一种焊接接头腐蚀疲劳性能测试装置的制作方法

本实用新型属于材料腐蚀疲劳测试装置领域，具体涉及一种焊接接头腐蚀疲劳性能测试装置。

背景技术：

钢结构由于其自重轻、施工周期短、易于拆换和材料可回收等优点，被广泛用于桥梁建设，常用的连接方式为焊接；桥梁焊接接头受力复杂，服役环境具有不同程度的腐蚀性，随着各跨海大桥的修建，桥梁的服役环境更加恶劣，焊接接头的腐蚀疲劳问题亟待解决；目前国内对腐蚀疲劳的研究多停留在材料本身，对焊接接头腐蚀疲劳的研究较少，试验方法和试验装置有限；尤其是对焊接接头裂纹萌生和裂纹扩展速率的研究缺少试验装置。

技术实现要素：

本实用新型提供一种可以模拟现场腐蚀环境与交变应力双重作用的实际工况的焊接接头腐蚀疲劳性能测试装置。

本实用新型采用的技术方案是：一种焊接接头腐蚀疲劳性能测试装置，被测试件穿过密闭透明的测试箱，其两端设置在拉压疲劳试验机上；被测试件表面设置有声发射探头；声发射探头同时连接声发射装置和声发射采集装置，声发射采集装置连接控制装置；测试箱对应位置设置有用于记录被测试件表面形态的表面形态记录装置，表面形态记录装置连接控制装置；还设置有腐蚀液恒温循环装置，腐蚀液恒温循环装置包括密闭的蓄水槽、用于控制蓄水槽内溶液温度的温度控制装置和用于控制蓄水槽内溶液水位的水位控制装置；蓄水槽通过设置在其液面之下的第一水泵连接进水管一端，进水管另一端连通测试箱上部；测试箱下部通过出水管连通蓄水槽；控制装置还连接设置在蓄水槽内液面之下的pH测试仪。

进一步的，所述测试箱下方紧贴其下表面设置有橡胶层；橡胶层下部紧贴其下表面设置有圆形结构底盘；底盘外延向上延伸形成筒状结构。

进一步的，所述底盘底部设有漏液出口，漏液出口通过漏液回收管连接回收槽。

进一步的，所述温度控制装置包括设置在蓄水槽内壁的加热带；加热带连接温控仪；温控仪还连接用于测试蓄水槽内液体温度的温度传感器。

进一步的，所述水位控制装置包括与蓄水槽上部连通的补给槽和用于检测蓄水槽内液面水位的水位传感器；补给槽内液面之下设置有第二水泵，第二水泵通过水管连接设置蓄水槽上部的蓄水槽进水口；第二水泵和水位传感器均连接水位控制器。

进一步的，所述表面形态记录装置包括相对设置的第一摄像头和第二摄像头。

进一步的，所述蓄水槽连接通气装置。

进一步的，所述进水管和出水管外包裹有保温玻璃棉。

进一步的，所述进水管上设有第一水流控制器；出水管上设有第二水流控制器。

进一步的，所述第一摄像头和第二摄像头均通过支架固定。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型能够模拟现场腐蚀环境与交变应力双重作用的实际工况，用于测试、评价和优选焊缝腐蚀疲劳性能；

（2）本实用新型在测试箱底部设置底盘，并且底盘上设置有漏液出口，可保证腐蚀液不会危害到加载设备；

（3）本实用新型设置有腐蚀液恒温循环装置，可避免传统加热方式不均匀造成的实验结果不准确；

（4）本实用新型设置通气装置保证了腐蚀液中的气体含量始终处于保护状态，更加真实地与实际构件的腐蚀疲劳进行对应；

（5）本实用新型设置pH测试仪对腐蚀液的pH值实时记录，便于后续分析腐蚀疲劳进程；

（6）本实用新型设置水位控制装置，保证腐蚀液的浓度不会因为水分蒸发而改变腐蚀液浓度。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型中表面形态记录装置安装示意图。

图3为本实用新型中测试箱各插孔位置分布示意图。

图4为本实用新型中橡胶层各插孔位置分布示意图。

图5为本实用新型中底盘各插孔位置分布示意图。

图6为本实用新型中蓄水槽各插孔位置分布示意图。

图中：1-拉压疲劳试验机，2-被测试件，3-控制装置，4-测试箱，5-进水口，6-出水口，7-第一水流控制器，8-第二水流控制器，9-蓄水槽，10-底盘第二螺栓插孔，11-气体流量控制器，12-橡胶层，13-底盘，14-加热带，15-温度传感器，16-温控仪，17-第一摄像头，18-第二摄像头，19-第一螺栓，20-第二螺栓，21-测试箱第一螺栓插孔，22-测试箱第二螺栓插孔，23-测试箱时间插孔，24-腐蚀液，25-橡胶层试件插孔，26-底盘试件插孔，27-进水管，28-出水管，29-橡胶层第一螺栓插孔，30-橡胶层第二螺栓插孔，31-底盘第一螺栓插孔，32-进水管插孔，33-出水管插孔，34-温度传感器插孔，35-声发射装置，36-声发射收集装置，37-声发射探头，38-第一水泵，39-第二水泵，40-补给槽，41-蓄水槽进水口，42-水位传感器，43-水位控制器，44-漏液出口，45-漏液回收管，46-回收槽，47-pH测试仪，48-水位传感器插孔，49-通气装置插孔，50-通气装置。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1-6所示，一种焊接接头腐蚀疲劳性能测试装置，被测试件2穿过密闭透明的测试箱4，其两端设置在拉压疲劳试验机1上；被测试件2表面设置有声发射探头37；声发射探头37同时连接声发射装置35和声发射采集装置36，声发射采集装置36连接控制装置3；测试箱4对应位置设置有用于记录被测试件2表面形态的表面形态记录装置，表面形态记录装置连接控制装置3；还设置有腐蚀液恒温循环装置，腐蚀液恒温循环装置包括密闭的蓄水槽9、用于控制蓄水槽9内溶液温度的温度控制装置和用于控制蓄水槽9内溶液水位的水位控制装置；蓄水槽9通过设置在其液面之下的第一水泵38连接进水管27一端，进水管27另一端连通测试箱4上部；测试箱4下部通过出水管28连通蓄水槽9；控制装置3还连接设置在蓄水槽9内液面之下的pH测试仪47。

进一步的，所述测试箱4下方紧贴其下表面设置有橡胶层12；橡胶层12下部紧贴其下表面设置有圆形结构底盘13；底盘13外延向上延伸形成筒状结构。

进一步的，所述底盘13底部设有漏液出口44，漏液出口44通过漏液回收管45连接回收槽46。

进一步的，所述温度控制装置包括设置在蓄水槽9内壁的加热带14；加热带14连接温控仪16；温控仪16还连接用于测试蓄水槽9内液体温度的温度传感器15。

进一步的，所述水位控制装置包括与蓄水槽9上部连通的补给槽40和用于检测蓄水槽9内液面水位的水位传感器42；补给槽40内液面之下设置有第二水泵39，第二水泵39通过水管连接设置蓄水槽9上部的蓄水槽进水口41；第二水泵39和水位传感器42均连接水位控制器43；可保证蓄水槽9水位不发生变化，以确保腐蚀液的浓度不会因水分蒸发而发生变化。

进一步的，所述表面形态记录装置包括相对设置的第一摄像头17和第二摄像头18。

进一步的，所述蓄水槽9连接通气装置50，通气装置50调节蓄水槽9内空气的进出。

进一步的，所述进水管27和出水管28外包裹有保温玻璃棉，保证管道中腐蚀液的温度。

进一步的，所述进水管27上设有第一水流控制器7；出水管28上设有第二水流控制器8；能够根据需要调节腐蚀液的流动速度。

进一步的，所述第一摄像头17和第二摄像头18均通过支架固定，能够全面的拍摄到被测试件2在试验过程中的变化。

使用时，将被测试件2用AB胶固定在底盘13上，再一次穿过橡胶层试件插孔25和测试箱试件插孔23，利用硅橡胶固定在测试箱4内；被测试件2的中心与测试箱4的中心重合，其两端以同等长度夹在拉压疲劳试验机1上；被测试件2为板状试件，整个试验过程中始终与测试箱4内的腐蚀液24相接触；测试箱4为圆柱体密闭式结构，由透明聚碳酸酯材料制作而成，方便表面形态记录装置记录在试验过程中被测试件2的变化；腐蚀液恒温循环装置的温度范围控制在0℃～140℃；声发射装置35通过声发射探头37对被测试件2表面发射弹性波信号，用于探测被测试件2在应力作用下的变形与裂纹扩展；声发射装置35与声发射采集装置35连接，声发射采集装置36连接控制装置3；第一摄像头17和第二摄像头18通过支架设置在测试箱4两侧，并且第一摄像头17和第二摄像头18的连线垂直于被测试件2。

控制装置3用于存储声发射装置35、表面形态记录装置和pH测试仪47采集的数据，便于后续对材料的腐蚀和受力情况进行分析，采用普通的PC即可实现其功能。

腐蚀液恒温循环装置包括密闭的蓄水槽9、用于控制蓄水槽9内溶液温度的温度控制装置和用于控制蓄水槽9内溶液水位的水位控制装置；温度控制装置包括设置在蓄水槽9内壁的加热带14；加热带14连接温控仪16；温控仪16还连接用于测试蓄水槽9内液体温度的温度传感器15；水位控制装置包括与蓄水槽9上部连通的补给槽40和用于检测蓄水槽9内液面水位的水位传感器42；补给槽40内液面之下设置有第二水泵39，第二水泵39通过水管连接设置蓄水槽9上部的蓄水槽进水口41；第二水泵39和水位传感器42均连接水位控制器43；加热带14紧密缠绕在蓄水槽9壁上，使用铝箔胶带粘结固定；通气装置50通过控制蓄水槽9内空气的进出，保证腐蚀液中气体浓度饱和；进水管27一端套在进水口5外，另一端穿过第一水流控制器7与蓄水槽9内的第一水泵38连接；出水管28一端套在出水口6外，另一端穿过第二水流控制器8插入蓄水槽9内；蓄水槽9内的腐蚀液通过进水管27进入测试箱4内，腐蚀液通过出水管28流回蓄水槽9；由此可保证整个试验过程中腐蚀液始终处于循环流动状态；第一水流控制器7和第二水流控制器8控制水流速度，保证进出水速率一致，保持测试箱4内液面高度不变；底盘13外延向上延伸形成筒状结构，底盘13的沿高为2cm，并且其底部设有漏液出口44；当橡胶层12漏水，腐蚀液能通过漏液出口44进入回收槽46内，避免腐蚀液危害加载设备，并且在出现危险时能够有足够的停机时间。

底盘13、橡胶层12和测试箱4底部通过第一螺栓19和第二螺栓20连接；相应的底盘13上设有底盘第一螺栓插孔31和底盘第二螺栓插孔10；并且被测试件2也穿过底盘13，相应底盘13上相应设置底盘试件插孔26；对应橡胶层12上也设置有橡胶层第一螺栓插孔29、橡胶层第二螺栓插孔30和橡胶层试件插孔25；测试箱4期底部也设置有测试箱第一螺栓插孔21、测试箱第二螺栓插孔22和测试箱试件插孔23；且底盘13、橡胶层12和测试箱4上插孔相对应，并且其三者中心均处于同一轴线上；底盘第一螺栓插孔31、橡胶层第一螺栓插孔29和测试箱第一螺栓插孔21截面均为圆形，且半径大小相等，圆心位于同一轴线上；底盘第二螺栓插孔10、橡胶层第二螺栓插孔30和测试箱第二螺栓插孔22其截面均为圆形，半径大小相等且圆心位于同一轴线上；底盘试件插孔26、橡胶层试件插孔25和测试箱试件插孔23的截面均为矩形，尺寸大小一致，三者的中心位于测试箱4中心轴线上；蓄水槽9设置有盖子进行密闭，蓄水槽盖上设有进水管插孔32、出水管插孔33、温度传感器插孔34、通气装置插孔49和水位传感器插孔48。

使用时，其具体操作过程如下：

（1）加工被测试件2，用酒精清洗并吹干后，用AB胶将其固定于底盘13上，加入一定量自来水，确保底盘13不漏水，并确保出水口6能顺利将水送出；

（2）将被测试件2依次穿过橡胶层12和测试箱4，并用硅橡胶和螺栓进行固定，向测试箱4中加入一定量自来水，确保测试箱4不漏水；

（3）将被测试件2两端夹在拉压疲劳试验机1上，将第一摄像头17和第二摄像头18用支架固定在测试箱4两侧，将声发射探头37粘在被测试件2位于测试箱4外部的表面上，并连接声发射采集装置36；

（4）将配制好的腐蚀液灌入蓄水槽9中，将加热带14紧密缠绕于蓄水槽9壁上，将温度传感器15插入腐蚀液中，启动温控仪16将腐蚀液的温度控制在预设温度范围内；

（5）将蒸馏水灌入补给槽40内，将水位传感器42插入蓄水槽9内，将蓄水槽进水口41通过水管连接第二水泵39，并将第二水泵39开关与水位控制器43连接，打开水位控制器43设置参数；

（6）依次打开第一水流控制器7和第二水泵38，通过进水口5向测试箱4中注入腐蚀液至设计水位线，然后第二水流控制器8，使腐蚀液处于循环流动状态，打开通气装置50；

（7）启动表面形态记录装置对被测试件2表面进行观察记录，启动声发射装置对被测试件2表面发射弹性波信号，然后启动拉压疲劳试验机1对被测试件2的腐蚀疲劳性能进行测试；

（8）当被测试件2出现较大裂缝，拉压疲劳试验机1频率发生较大变化，自动停止加载；试验停止，关闭第一水流控制器7，待腐蚀液24全部流回蓄水槽9时取出被测试件2，进行清洗和干燥处理；

（9）采用不同的被测试件2重复上述（1）-（8）步骤进行试验；

（10）通过对比各组试验，对被测试件2的腐蚀疲劳性能进行评价。

材料腐蚀疲劳具有强烈的温度效应，试验过程中腐蚀液的温度变化将对结果产生直接的影响；其中pH值是影响腐蚀疲劳过程的重要参数，其变化将间接反映腐蚀疲劳进程；本实用新型装置不仅能够保证试验过程中腐蚀液的温度保持恒定不变，并且能够对腐蚀液的温度和浓度进行监控，并实时记录反应后腐蚀液的pH值；本实用新型装置针对现有焊缝腐蚀破坏评价技术的不足，提供能够模拟现场腐蚀环境与交变应力双重作用的实际工况，用于测试、评价和优选焊缝腐蚀疲劳性能的装置；经实际使用，本实用新型装置能够通过表面形态记录装置准确反映试验过程中材料腐蚀疲劳的变化过程，对声发射收集装置36和pH测试仪收集到的信号进行分析，进一步了解试验过程中其他因素对试验的影响。