CN112763404A - 一种盐雾腐蚀与疲劳荷载共同耦合作用的试验*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种盐雾加速腐蚀与疲劳荷载共同耦合作用的试验***。具体地说,该发明适用于长期腐蚀环境下,同时承受往复疲劳荷载的试验研究。一种盐雾腐蚀与疲劳荷载共同耦合作用的试验***,包括,疲劳试验***、腐蚀试验***,计算机,疲劳试验***包括疲劳试验机和试件;腐蚀试验***包括盐雾试验箱、吹风机、腐蚀疲劳试验箱、通风管、喷雾管、排雾管、橡皮套、防护板和收集盒;计算机控制盐雾试验箱和吹风机的工作和间歇时间;本发明保证试验进行的同时,保护了疲劳加载及其他设备不受腐蚀侵袭。
Description
技术领域
本发明涉及一种盐雾加速腐蚀与疲劳荷载共同耦合作用的试验***。具体地说,该发明适用于长期腐蚀环境下,同时承受往复疲劳荷载的试验研究。
背景技术
现有的腐蚀疲劳试验通常先采用盐雾试验机对试件预腐蚀,然后再对预腐蚀后的试件开展疲劳试验,以考察材料或构件的腐蚀疲劳性能。然而,在土木工程、海洋工程、机械工程领域,结构、构件和材料往往同时承受腐蚀和疲劳作用。若仍采用预腐蚀后疲劳加载的方式,即分两个步骤独立实现腐蚀和疲劳,存在以下问题:
1)无法考虑腐蚀和疲劳的长期交互作用。实际上,疲劳会使锈层与基体结合程度降低,加速侵蚀向材料纵深发展;基体内部腐蚀形成的蚀坑削弱了有效截面面积,增大应力集中和平均应力,继而又加速疲劳裂纹的形成和扩展。腐蚀和疲劳导致的劣化同步发展、相互耦合循环,其对耐候钢的影响远超腐蚀和疲劳这两种效应的简单叠加。
2)无法考虑疲劳加载过程中的继续腐蚀问题。真实服役过程中,疲劳荷载的施加可能导致原有锈层的破裂、脱落和裂纹扩展,从而导致基体的进一步腐蚀。原有独立的腐蚀和疲劳加载无法真实模拟这一情况,若将原有试验得到的数据用于评价实际工程,将带来较大的安全隐患。
3)无法合理设置加载机制。盐雾腐蚀为实验室加速腐蚀方式,疲劳试验为实验室简化往复荷载的方式,二者分别有各自的时间轴。加速腐蚀的时间轴与预腐蚀时间有关,疲劳加载的时间轴与加载频率有关。两个时间轴如何协调,腐蚀时间和疲劳加载频率如何科学匹配和设置,尚未解决。
本发明介绍的盐雾腐蚀与疲劳荷载共同耦合作用试验***,在能够保证疲劳试验机不受盐雾侵扰的条件下,实现金属标准试件的腐蚀与疲劳同时作用,避免了腐蚀试验和疲劳试验在转化过程中的复杂性和对试验结果造成的误差、提高了材料的腐蚀试验和实际腐蚀的相关性、缩短了试验周期。更加真实的反映材料在腐蚀环境下的疲劳行为,解决了腐蚀与疲劳独立试验引起的安全问题。
发明内容
本发明的目的就是针对上述问题,提供一种盐雾腐蚀与疲劳荷载共同耦合作用的试验***。
本发明的目的是这样实现的:一种盐雾腐蚀与疲劳荷载共同耦合作用的试验***,包括,疲劳试验***、腐蚀试验***,计算机,疲劳试验***包括疲劳试验机和试件;腐蚀试验***包括盐雾试验箱、吹风机、腐蚀疲劳试验箱、通风管、喷雾管、排雾管、橡皮套、防护板和收集盒;计算机控制盐雾试验箱和吹风机的工作和间歇时间;疲劳试验机上方设置有腐蚀疲劳试验箱,腐蚀疲劳试验箱中间设置有试件,试件的上端和下端均穿过腐蚀疲劳试验箱通过疲劳试验机的夹具进行固定,试件与腐蚀疲劳试验箱的连接处设置有橡皮套,试件上下两端靠近固定筒的一侧设置有防护板,试件下端的防护板上方左右两侧均设置有收集盒,试件一侧设置有喷雾管,喷雾管另一端穿过腐蚀疲劳试验箱连接至盐雾试验箱,试件的左右两侧均设置有通风管,通风管的另一端穿过腐蚀疲劳试验箱连接至吹风机,腐蚀疲劳试验箱的底部开孔连接有排雾管。
进一步的讲,腐蚀疲劳试验箱下方与疲劳试验机上方之间设置有支座。
进一步的讲,防护板靠近固定筒一端的面上均设置有干燥剂。
本发明的有益效果是:
1. 保证试验进行的同时,保护了疲劳加载及其他设备不受腐蚀侵袭。
2. 克服了腐蚀与疲劳独立作用试验数据的偏危险问题。
3. 考虑了腐蚀和疲劳的长期交互与耦合作用。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
图1是本发明的盐雾腐蚀与疲劳试共同耦合作用试验***运行示意图。
图2是本发明的正立面图。
图3是本发明的侧立面图。
图4是本发明的a-a剖面。
图5是本发明的b-b剖面。
图6是本发明的c-c剖面。
图7是本发明的试件详图。
图8是本发明的收集盒详图。
图9是本发明的防护板详图。
图10是本发明的试件大图。
其中:1-腐蚀疲劳试验箱;2-通风管;3-喷雾管;4-排雾管;5-支座;6-试件;7-橡皮套;8-防护板;9-收集盒;10-盐雾箱;11-吹风机;12-腐蚀试验***;13-疲劳试验***;14-计算机;15-疲劳试验机;16-干燥剂。
具体实施方式
本试验装置有疲劳试验***、腐蚀试验***,控制中枢***。各个***的功能如下;
(1)疲劳试验***;由疲劳试验机,试件组成简图1。对材料进行机械加工合适尺寸的试件,如图10所示,板厚T取4~12mm。试件的大样图可参见图4,并安装在疲劳试验机上,安装完成之后对试件施加疲劳荷载。
(2)腐蚀试验***:由盐雾试验箱、吹风机、排雾通道组成见图1。待试件组装完成后,通过控制中枢***启动盐雾试验箱,生成的盐雾进入喷雾管,并把碰头直接对准试件对试件进行腐蚀见图3、4,(干湿交替腐蚀方法:即腐蚀试验***以一定周期对试件进行腐蚀-干燥-腐蚀-干燥反复运行),试验箱内的盐雾通过排雾管排出。
(3)计算机:是整个试验最核心的位置,是整个装置的大脑,它控制着(1疲劳试验的疲劳荷载大小和疲劳荷载的频率,(2控制着腐蚀试验的腐蚀时间、试验温度、干湿交替腐蚀周期,(3试件的受力状态。计算机控制吹风机的开始和间歇工作时间,并通过盐雾试验机自带程序控制盐雾试验机的开始和间歇工作时间。保证盐雾试验箱的工作时间等于吹风机的间歇时间,盐雾试验箱的间歇时间等于吹风机的工作时间,从而使该***能实现自动喷射盐雾和吹风干燥交替进行。疲劳荷载荷载大小、疲劳荷载的频率腐蚀时间、试验温度等参数根据《GB15248-2008金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》选取。
腐蚀试验***:盐雾试验箱通过喷雾管连接腐蚀疲劳试验箱的前后,接口必须对准试件宽面的试验段参见图a-a。电吹风机通过通风管连接于腐蚀疲劳试验箱的左右两侧,接口同样必须对准试件的试验段参见图c-c。腐蚀疲劳试验箱通过支座防止在疲劳试验机上。腐蚀疲劳试验箱的上下开孔(孔径必须大于试件的长边尺寸1-2cm)。以便于安装试件,待试样安装完成之后,试件与孔洞之间通过橡皮套密封。
疲劳试验***:制作标准试件参见图4,试件固定在疲劳试验机上,疲劳试验机夹持长度应符合《GB15248-2008金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》的要求,大于等于8倍试件厚度。待试件安装完成之后,在试件下端的防护钢板上放置收集盒,上端防护钢板上涂刷一层干燥剂参见图4,以吸收可能散出的盐雾,防止盐雾对试验机器的腐蚀。
计算机:计算机分别和疲劳试验机、盐雾试验箱和电吹风机相连,控制疲劳试验的加载和喷雾时间、盐雾温度、干燥时间。喷雾时间、盐雾温度等参考《人造环境中的腐蚀试验-盐雾试验》(ISO 9227-2017)选取,干燥时间根据模拟环境的干湿循环时间比例选取。
疲劳试验机:固定试件,对试件施加疲劳荷载。
盐雾试验箱:生产盐雾,并通过喷雾管输送盐雾至试件。
腐蚀疲劳试验箱:密闭的作用,防止产生的盐雾泄露对疲劳试验机造成腐蚀保持恒定腐蚀环境温度。
支座:固定腐蚀疲劳试验箱。
电吹风机:干燥试件(干湿交替试验中)。
排污管:排出腐蚀疲劳试验箱内的盐雾。
橡皮套:防护作用。防止试验箱内的盐雾通过试件孔排出,造成疲劳试验机腐蚀。
收集盒:收集试验箱内的盐雾因为重力作用在试件闭上形成股流流向试验机,再一次的保护。
防护钢板:通过钢板阻挡排出的盐雾,终极保护,支撑收集盒。防护板与标准试件之间通过结构胶粘贴。
疲劳试验机采用MTS-landmark疲劳试验机,盐雾试验箱采用YWX/F系列盐雾加速腐蚀试验箱,吹风机采用75kg,外径120mm,内径69mm,对中孔距100mm的干燥吹风机。
试验开始时,先操作盐雾试验箱进行间歇性加速腐蚀,待腐蚀箱环境达到《人造环境中的腐蚀试验-盐雾试验》(ISO 9227-2017)规定的环境参数时,通过计算机控制疲劳试验机施加往复疲劳荷载。通过盐雾腐蚀箱设定加速腐蚀试件和间歇时间,通过电脑控制电吹风机的工作时间和间歇时间。如:盐雾试验箱加速腐蚀50分钟,间歇10分钟,同时设置盐雾试验箱加速腐蚀的50分钟电吹风机间歇,盐雾试验箱间歇的10分钟,电吹风机工作,以此往复,直至试件发生破坏断裂。
技术方案:
1.将盐雾试验箱与疲劳加载***结合,并采用相应保护措施避免了盐雾对疲劳试验机的侵蚀。
2.增加了烘干措施,使试验***除了能够实现连续盐雾+疲劳作用的功能外,还能够实现干湿循环交替腐蚀+疲劳作用。
3.采用外接腐蚀疲劳试验箱,对原有盐雾试验机的改装破坏较小,完成该试验后仍可分离出来继续进行盐雾试验。
以上所述仅为本发明的具体实施例,但本发明所保护范围的结构特征并不限于此,任何本领域的技术人员在本发明的领域内,所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (3)
1.一种盐雾腐蚀与疲劳荷载共同耦合作用的试验***,其特征在于:包括,疲劳试验***、腐蚀试验***,计算机,疲劳试验***包括疲劳试验机和试件;腐蚀试验***包括盐雾试验箱、吹风机、腐蚀疲劳试验箱、通风管、喷雾管、排雾管、橡皮套、防护板和收集盒;计算机控制盐雾试验箱和吹风机的工作和间歇时间;疲劳试验机上方设置有腐蚀疲劳试验箱,腐蚀疲劳试验箱中间设置有试件,试件的上端和下端均穿过腐蚀疲劳试验箱通过疲劳试验机的夹具进行固定,试件与腐蚀疲劳试验箱的连接处设置有橡皮套,试件上下两端靠近固定筒的一侧设置有防护板,试件下端的防护板上方左右两侧均设置有收集盒,试件一侧设置有喷雾管,喷雾管另一端穿过腐蚀疲劳试验箱连接至盐雾试验箱,试件的左右两侧均设置有通风管,通风管的另一端穿过腐蚀疲劳试验箱连接至吹风机,腐蚀疲劳试验箱的底部开孔连接有排雾管。
2.根据权利要求1所述的一种盐雾腐蚀与疲劳荷载共同耦合作用的试验***,其特征在于:腐蚀疲劳试验箱下方与疲劳试验机上方之间设置有支座。
3.根据权利要求1所述的一种盐雾腐蚀与疲劳荷载共同耦合作用的试验***,其特征在于:防护板靠近固定筒一端的面上均设置有干燥剂。
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