高强度螺栓延迟断裂试验方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及螺栓质量控制领域，尤其涉及一种螺栓在模拟实际使用工况下的检验方法和装置。一种高强度螺栓延迟断裂试验方法，首先根据被测螺栓的服役环境对被测螺栓施加恒定的拉力F，并模拟被测螺栓的服役环境，测定服役环境下的腐蚀电流密度iS；然后改变环境容器内的介质溶液、气氛和温度进行加速试验，并再次测定腐蚀电流密度iA，计算得到加速比，利用改变后参数进行加速试验，得到抗延迟断裂性能。一种高强度螺栓延迟断裂试验装置，包括压力环和环境容器，被测螺栓设置在环境容器内，被测螺栓的两端与压力环固定相连。本发明高强能够在模拟螺栓实际服役工况条件下对螺栓抗延迟开裂性能进行评价，在加速试验介质中对螺栓实际服役寿命进行预测。
【专利说明】高强度螺栓延迟断裂试验方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及螺栓质量控制领域，尤其涉及一种螺栓在模拟实际使用工况下的检验 方法和装置。
【背景技术】
[0002] 在工业大气、海洋大气及海洋环境中使用的高强度螺栓经常面临延迟断裂的问 题，延迟断裂是指螺栓在应力作用下服役一段时间后突然发生脆性断裂的现象，相关研究 表明延迟断裂是由螺栓在服役过程中发生的腐蚀电化学反应导致内部渗氢引起的，此外螺 栓在服役过程中承受的交变载荷和材料的蠕变也是促进延迟断裂的重要因素。为了评价高 强度螺栓尤其是12. 9级以上高强度螺栓，国内外研究机构开发了一系列评价方法。
[0003] JP2007199024、JP07229819A分别介绍了将实体螺栓加载后浸入腐蚀介质中从而 对螺栓材质进行抗延迟断裂性能评价的方法，这种方法更接近螺栓实际服役状态，但是无 法精确测量螺栓实际承受应力，很可能出现过载等现象。
[0004] CN201010216414. X和CN200810049411. 4介绍了一种通过有限元方法模拟对螺栓 抗延迟开裂性能进行评价的方法，该方法通过计算拉伸载荷作用下螺纹根部的应力集中系 数K t，进而计算出应力强度因子K:，再利用断裂力学判据断裂韧性KISCC > 11*1确定出螺栓 在大气及海洋环境下安全使用的韧性指标。该方法从断裂韧性的角度出发对螺栓性能进行 评价具有一定的科学性，但该方法较为繁琐、不便于进行大批量评价试验。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种高强度螺栓延迟断裂试验方法及装置，该方法及装置 能够在模拟实际工况的试验介质中测试被测螺栓的抗延迟断裂性能，并使用加速试验方法 对螺栓实际服役寿命进行评估。
[0006] 本发明是这样实现的：一种高强度螺栓延迟断裂试验方法，首先根据被测螺栓的 服役环境对被测螺栓施加恒定的拉力F，并将被测螺栓放置在环境容器中；接着向环境容 器中加入模拟实际工况的试验介质，通入模拟气氛并调节环境容器中的温度以模拟被测螺 栓的服役环境，使用恒电位仪通过线性极化方法测定被测螺栓在服役环境下的腐蚀电流密 度i s ;然后改变环境容器内的介质溶液、气氛和温度以增加电流密度进行加速试验，并再次 用恒电位仪通过线性极化方法测定被测螺栓，得到在加速试验下的腐蚀电流密度i A ;最后 计算得到加速试验加速比RA=iA/is，利用改变后的介质溶液、气氛和温度，以拉力F对被测 螺栓进行加速试验，得到被测螺栓在服役环境下的抗延迟断裂性能。
[0007] 选定的加速腐蚀气氛和加速腐蚀温度使加速试验加速比RA为100~200。
[0008] 所述对被测螺栓施加恒定的拉力具体为将被测螺栓固定安装在压力环内，利用压 力环的弹性回复力对被测螺栓施加恒定的拉力，拉力值根据压力环的压缩载荷变形量曲线 调节压力环的压缩量得到。
[0009] -种高强度螺栓延迟断裂试验装置，包括压力环和环境容器，所述环境容器顶盖 和底板的轴心处都设置有试样孔，所述压力环套在环境容器外，被测螺栓设置在环境容器 内，被测螺栓的两端分别穿过顶盖和底板的试样孔通过加载螺母与压力环固定相连；环境 容器的顶盖上还设置有气体介质输入通道、冷却介质输入通道、气体介质输出通道，环境容 器内装有加热器和温度传感器。
[0010] 所述的环境容器为圆柱形筒体。
[0011] 本实验装置和方法对螺栓材料准确施加所需应力，能够在模拟螺栓实际服役工况 条件下对螺栓抗延迟开裂性能进行评价，并进行不同材料之间抗延迟断裂性能对比；亦可 通过电化学方法测定螺栓材料在实际服役工况环境及加速试验介质中的腐蚀电流密度、得 到加速试验加速比，利用加速试验评估被测螺栓的服役寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本发明高强度螺栓延迟断裂试验装置的结构示意图； 图2为本发明中环境容器的结构示意图； 图3为本发明实施例中压力环压缩载荷-变形量曲线。纵坐标为拉力F，横坐标为压缩 变形量Λ Η 图中：1压力环、2被测螺栓、3环境容器、4加载螺母、5气体介质输入通道、6冷却介质 输入通道、7气体介质输出通道、8加热器、9试样孔、10温度传感器。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
[0014] 一种高强度螺栓延迟断裂试验方法，首先根据被测螺栓的服役环境对被测螺栓施 加恒定的拉力F，将被测螺栓固定安装在压力环内，根据被测螺栓所需加载应力计算出压力 环需要加载的应力，根据如图3所示测力环压缩载荷-变形量曲线计算出压力环所需的压 缩变形量ΛΗ;旋紧压力环两端加载螺母，使用螺旋测微器测量压力环加载前后高度Η数 值，使得测力环压缩变形量达到所需ΛΗ;再将被测螺栓放置在环境容器中；接着向环境容 器中加入模拟实际工况的试验介质，通入模拟气氛并调节环境容器中的温度以模拟被测螺 栓的服役环境，使用恒电位仪通过线性极化方法测定被测螺栓在服役环境下的腐蚀电流密 度i s ;然后改变环境容器内的介质溶液、气氛和温度以增加电流密度进行加速试验，并再次 用恒电位仪通过线性极化方法测定被测螺栓，得到在加速试验下的腐蚀电流密度i A ;最后 计算得到加速试验加速比RA=iA/is，利用改变后的介质溶液、气氛和温度，以拉力F对被测 螺栓进行加速试验，得到被测螺栓在服役环境下的抗延迟断裂性能。
[0015] 在本发明中，通常通过选定加速腐蚀气氛和加速腐蚀温度使加速试验加速比RA 为10(Γ200，在能保证实验效率的同时，取得最佳的观测效果。
[0016] 如图1、2所示，一种高强度螺栓延迟断裂试验装置，包括压力环1和环境容器3,所 述环境容器3为圆柱形筒体，环境容器3的顶盖和底板的轴心处都设置有试样孔9,所述压 力环1套在环境容器3外，被测螺栓2设置在环境容器3内，被测螺栓2的两端分别穿过顶 盖和底板的试样孔9通过加载螺母4与压力环1固定相连；环境容器3的顶盖上还设置有 气体介质输入通道5、冷却介质输入通道6、气体介质输出通道7,环境容器3内装有加热器 8和温度传感器10。
[0017] 本发明可以进一步描述为，对被测螺栓施加恒定的拉力具体为将被测螺栓固定安 装在压力环内，利用压力环的弹性回复力对被测螺栓施加恒定的拉力，拉力值根据压力环 的压缩载荷变形量曲线调节压力环的压缩量得到；压力环1为环状由屈服强度大于900Mpa 的耐蚀材料制成，被测螺栓2设置在压力环1的轴线上，被测螺栓2的两端通过连接套和加 载螺母4或直接通过加载螺母4固定在压力环1上，因为在压力环1的正常工作范围内，压 力环1产生的载荷与压力环1的压缩变形量呈线性关系，所以通过对压力环1进行测试，可 得到如图3所示的压力环压缩载荷-变形量曲线；施加应力时首先根据被测螺栓尺寸和所 需加载应力计算出压力环需要对被测螺栓施加的力值；然后根据如图3所示压力环压缩载 荷-变形量曲线计算出压力环所需压缩变形量△ Η ;然后旋紧压力环两端的加载螺母，使用 螺旋测微器测量压力环加载前后高度数值，使得压力环压缩变形量达到所需Λ Η。 实施例
[0018] 上述设备的实施案例可如下表所示：
【权利要求】
1. 一种高强度螺栓延迟断裂试验方法，其特征是：首先根据被测螺栓的服役环境对被 测螺栓施加恒定的拉力F，并将被测螺栓放置在环境容器中；接着向环境容器中加入模拟 实际工况的试验介质，通入模拟气氛并调节环境容器中的温度以模拟被测螺栓的服役环 境，使用恒电位仪通过线性极化方法测定被测螺栓在服役环境下的腐蚀电流密度i s ;然后 改变环境容器内的介质溶液、气氛和温度以增加电流密度进行加速试验，并再次用恒电位 仪通过线性极化方法测定被测螺栓，得到在加速试验下的腐蚀电流密度i A ;最后计算得到 加速试验加速比RA=iA/is，利用改变后的介质溶液、气氛和温度，以拉力F对被测螺栓进行 加速试验，得到被测螺栓在服役环境下的抗延迟断裂性能。
2. 如权利要求1所述的高强度螺栓延迟断裂试验方法，其特征是：选定的加速腐蚀气 氛和加速腐蚀温度使加速试验加速比RA为10(Γ200。
3. 如权利要求1所述的高强度螺栓延迟断裂试验方法，其特征是：所述对被测螺栓施 加恒定的拉力具体为将被测螺栓固定安装在压力环内，利用压力环的弹性回复力对被测螺 栓施加恒定的拉力，拉力值根据压力环的压缩载荷变形量曲线调节压力环的压缩量得到。
4. 一种高强度螺栓延迟断裂试验装置，其特征是：包括压力环（1)和环境容器（3)，所 述环境容器（3)顶盖和底板的轴心处都设置有试样孔（9)，所述压力环（1)套在环境容器 ⑶外，被测螺栓⑵设置在环境容器⑶内，被测螺栓⑵的两端分别穿过顶盖和底板的 试样孔（9)通过加载螺母（4)与压力环（1)固定相连；环境容器（3)的顶盖上还设置有气 体介质输入通道（5)、冷却介质输入通道（6)、气体介质输出通道（7)，环境容器（3)内装有 加热器⑶和温度传感器（10)。
5. 如权利要求4所述的高强度螺栓延迟断裂试验装置，其特征是：所述的环境容器（3) 为圆柱形筒体。
【文档编号】G01N3/08GK104251798SQ201310259349
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月26日 优先权日:2013年6月26日
【发明者】杨建强, 张弛, 蔡海燕, 赵社平 申请人:宝山钢铁股份有限公司