專利名稱：一種用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測試設(shè)備，特別是一種用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置。
背景技術(shù)：
在腐蝕介質(zhì)中進行金屬材料的疲勞裂紋擴展速率試驗時，GB/T6398-2000 “金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗方法”中推薦了采用標(biāo)準(zhǔn)M (T)試樣及標(biāo)準(zhǔn)C (T)試樣進行試驗時腐蝕裝置的設(shè)計示意圖。對于標(biāo)準(zhǔn)M (T)試樣，標(biāo)準(zhǔn)中只給出了簡單的示意圖，圖中并沒有進一步說明如何防止腐蝕液的滲漏問題。從示意圖上看，隨著試樣的周期往復(fù)運動，腐蝕液難免要滲漏到價格昂貴的試驗機上，至少當(dāng)試樣疲勞斷裂后腐蝕液無法避免不泄漏，按照示意圖設(shè)計腐蝕裝置可操作性不強，不可??；對于C (T)試樣，示意圖中的腐蝕裝置只是針對臥式試驗機設(shè)計的，而目前國內(nèi)絕大多數(shù)單位使用的疲勞試驗機都是立式的，因此借鑒設(shè)計意義不大。其它最新的疲勞試驗標(biāo)準(zhǔn)中均未提及腐蝕裝置具體如何設(shè)計和應(yīng)用。部分文獻中提到過設(shè)計腐蝕裝置時所選用的材料及制作思路，但基本上都是針對加載方式相對容易設(shè)計制作的軸向加載標(biāo)準(zhǔn)試樣的，很少見到文獻提及如旋轉(zhuǎn)彎曲加載、 懸臂彎曲加載等非軸向加載方式下腐蝕裝置的設(shè)計制作方法。而且，很少提及如何確保腐蝕液不滲漏到試驗機上，即對腐蝕裝置各個環(huán)節(jié)的密封方法很少有詳細的文字說明。總之， 尚未見到有關(guān)在懸臂彎曲加載方式下進行低周腐蝕疲勞試驗用海水腐蝕裝置成功設(shè)計且效果良好范例的報道。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置， 針對實際工作中，進行懸臂彎曲加載低周腐蝕疲勞試驗用海水裝置難以成功設(shè)計、裂紋在海水中不易清楚觀察等原因，而不得不取同樣加載方式下空氣中材料的疲勞性能數(shù)據(jù)，對艦船進行設(shè)計和疲勞壽命校核的現(xiàn)狀，裝置既要滿足試樣表面裂紋始終浸于流動的海水中以達到對試樣腐蝕的效果，又要確保海水不能溢出而腐蝕試驗機；既要確保和空氣中的試驗狀態(tài)完全一致，便于進行對比試驗，又不能引入額外的試驗誤差；腐蝕裝置還要滿足便于顯微鏡焦距的改變以隨時清晰地觀察裂紋擴展情況；在保證各項功能具備的同時，整個腐蝕裝置設(shè)計應(yīng)盡量簡單，且效果良好，以提供一個模擬海水流動的海洋環(huán)境，便于對艦船用金屬材料進行懸臂彎曲加載低周腐蝕疲勞試驗。為了實現(xiàn)解決上述技術(shù)問題的目的，本實用新型采用了如下技術(shù)方案本實用新型的一種用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置，包括使用COD位移規(guī)以及在試樣上設(shè)置COD位移規(guī)的裝卡刀口，特征在于裝置包括海水儲存容器，用來盛放海水 ’導(dǎo)液管，是海水從海水儲存容器到試樣裂紋表面的通道；支架，用來放置玻璃容器；水流控制閥，用來控制海水的流量；海水承接容器，用來承接用過的海水；其中海水儲存容器上帶有通氣孔或者透氣口，以確保海水上方大氣壓力和外界相等；其中導(dǎo)液管的兩端分別連接海水儲存容器和樣的表面裂紋部分，水流控制閥設(shè)置在導(dǎo)液管上，導(dǎo)液管將海水輸送到試樣的表面裂紋處。本實用新型的一種用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置，其改進的技術(shù)方案可以是在導(dǎo)液管上設(shè)置增壓閥，用來調(diào)整海水的壓力。更進一步，在增壓閥出口外面設(shè)置增壓導(dǎo)管，做為增壓后的海水流向試樣表面裂紋上方的通道。本實用新型的一種用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置，其改進的技術(shù)方案還可以是在COD位移規(guī)裝卡刀口的正下方設(shè)置引流布條，該引流布條可以將多余的海水引流至承接容器中，確保海水始終以一定的厚度覆蓋在表面裂紋上，也可以確保海水水面不會過高而腐蝕試驗機。所述的導(dǎo)液管可以為透明塑料管。所述的增壓導(dǎo)管可以為金屬管或者硬質(zhì)塑料管，直徑比導(dǎo)液管細。所述的海水儲存容器可以為具有一定容量的玻璃容器，容器外側(cè)標(biāo)有刻度線，并在容器的下方設(shè)計有出水孔。導(dǎo)液管可以連接在出水孔上；為了確保海水能夠順利下流，在海水儲存容器的正上方的活塞中間留有透氣孔，以保證海水流出后，容器上方不至于形成真空，由于大氣壓力原因阻止海水的持續(xù)流出；容器放在穩(wěn)定的支架上，支架與試樣具有一定的高度H，H可以根據(jù)需要設(shè)置的海水流速來進行相應(yīng)調(diào)整。本專利利用海水的高度差代替微型水泵驅(qū)動海水流動，利用水流控制閥、增壓閥及增壓導(dǎo)管控制海水的流量和流速。由于試樣上表面圓弧一側(cè)設(shè)計了用來控制表面裂紋前緣應(yīng)變的COD位移規(guī)的裝卡刀口，這個刀口的存在對海水確實有吸附作用，而且可以使得海水水面漫過試樣表面， 進而通過試樣的約束部分腐蝕試驗機，因此在COD位移規(guī)裝卡刀口的正下方設(shè)置的引流布條，可以使得多余的海水通過該布條淌入海水承接容器中。承接容器可以固定在試驗機上， 承接容器可以是長方形塑料盒。這樣以來，既可以保證試樣表面裂紋上始終有一層流動的海水薄膜，也可以確保海水水面不會過高而腐蝕試驗機。本專利的技術(shù)構(gòu)思為懸臂彎曲加載方式下低周疲勞試驗用腐蝕裝置是獲得艦船材料在彎曲應(yīng)力反復(fù)作用下的低周腐蝕疲勞性能數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。如果按照傳統(tǒng)的設(shè)計思想在試樣的工作部分設(shè)計安裝透明的腐蝕盒，例如采用有機玻璃制作，那么有機玻璃板的厚度， 決定了試樣約束部分拉出來的長度，厚度越厚，拉出長度就越長，與空氣中相比的試驗誤差就越大；厚度過薄，強度就大打折扣，在試驗過程中容易因受力擠壓而破壞，從而引起海水泄漏腐蝕試驗機?？梢姡g盒的應(yīng)用，很難確保和空氣中的試驗狀態(tài)完全一致，只有棄之不用。這樣以來，一方面可以避免引入和空氣中試驗狀態(tài)存在差異而帶來的誤差，同時也不用考慮腐蝕盒和試樣的接觸部分用玻璃密封膠，因可能存在空隙而使海水滲漏腐蝕試驗機。而且，舍棄腐蝕盒也可避免其影響到顯微鏡的調(diào)節(jié)范圍，進而影響表面裂紋整個長度范圍的觀察。沒有了腐蝕盒，就需要設(shè)法保證試樣表面裂紋上始終具有流動的海水。但是如果將海水直接注入試樣上表面，海水會即刻流下來，從而無法使得表面裂紋始終浸在海水中。為了采用應(yīng)變控制表面裂紋前緣的應(yīng)變，申請?zhí)枮?00910210025. 3的發(fā)明專利“一種懸臂彎曲加載低周疲勞試驗應(yīng)變控制的方法”在原有試樣基礎(chǔ)上，設(shè)計了 COD位移規(guī)的裝卡刀口，考慮到海水自然的附著作用，這個增加的刀口應(yīng)該會對海水具有吸附作用。如果具有吸附作用，而使得海水水面過高，一來會腐蝕COD位移規(guī)的彈性力臂夾持端，二來也會順著試樣的約束部分流入試驗機，因此，還需要考慮海水的引流問題，并采取相應(yīng)的措施。另外，考慮到海水的壓力差可以驅(qū)動自身的流動，就無需傳統(tǒng)常用的微型水泵作為驅(qū)動力，這樣也可以節(jié)約試驗成本。如果所需海水的量很少，可以考慮將廢液直接處理，無需再通過過濾裝置來過濾海水，這樣就可以進一步降低試驗成本和簡化腐蝕裝置。這些就是本專利用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置的設(shè)計思路。這些技術(shù)方案也可以互相組合或者結(jié)合，從而達到更好的技術(shù)效果。通過采用上述技術(shù)方案，本實用新型具有以下的有益效果本專利的裝置可以確保和空氣中的試驗狀態(tài)完全一致，便于進行對比試驗；以海水的自身壓力差代替微型水泵驅(qū)動，以水流控制閥、增壓閥及增壓導(dǎo)管確保海水流量和流速，以改進的試樣自身特點及引流布條，確保試樣表面裂紋上始終具有一層流動的海水薄膜而不致溢出腐蝕試驗機；由于沒有考慮在試樣的工作部分設(shè)計安裝腐蝕盒，更便于顯微鏡焦距的改變以隨時清晰地觀察裂紋擴展情況，同時也節(jié)約了試驗成本；整個裝置設(shè)計簡單，效果良好，可以提供一個模擬海水流動的海洋環(huán)境，便于對艦船用金屬材料進行懸臂彎曲加載方式下的低周腐蝕疲勞試驗。

圖1是本專利的一種用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置示意圖。圖中，1為透氣孔，2為海水，3為海水儲存容器，4為支架，5為導(dǎo)液管，6為水流控制閥，7為膠帶，8為增壓閥，9為增壓導(dǎo)管，10為形成的海水薄膜，11為試樣的表面裂紋，12 為試樣的約束部分，13為COD規(guī)的裝卡刀口，14為海水承接容器，15為引流布條，H為海水的高度差，可根據(jù)需要進行調(diào)整，P為試樣施力端施加的循環(huán)載荷。圖2是d2c/dN-A ε τ曲線在海水中和空氣中的比較。
具體實施方式
如圖1所示，本專利的一種用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置，透氣孔1可以確保海水上方大氣壓力和外界相等，2為海水，根據(jù)試驗需要可控制添加量，海水儲存容器3為玻璃容器，支架4用來放置玻璃容器，導(dǎo)液管5是海水從玻璃容器到試樣裂紋表面的通道， 水流控制閥6用來控制海水的流量，用膠帶7來固定導(dǎo)液管，增壓閥8用來調(diào)整海水的壓力，增壓導(dǎo)管9是增壓后的海水流向試樣表面裂紋上方的通道，10為形成的海水薄膜，確保始終覆蓋表面裂紋，11為試樣的表面裂紋，由于海水水面很低，可以在顯微鏡下清晰觀察擴展情況，12為試樣的約束部分，確保在懸臂彎曲加載方式下試驗的進行，13為COD規(guī)的裝卡刀口，由于海水水面較低，可以確保在COD規(guī)控制應(yīng)變條件下而不被腐蝕，海水承接容器14 為長方形塑料盒，用來承接用過的海水，引流布條15可以將多余的海水引流至塑料盒中， 確保海水始終以一定的厚度覆蓋在表面裂紋上。H為海水的高度差，可根據(jù)需要進行調(diào)整， P為試樣施力端施加的循環(huán)載荷。采用以上設(shè)計制作的簡易腐蝕裝置，進行了海水環(huán)境中懸臂彎曲加載方式下的低周腐蝕疲勞試驗。試驗頻率為0. 4Hz，波形為梯形波，采用COD位移規(guī)控制表面裂紋前緣的應(yīng)變，分六個應(yīng)變級別，由小到大依次進行控制，表面裂紋長度采用目測法測量，三件試樣， 海水在表面裂紋上的流量約為2. 5ml/min。為便于比較，在同樣的試驗條件下，采用同樣的試驗材料和試樣形式，也完成了在空氣中的三件試樣，試驗結(jié)果見表1。通過試驗，獲得了表
5面裂紋擴展速率d2c/dN與表面裂紋前緣應(yīng)變范圍△ ε τ的關(guān)系，見圖2。 從圖1和圖2可見，在同樣的應(yīng)變范圍內(nèi)，在海水中表面裂紋裂紋擴展速率d2c/ dN較空氣中的快，但隨著應(yīng)變范圍Δ ε 增加，這種差距在逐漸減小，當(dāng)應(yīng)變范圍達到第六級別時，在兩種環(huán)境下的表面裂紋擴展速率幾乎趨于一致。這個結(jié)果表明，海水對試驗材料確實起到了腐蝕作用，只是在應(yīng)變范圍較小時，這種腐蝕作用比較明顯，當(dāng)應(yīng)變范圍繼續(xù)增加時，疲勞作用較海水對試驗材料的腐蝕作用占據(jù)的比例較大，這是符合常理的。試驗觀察發(fā)現(xiàn)，在整個試驗過程中，所設(shè)計的簡易腐蝕裝置，可以確保試樣表面始終保持一層流動的海水薄膜覆蓋表面裂紋，而不會因為海水水面過高而腐蝕試驗機。完成一個試樣，用到的海水約為1升，用量不大，因此，回收的海水無需再利用。可見，所設(shè)計的簡易腐蝕裝置起到了預(yù)期的腐蝕效果。
權(quán)利要求1.一種用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置，包括使用COD位移規(guī)以及在試樣上設(shè)置 COD位移規(guī)的裝卡刀口(13)，其特征是簡易腐蝕裝置包括海水儲存容器(3)，用來盛放海水(2);導(dǎo)液管(5)，是海水(2)從海水儲存容器(3)到試樣表面裂紋(11)表面的通道；支架 (4)，用來放置海水儲存容器(3);水流控制閥(6)，用來控制海水(2)的流量；海水承接容器 (14)，用來承接用過的海水(2);其中海水儲存容器(3)上帶有通氣孔或者透氣口，以確保海水(2)上方大氣壓力和外界相等；其中導(dǎo)液管(5)的兩端分別連接海水儲存容器(3)和試樣的表面裂紋(11)部分，水流控制閥(6)設(shè)置在導(dǎo)液管(5)上，導(dǎo)液管(5)將海水(2)輸送到試樣的表面裂紋(11)處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置，其特征是所述的導(dǎo)液管 (5 )上設(shè)置增壓閥(8 )，用來調(diào)整海水(2 )的壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置，其特征是所述的在增壓閥(8)出口外面設(shè)置增壓導(dǎo)管(9)，做為增壓后的海水(2)流向試樣表面裂紋(11)上方的通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置，其特征是在COD位移規(guī)裝卡刀口(13)的正下方設(shè)置引流布條(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置，其特征是海水儲存容器 (3)為玻璃容器，容器外側(cè)標(biāo)有刻度線，并在容器的下方設(shè)計有出水孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置，其特征是在海水儲存容器(3)的正上方設(shè)置活塞，活塞中間留有透氣孔(1)；容器放在穩(wěn)定的支架(4)上，支架(4) 與試樣具有一定的高度。
專利摘要本實用新型介紹了一種用于低周疲勞試驗的簡易腐蝕裝置，包括使用COD位移規(guī)以及在試樣上設(shè)置COD位移規(guī)的裝卡刀口，裝置還包括海水儲存容器，導(dǎo)液管、支架、水流控制閥、海水承接容器；其中海水儲存容器上帶有通氣孔或者透氣口；導(dǎo)液管分別連接海水儲存容器和試樣表面裂紋，水流控制閥設(shè)置在導(dǎo)液管上，導(dǎo)液管將海水輸送到試樣表面裂紋。試樣在裝置中與空氣中的試驗狀態(tài)一致，便于進行對比試驗；試樣表面裂紋上始終具有一層流動的海水薄膜而不致溢出腐蝕試驗機；裝置設(shè)計簡單，效果良好，可以提供一個模擬海水流動的海洋環(huán)境，便于對艦船用金屬材料進行懸臂彎曲加載方式下的低周腐蝕疲勞試驗。
文檔編號G01N17/00GK202057572SQ20112006640
公開日2011年11月30日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者張亞軍, 張利娟 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所