的腐蚀疲劳性能。
附图说明
图1是本发明的腐蚀疲劳试验装置的结构示意图；
图2是该试验装置的水浴槽与试验腔体的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图1、图2和实施例对本发明做进一步详细说明。
具体的，本实施例采用该模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置进行试验时，首先用线切割加工疲劳试样11，该试样11可采用国标或相关标准进行加工。然后对加工好的试样11进行处理，经过SiC砂纸逐级打磨至2000#，采用丙酮除油、无水乙醇清洗后吹干待用，采用硅胶将试样11两端密封，只暴露中间10～20mm长度的工作段。
将封好的疲劳试样11通过软橡皮塞安装在采用有机玻璃制作的长方体结构的试验腔体13中，并采用硅胶密封试样11与橡皮塞以及橡皮塞与试验腔体13的贯穿孔之间的间隙，待硅胶干燥牢固后，将疲劳试样11两端分别夹持在疲劳试验机的上夹头10和下夹头12上。
将温度计8、湿度计7、盐雾进气管4和排气管15分别通过软橡皮塞安装在试验腔体13中，排气管15的出口浸入装有自来水的尾气收集瓶16中。其中，尾气收集瓶16可采用普通的烧杯。
通过注水口向水浴槽6中倒入自来水，两个加热棒(附图标记分别为5和17)上部通过软橡皮塞分别固定在水浴槽6内试验腔体13的两侧，温度传感器18固定在水浴槽另一侧，具体参阅图2所示。将加热棒和温度传感器连接到温控仪9，开启温控仪9并设置水浴温度。
将配置好的模拟液3倒入超声波加湿器的溶液腔室2中，调节流量控制旋钮1向试验腔体13中通入盐雾，同时监测试验腔体13中的温度和湿度，若温、湿度和预定的不一致，则通过调节流量控制旋钮1调整环境湿度，并通过微调温控仪9的温度设置，使环境室中的温湿度达到试验要求。
通入盐雾2h，待试样11表面形成液膜后，按照国标在设定的疲劳应力参数下开始腐蚀疲劳试验，通过电脑记录试样11断裂时的疲劳寿命。
试验结束后拆下各组件，通过排水阀14排空水浴槽6内的水。取下试样11进行断口形貌分析。
Claims (10)
1.一种模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，包括疲劳试验机、试验腔体(13)、水浴装置、加湿装置、温湿度监控装置以及排气装置；所述试验腔体(13)设置在所述疲劳试验机的夹头之间，试验腔体(13)预留有贯穿孔用以穿设夹持于夹头之间的试样(11)；所述水浴装置包围在试验腔体(13)外，用于调节试验腔体(13)的温度；所述加湿装置连接试验腔体(13)，用于向试验腔体(13)内通入盐雾；所述温湿度监控装置监控试验腔体内的温度和湿度；所述排气装置连接试验腔体(13)，用于排出试验腔体(13)内的气体。
2.根据权利要求1所述的模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述试验腔体(13)为长方体结构的有机玻璃容器，设置在所述疲劳试验机的上夹头(10)和下夹头(12)之间；所述贯穿孔设置在所述试验腔体(13)的上、下表面。
3.根据权利要求1所述的模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述水浴装置包括水浴槽(6)、加热棒和温控仪(9)；所述水浴槽(6)为环绕在所述试验腔体(13)***的空腔容器；所述加热棒设置在所述水浴槽(6)内并连接所述温控仪(9)，通过温控仪(9)控制水浴温度。
4.根据权利要求2所述的模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述加热棒设置有多个，均匀环绕于所述试验腔体(13)的外周。
5.根据权利要求2所述的模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述水浴槽(6)设置有注水口和排水阀(14)。
6.根据权利要求1所述的模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述加湿装置为超声波加湿器，包括溶液腔室(2)、超声波震荡片、风扇、盐雾进气管(4)和流量控制旋钮(1)；所述超声波震荡片将所述溶液腔室(2)中的模拟液(3)振荡雾化形成盐雾，所述风扇将盐雾通过所述盐雾进气管(4)输入所述试验腔体(13)内；所述流量控制旋钮(1)用于控制盐雾的流量。
7.根据权利要求1所述的模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述排气装置包括排气管(15)和尾气收集瓶(16)；所述排气管(15)自所述试验腔体(13)引出，并引入所述尾气收集瓶(16)中。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将试样沿长度方向逐级打磨，经过除油、清洗、干燥后，采用硅胶将试样两端涂抹密封，暴露中间10-20mm长度的工作段；
(2)把密封好的试样自贯穿孔穿设入试验腔体，保持所述工作段置于试验腔体内，试样的两端位于试验腔体外，密封试样与贯穿孔之间的缝隙，然后将试样的两端分别夹持于疲劳试验机的两个夹头；
(3)采用水浴装置对试验腔体进行水浴加热，并通过加湿装置将配制的模拟液以盐雾形式通入试验腔体中，调整试验腔体的温湿度达到试验要求；
(4)通入盐雾至试样表面形成液膜后，按照国标在设定的疲劳应力参数下开始腐蚀疲劳试验，并记录试样断裂时的疲劳寿命。
9.根据权利要求8所述的试验方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采用SiC砂纸将试样打磨至2000#，然后采用丙酮除油、酒精清洗、冷风吹干。
10.根据权利要求8所述的试验方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将密封好的试样通过橡皮塞安装在试验腔体中，采用硅胶密封试样与橡皮塞以及橡皮塞与贯穿孔之间的间隙，待硅胶干燥牢固后，将疲劳试样两端分别夹持在疲劳试验机上。
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