一種多軸鹽霧腐蝕疲勞裂紋擴展測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料性能測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多軸鹽霧腐蝕疲勞裂紋擴展測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，陸地資源日益緊張，人們已經(jīng)將開發(fā)目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)向資源豐富的海洋，且近年來呈加速發(fā)展態(tài)勢，各種海工裝備也不斷推陳出新。由于許多海工裝備(如油氣資源開采、加工、儲運設(shè)備等)內(nèi)含有易燃、易爆、有毒物質(zhì)，一旦失效往往并發(fā)火災(zāi)、中毒、環(huán)境污染等災(zāi)難性事故，為了提高可靠性，越來越多的海工裝備采用了基于斷裂力學(xué)等原理的損傷容限設(shè)計方法。此類設(shè)備的典型特點是長期服役于海洋環(huán)境，受鹽霧或海水等腐蝕影響較大，而且受力狀態(tài)較為復(fù)雜，為了進行優(yōu)化選材設(shè)計和準(zhǔn)確的壽命評價需要開展相應(yīng)腐蝕環(huán)境下的斷裂力學(xué)參量測試，其主要參量之一是多軸載荷與鹽霧腐蝕環(huán)境共同作用下的疲勞裂紋擴展速率。
[0003]雖然目前現(xiàn)有的中國專利文獻《一種腐蝕環(huán)境下疲勞裂紋擴展速率試驗環(huán)境裝置》(授權(quán)號:CN101358929A)、《一種腐蝕環(huán)境下的疲勞試驗測試系統(tǒng)》(公開號:CN103439202A)、《彈簧鹽霧疲勞試驗裝置》(公開號:CN102944511A)、《一種用于疲勞性能試驗的鹽霧環(huán)境裝置》(公告號:CN201589746U)、《高溫鹽霧試驗裝置》(公告號:CN202994631U)等已經(jīng)公開了一些腐蝕疲勞性能測試和鹽霧環(huán)境模擬裝置，但仍無法滿足測試多軸載荷與鹽霧腐蝕環(huán)境共同作用下的疲勞裂紋擴展速率的實際需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種多軸鹽霧腐蝕疲勞裂紋擴展測試系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠較好地測量多軸載荷與鹽霧腐蝕環(huán)境共同作用下的疲勞裂紋擴展速率等斷裂力學(xué)參量，為服役于鹽霧腐蝕環(huán)境和復(fù)雜受力狀態(tài)下海工裝備的選材設(shè)計和壽命評價提供支撐。
[0005]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種多軸鹽霧腐蝕疲勞裂紋擴展測試系統(tǒng)，包括疲勞試驗機、疲勞裂紋擴展試樣、鹽霧腐蝕環(huán)境箱，本系統(tǒng)還包括拉-剪-扭多軸加載夾具，所述疲勞試驗機提供單軸疲勞載荷，通過所述拉-剪-扭多軸加載夾具轉(zhuǎn)換為試驗所需的I型、II型、III型及復(fù)合型疲勞載荷施加到所述疲勞裂紋擴展試樣上進行試驗；
[0007]鹽霧腐蝕環(huán)境箱包括通過管道彼此連通的鹽霧腐蝕箱體和鹽霧預(yù)發(fā)生箱體，所述鹽霧預(yù)發(fā)生箱體向鹽霧腐蝕箱體中輸送形成鹽霧所需的空氣和鹽水，所述鹽霧腐蝕箱體為疲勞裂紋擴展試驗提供所需的鹽霧環(huán)境，所述拉-剪-扭多軸加載夾具和所述疲勞裂紋擴展試樣均位于所述鹽霧腐蝕箱體之中。
[0008]優(yōu)選的，所述鹽霧預(yù)發(fā)生箱體中自上而下依次設(shè)置有鹽水箱、預(yù)熱水箱和空壓機，所述空壓機輸出的壓縮空氣經(jīng)過所述預(yù)熱水箱預(yù)熱后與由所述鹽水箱輸出、經(jīng)所述預(yù)熱水箱預(yù)熱的鹽水在噴嘴內(nèi)匯合，并噴射至所述鹽霧腐蝕箱體內(nèi)形成鹽霧；所述鹽水箱底面高于所述噴嘴所處的高度。
[0009]優(yōu)選的，所述空壓機的出口端之間自所述噴嘴之間設(shè)置有壓縮空氣管，所述鹽水箱的底部開口至所述噴嘴之間設(shè)置有鹽水管，所述壓縮空氣管與鹽水管在所述預(yù)熱水箱中均呈彎折狀設(shè)置。
[0010]優(yōu)選的，所述鹽霧腐蝕箱體的頂部和底部均設(shè)有與所述疲勞試驗機固接并密封的波紋管，所述鹽霧腐蝕箱體內(nèi)靠近所述疲勞裂紋擴展試樣處設(shè)有熱電偶，所述鹽霧腐蝕箱體的一側(cè)壁板上噴嘴，另一側(cè)壁板上設(shè)有驅(qū)動鹽霧在鹽霧腐蝕箱體內(nèi)擴散和彌漫的風(fēng)機。
[0011]優(yōu)選的，所述鹽霧腐蝕箱體中還設(shè)置有對鹽霧進行二次加熱以達到試驗所需溫度的加熱裝置。
[0012]優(yōu)選的，所述鹽霧預(yù)發(fā)生箱體在所述預(yù)熱水箱的下側(cè)設(shè)置有廢液回收箱，所述鹽霧腐蝕箱體的底部與所述廢液回收箱之間設(shè)置有廢液回收管，且所述鹽霧腐蝕箱體底面高于所述廢液回收箱的頂面。
[0013]優(yōu)選的，所述鹽霧預(yù)發(fā)生箱體的箱體外側(cè)設(shè)置有連接螺桿，所述鹽霧腐蝕箱體通過其箱體外側(cè)的連接部可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在所述連接螺桿上。
[0014]優(yōu)選的，所述連接螺桿與鹽霧預(yù)發(fā)生箱體的箱體之間構(gòu)成螺紋連接，所述連接螺桿上設(shè)置有便于調(diào)節(jié)器連接螺桿高度的手輪。
[0015]優(yōu)選的，所述連接部與所述連接螺桿之間構(gòu)成螺紋連接。
[0016]優(yōu)選的，所述鹽霧預(yù)發(fā)生箱體底部安裝有移動腳輪。
[0017]對現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0018]I)、本發(fā)明在中國專利文獻《一種測試復(fù)合型疲勞裂紋擴展速率的裝置》(公開號:CN104237007A)的基礎(chǔ)上，將拉-剪-扭多軸加載夾具和疲勞裂紋擴展試樣、鹽霧腐蝕環(huán)境箱和疲勞試驗機集成為多軸鹽霧腐蝕疲勞裂紋擴展測試系統(tǒng)，用于測試多軸載荷與鹽霧腐蝕環(huán)境共同作用下的疲勞裂紋擴展速率等斷裂力學(xué)參量，試驗結(jié)果可為服役于鹽霧腐蝕環(huán)境和復(fù)雜受力狀態(tài)下海工裝備的選材設(shè)計和壽命評價提供支撐。
[0019]2)、本發(fā)明中的鹽霧腐蝕環(huán)境箱包括較小的鹽霧腐蝕箱體和較大的鹽霧預(yù)發(fā)生箱體，所述鹽霧預(yù)發(fā)生箱體中設(shè)置有壓縮空氣和鹽水，壓縮空氣和鹽水分別經(jīng)相應(yīng)管路輸送至鹽霧腐蝕箱體中的噴嘴處，從而在鹽霧腐蝕箱體中形成試驗所需要的鹽霧環(huán)境。本發(fā)明中的這種大、小兩箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計一方面使得形成鹽霧的原料能夠提前配制并貯存在較大的鹽霧預(yù)發(fā)生箱體中，確保了鹽霧能夠持續(xù)穩(wěn)定可靠的供給，另一方面則在較小的鹽霧腐蝕箱體中形成易于擴散和彌漫的鹽霧環(huán)境，由于鹽霧腐蝕箱體的體積相對較小，因此鹽霧腐蝕箱體中的鹽霧濃度分布較為均勻，從而有利于獲得準(zhǔn)確的測試結(jié)果。
[0020]3)、本發(fā)明在較大的鹽霧預(yù)發(fā)生箱體中設(shè)有預(yù)熱水箱，空壓機輸出的壓縮空氣和鹽水箱流出的鹽水均經(jīng)過預(yù)熱水箱充分預(yù)熱后，再經(jīng)由噴嘴噴射至鹽霧腐蝕箱體內(nèi)形成鹽霧，從而有效地降低了鹽霧的溫度波動，有利于進行試驗溫度控制。
[0021]4)、本發(fā)明的鹽霧預(yù)發(fā)生箱體中的鹽水箱底面高于鹽霧腐蝕箱體中的噴嘴的設(shè)置高度，使得鹽水在重力作用下便可順利自流到達噴嘴處，有利于獲得更好的噴霧效果；此夕卜，鹽霧腐蝕箱體的底面高于廢液回收箱的頂面，保證了鹽霧腐蝕箱體中的廢液在重力作用即可自流至廢液回收箱；本發(fā)明中這種結(jié)構(gòu)設(shè)計運用了非能動設(shè)計理念，充分發(fā)揮自然本性來實現(xiàn)系統(tǒng)功能，實現(xiàn)了良好的節(jié)能環(huán)保效果。
[0022]5)、本發(fā)明中鹽霧腐蝕箱體的頂部和底部均通過波紋管與疲勞試驗機上的法蘭盤相連并實現(xiàn)密封，這種連接結(jié)構(gòu)不僅改善了密封效果，而且提高了設(shè)備長周期運行的可靠性。
[0023]6)、本發(fā)明中的鹽霧腐蝕箱體內(nèi)靠近疲勞裂紋擴展試樣處設(shè)有熱電偶，可較好地反映疲勞裂紋擴展試樣周圍的溫度，且鹽霧腐蝕箱體相對應(yīng)的左、右內(nèi)壁板上分別設(shè)有風(fēng)機和噴嘴，所設(shè)置的風(fēng)機可有效地增強鹽霧流動和彌漫效果，從而進一步提高了鹽霧腐蝕箱體內(nèi)的鹽霧濃度分布的均勻性。
[0024]7)、本發(fā)明中的鹽霧腐蝕箱體內(nèi)設(shè)置有加熱裝置，加熱裝置可以對鹽霧腐蝕箱體內(nèi)的鹽霧進行加熱以達到試驗所需的溫度，從而擴展了本測試系統(tǒng)的測試范圍。
[0025]8)、在工作時，鹽霧腐蝕箱體和鹽霧預(yù)發(fā)生箱體通過連接部與連接螺桿實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接，便于實現(xiàn)鹽霧腐蝕箱體和鹽霧預(yù)發(fā)生箱體之間的相互轉(zhuǎn)動；連接螺桿底部安裝有手輪，便于調(diào)整鹽霧腐蝕箱體和鹽霧預(yù)發(fā)生箱體之間的相對高低；此外，鹽霧預(yù)發(fā)生箱體的底部安裝有移動腳輪，便于鹽霧預(yù)發(fā)生箱體移動以調(diào)整鹽霧腐蝕環(huán)境箱與疲勞試驗機的相對位置，從而實現(xiàn)鹽霧腐蝕環(huán)境箱與疲勞試驗機之間的四自由度調(diào)整。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2是疲勞試驗機的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖3是拉-剪-扭多軸加載夾具和疲勞裂紋擴展試樣相連接后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖4是鹽霧腐蝕箱體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖5是圖4的A-A向剖視圖。
[0031]圖6是鹽霧預(yù)發(fā)生箱體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖7是圖6的A-A向剖視圖。
[0033]圖8是圖6的B-B向剖視圖。
[0034]圖中標(biāo)記的含義如下:
[0035]10 一疲勞試驗機 IlA—上法蘭盤 IlB—下法蘭盤
[0036]20—拉-剪-扭多軸加載夾具 21—疲勞裂紋擴展試樣
[0037]30—鹽霧腐蝕箱體 3IA—上波紋管 3IB—下波紋管
[0038]32—螺紋連接部 33—風(fēng)機 34—熱電偶 35—噴嘴
[0039]40—鹽霧預(yù)發(fā)生箱體 41 一連接螺桿 42—手輪
[0040]43A—廢液回收管 43B—廢液回收箱 44A—鹽水管
[0041]44B—鹽水箱 45A—壓縮空氣管 45B—空壓機
[0042]46一移動腳輪 47—預(yù)熱水箱
【具體實施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的工作過程做進一步說明。
[0044]本多軸鹽霧腐蝕