[發明專利]一種腐蝕疲勞裂紋擴展試驗裝置

有效

• 申請號: 201510323375.6
• 申請日: 2015-06-12
• 公開（公告）號: CN104931373B
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 周宇;張波;趙東楊;王儉秋;柯偉;韓恩厚
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N17/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及腐蝕疲勞裂紋測量領域，具體為一種腐蝕疲勞裂紋擴展試驗裝置，適用于柔度法測量材料的腐蝕疲勞裂紋擴展速率及門檻值，解決現有技術在裝夾試樣時對疲勞試驗機的加載方向有特殊要求，或者在裝夾引申計時需要修改柔度公式的參數以及溶液易泄露等問題。該裝置包括載荷施加系統、裂紋檢測系統和溫度控制系統。本發明裝置操作、安裝使用簡便，使用常規立式疲勞試驗機即可在溶液中加載CT試樣，有效避免了溶液的泄露，無需修改柔度公式，適用于常溫或高溫溶液下柔度法計算材料的腐蝕疲勞裂紋擴展速率及門檻值的測試。其溫度控制準確，既可測量常溫溶液也可測量高溫溶液下材料的腐蝕疲勞裂紋擴展速率和門檻值，易于實時觀察試樣的腐蝕狀態。

技術領域

本發明涉及腐蝕疲勞裂紋測量領域，具體為一種腐蝕疲勞裂紋擴展試驗裝置，適用于柔度法測量材料的腐蝕疲勞裂紋擴展速率及門檻值。

背景技術

疲勞裂紋的測量一直是疲勞斷裂研究工作者所關心的問題之一，通常用目測法、電位降法和柔度法來測量疲勞裂紋。其中，目測法需要試驗人員實時觀察并記錄裂紋的長度，工作量較大，在腐蝕環境下用目測法觀測裂紋長度容易產生較大誤差。電位降法對于腐蝕介質中的疲勞試驗，需要考慮試樣與夾持系統間的絕緣問題以及導線與試樣焊接點的絕緣問題等。上述問題的存在，使得這些方法在檢測腐蝕疲勞裂紋時受到了限制。

柔度法測量疲勞裂紋方便、準確而被廣泛應用，任何結構或試件在外載作用下，均會產生一定的變形，變形量除以對應載荷的值定義為柔度,它反映了該構件變形的能力。當構件中產生裂紋或裂紋發生變化，其柔度也會發生變化，柔度的變化可以用來監測裂紋的變化。對于標準試件的疲勞試驗，作用在試件上的是一個循環載荷，相應也將產生一個循環位移，可以用對應任一載荷變化ΔP產生的位移變化ΔL，來求試件的彈性柔度U＝f(ΔL/ΔP)。對于緊湊拉伸(CT)試樣，柔度與歸一化裂紋長度關系為：a/W＝C₀+C₁U+C₂U²+C₃U³+C₄U⁴+C₅U⁵。ISO11782-2和GB/T 20120.2均推薦使用柔度法測量腐蝕疲勞裂紋長度，但在腐蝕環境下測量疲勞裂紋長度時，為了防止溶液泄露和裂紋張開位移(COD)規刀口的腐蝕，需要使用臥式疲勞試驗機，或者對CT試樣缺口端形狀進行較大改動，才能將COD規裝卡在CT試樣上。但隨著COD規裝卡位置或試樣形狀的改變，柔度系數發生較大的變化，必須求出相應的柔度系數，才能進行腐蝕環境下試驗，然而準確計算不同形狀試樣的柔度系數需要進行大量的有限元模擬和計算，操作難度較大。

截止到目前，鮮有報道使用普通的立式疲勞試驗機和標準CT試樣，無需修改柔度系數即可準確測量腐蝕疲勞裂紋的方法。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明主要目的在于提供一種腐蝕疲勞裂紋擴展試驗裝置，解決現有技術中對疲勞試驗機有特殊要求、在裝夾引申計時需要修改柔度系數以及溶液易發生泄露的問題，該裝置可以準確測量腐蝕疲勞裂紋長度和控制溶液的加熱溫度。

本發明的技術方案如下：

一種腐蝕疲勞裂紋擴展試驗裝置，該裝置包括載荷施加系統、裂紋檢測系統和溫度控制系統，其中：

載荷施加系統設有用來加載CT試樣的一組U型夾具，U型夾具為上U型夾具和下U型夾具上下設置結構，下U型夾具底部帶有突臺，用來承載環境盒；

裂紋檢測系統設有用來防止溶液泄露的內置螺紋管、外接螺紋管，內置螺紋管安裝在環境盒的內側壁，外接螺紋管安裝在環境盒的外側壁；在螺紋管底部的圓形槽內放置O型圈，通過圓形膠皮蓋住O型圈，并旋緊外接螺紋管，使膠皮壓緊O型圈；圓形膠皮的一側為CT試樣的缺口端，CT試樣的缺口端加工內螺紋孔，圓形膠皮的另一側為兩個刀片，刀片壓住圓形膠皮，使用螺釘旋緊并固定在CT試樣的缺口端的內螺紋孔處，COD規的刀口卡扣在刀片上；