失效断口表面的自动清洗器的制作方法

本发明涉及失效断口分析领域，具体涉及失效断口的预处理，更具体，涉及一种失效断口表面清洗装置。

背景技术：

失效断口的断口是一对相互匹配的断裂面，断裂面一般发生在金属组织中最薄弱的地方，记录着有关断裂过程的各类有用信息，如：环境因素以及裂纹的生核和扩展对断裂过程的影响等。根据疲劳试样断口裂纹源的确认，可以有效的分析疲劳试样的失效原因；具体的，通过对断口的形态分析，可以研究断裂起因、断裂性质、断裂方式、断裂机制、断裂韧性、断裂过程的应力状态以及裂纹扩展速率等。为了更深入地研究环境因素和材料的冶金因素对断裂过程的影响，需要进一步对断口表面进行微区成分分析、主体分析、结晶学分析以及断口的应力与应变分析等，进而获取试样的断裂原因。因此，断口分析是对工程材料和结构进行失效分析的重要手段。

失效断口分析前，断口表面常常因各种原因出现油污层、锈蚀层或氧化层等污染层，如：(1)因为失效现场的客观原因，或者在取得失效断口后未能及时采取相应的保护措施，断口表面产生油污层；(2)断口表面在潮湿空气中暴露时间比较长，断口的表面产生锈蚀层；(3)断口表面在高温环境中暴露时间长，断口的表面有氧化层。

失效断口分析中，不去掉污染层将影响后续失效分析的观察和分析。现有技术中，有多种方法可以去掉污染层，如下所示：

(1)专利号为cn200810227772.3的中国发明专利公开了一种锈蚀断口清理方法，锈蚀断口清理方法公开了以下技术内容：采用醋酸纤维脂丙酮乳胶状液体涂敷于断口表面，待乳胶状液体自然干化后，将由软胶状液体干化形成的薄膜揭起，反复进行几次，对清除断口表面机械附着物有很好的效果。但实际使用中，由于采用的醋酸纤维脂丙酮的清理液流动性差，无法有效地渗入锈蚀断口表面疏松状物质细小微孔中，在去掉与断口表面结合不牢的污染物后，就很难再更进一步清洗断口表面。

(2)工作人员可以通过具有腐蚀性的化学试剂清洗污染层，当污染层为锈蚀层时，采用化学试剂清洗的效果较好，清洗的较为干净。但通过腐蚀性的化学试剂清洗也极其容易破坏断口，损伤断口。

(3)对于与断口表面结合较牢的污染物，最常规的方法是在浸泡后，使用相关的有机溶剂清洗，如汽油、丙酮、酒精、二氯甲烷、三氯乙烷、石油醚及苯等，同时配合软毛刷进行刷洗，最后用超声波清洗机进行超声清理。

当需要用软毛刷刷洗失效断口时，通常需将待洗断口放于通风橱内，清洗人员带上防护口罩和手套，一手倾倒有机溶剂，一手使用软毛刷进行反复刷洗。上述有机溶剂中，多是易挥发且对人体有害的溶剂，如有较好清洗效果的丙酮，溶剂本身易挥发且挥发后对人的口腔，眼睛，皮肤都有损害。

据了解，工作人员吸入浓度在500ppm以下的丙酮无影响；吸入浓度在500～1000ppm之间的丙酮会刺激鼻、喉；吸入浓度达到1000ppm时的丙酮可致头痛并有头晕出现；吸收浓度在2000～10000ppm时的丙酮可产生头晕、醉感、倦睡、恶心和呕吐；吸收更高浓度的丙酮会导致失去知觉、昏迷和死亡。除此外，丙酮浓度在500ppm时会刺激眼睛，丙酮浓度在1000ppm时眼睛会有轻度、暂时性刺激；皮肤接触任意浓度的丙酮会导致干燥、红肿和皲裂。

对于断口上附着力强的污染物，短时间内无法有效去除，工作人员需长时间在污染环境下刷洗失效断口，这对工作人员的健康有很大影响。

(4)申请号为cn201711108386.8的中国发明专利公开了一种复合清洗方法和装置，复合清洗方法和装置公开了以下内容：复合清洗装置包括激光发生器、超声波发生装置、统一移动平台，激光器与超声波发生装置固定在统一移动平台，超声波发生器上端开口；清洗时，将工件放入超声波发生器中，并加入清洗液，调整激光器与工件的位置后开始清洗。利用超声清洗和激光清洗的复合清洗方法解决了现有工件清洗方法和装置清洗效率低的问题。然而复合清洗方法和装置中，每个激光脉冲只能去除一定厚度的污染层。如果污染层比较厚，则需要多个脉冲进行清洗，使用激光清洗对工件表面清洗有较好的作用，但无法适用于凹凸不平且污染层厚度不一致的断口表面。

技术实现要素：

为了解决现有技术中通过醋酸纤维脂丙酮清洗无法有效清洗断口微孔内结合较牢污染物，通过化学试剂清洗容易损坏断口，通过人工刷洗和溶剂清洗结合时极易影响工作人员健康，通过超声清洗和激光清洗无法适用于凹凸不平且污染层厚度不一致的断口表面的问题，本发明提供一种失效断口表面的自动清洗装置。

本发明提供的失效断口表面的自动清洗器，包括密封壳和收容在密封壳内的机架，该机架包括上支撑板和下支撑板。该密封壳用于实现自动清洗器的密封，防止清洗过程中清洗液挥发迸溅；该上支撑板和下支撑板用于安装各部件。

其中，密封壳内安装有伸缩装置、试样固定装置、刷洗装置、运动装置和清洗液喷洗装置。该伸缩装置的下端固定在下支撑板上，伸缩装置的伸缩杆向上支撑板方向延伸。上述的试样固定装置安装在伸缩杆的上端，该试样固定装置包括试样台，试样台用于固定失效断口。

上述的刷洗装置安装在上支撑板的下端面处，该刷洗装置包括毛刷，毛刷设置为面向试样台。试样固定装置和刷洗装置至少有一个连接有运动装置，该运动装置用于使毛刷和试样台上的失效断口相对运动，完成刷洗工作。该机架上还设置有清洗液喷洗装置，该清洗液喷洗装置用于向失效断口喷洒清洗液。

优选的，上述试样固定装置还包括支撑台，在支撑台的中部设置通孔；试样台旋转安装在支撑台上。上述运动装置包括旋转电机，该旋转电机安装在支撑台的下端面，旋转电机的转轴经支撑台的通孔从支撑台下部伸向支撑台上部；试样台固定在旋转电机的转轴上。上述支撑台的设置，能够用于安装旋转电机，用于安装试样台；旋转电机驱动试样台旋转，使试样台上的失效断口转动，此时失效断口和毛刷相对运动，完成刷洗工作。

再优选的，上述支撑台和试样台之间还设置有轴承，轴承支撑试样台，试样台在支撑台上能够进行旋转运动。上述试样台上设置有试样夹持器，该夹持器可以是四爪卡盘，试样夹持器的中心位于偏离试样台中心的位置。所述轴承起到支撑作用，并使试样台相对于支撑台旋转；试样夹持器的中心偏离试样台中心，当试样台旋转时，试样夹持器上的失效断口沿环形路径转动，上述运动与沿中轴线旋转相比，能够增大失效断口的活动自由度，提升刷洗效果。

再优选的，上述支撑台的外周设置有清洗液围挡，该支撑台还设置有清洗液收集孔，清洗液收集孔通过管道连接有清洗液收集箱，当清洗液从试样台掉落至支撑台后，清洗液围挡防止清洗液迸溅或流到其它位置，支撑台上的清洗液收集孔对清洗液进行收集。

优选的，上述刷洗装置包括毛刷支撑架，毛刷支撑架的一端通过铰链连接有连接杆，连接杆的另一端与毛刷左侧通过铰链相连接。上述运动装置还包括设置在毛刷支撑架上的平移组件，该平移组件与毛刷的右侧相连接。该平移组件的平移运动，能够使毛刷做往复运动，实现毛刷对失效断口的刷洗，同时，由于毛刷的两侧均通过铰链与毛刷支撑架相连接，毛刷的往复运动中还会上下摆动，能够增大毛刷的活动自由度，提升刷洗效果。

再优选的，上述平移组件包括曲柄滑块机构，该曲柄滑块机构包括偏心轮和滑动块，上述偏心轮连接有驱动电机，上述滑动块与毛刷的右侧相连接。所述曲柄滑块机构的设置，能够实现滑动块的平移运动，进而推动毛刷做往复运动。

再优选的，刷洗装置还包括第一弹簧，上述滑动块与毛刷的右侧通过第一弹簧相连接。该滑动块使用第一弹簧与毛刷连接，该连接是弹性连接，可以让毛刷在上下方向上根据断面的凹凸程度自行改变刷洗角度，进而提升凹凸不平的端面的刷洗效果。

再优选的，上述伸缩装置还连接有控制器，所述控制器还连接有激光传感器，激光传感器安装在平移组件上。当平移移动组件驱动毛刷运动时，激光传感器检测到平移组件中部分部件运动，激光传感器向控制器发出检测到的移动信号，然后控制器控制伸缩装置运动，使伸缩装置向上或向下运动，实现伸缩装置和平移组件的配合。

优选的，上述清洗液喷洗装置包括清洗液泵和清洗液箱，该清洗液泵的进液口连接清洗液箱，该清洗液泵的出液口面向所述毛刷和所述失效断口。所述清洗液喷洗装置通过清洗液泵向毛刷和失效断口喷洒清洗液，实现失效断口的喷洗工作。

再优选的，上述毛刷包括基板和刷毛，该基板内设置有空腔，刷毛所在的基板下端面上设置有连通空腔的喷液口，该喷液口面向失效断口；上述清洗液泵的出液口与空腔相连通。

本发明提供的失效断口表面的自动清洗器，与失效断口的现有清洗技术相比，具有以下有益效果：

上述失效断口表面的自动清洗器，通过密封壳完成自动清洗器内部部件的密封，失效断口的清洗工作在密封壳内完成，能够防止清洗液迸溅或挥发，防止有毒的清洗液对工作人员造成伤害。其中，试样固定装置能够实现失效断口的固定；机架上安装的伸缩装置能够实现试样固定装置的上下移动，进而调整失效断口的高度；刷洗装置用于安装毛刷；运动装置实现毛刷和试样台上的失效断口的相对运动，进而使毛刷刷洗失效断口；清洗液喷洗装置用于向失效断口喷洒清洗液，实现失效断口的喷洗。通过上述各装置实现失效断口的刷洗和喷洗，刷洗和喷洗共同完成清洗工作，清洗效率高，清洗效果好，无需工作人员直接操作，降低了劳动强度；同时也避免极易挥发、迸溅的清洗液对工作人员眼睛、皮肤及呼吸器官的伤害。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1是基于本发明的自动清洗装置的部分侧视图。

图2是基于本发明的自动清洗装置的立体结构示意图。

图3是基于本发明的不带有围挡的自动清洗装置的立体结构示意图。

图4是基于本发明的不带有围挡的自动清洗装置的部分侧视图。

图5是图4中的a部放大图。

图6是图4中的b部放大图。

图7是图4中的c部放大图。

图8是毛刷的侧视图。

1上支撑板；2下支撑板；3伸缩装置；31伸缩杆；41旋转电机；401控制器；42支撑台；43试样台；431四爪卡盘；51清洗液围挡；52管道；53清洗液收集箱；61基板；62刷毛；63入液口；7毛刷支撑架；71连接杆；72第一弹簧；701偏心轮；702滑动块；703第二弹簧；704连杆。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1至图8从不同角度示出了根据本发明的自动清洗器的各结构。

本发明提供的失效断口表面的自动清洗器，包括密封壳和收容在密封壳内的机架；该密封壳用于实现自动清洗器的密封，防止清洗过程中清洗液挥发迸溅。如图1至图4所示，该机架包括上支撑板1和下支撑板2，该上支撑板1和下支撑板2用于安装各部件。

其中，密封壳内安装有伸缩装置3、试样固定装置、刷洗装置、运动装置和清洗液喷洗装置，上述伸缩装置3、试样固定装置、刷洗装置、运动装置和清洗液喷洗装置配合完成失效断口的刷洗和喷洗。

如图1至图4所示，上述伸缩装置3的下端固定在下支撑板2上，伸缩装置3的伸缩杆31向上支撑板1方向延伸，伸缩装置3用于固定试样固定装置。具体的，该伸缩装置3可以是至少三个液压器或伸缩电机，液压器或伸缩电机数量优选为四个，各液压器或伸缩电机与试样固定装置之间通过铰链相连接。当需要调整试样固定装置高度时，可通过液压器或伸缩电机上伸缩杆31的伸缩来实现；当需要调整试样固定装置的倾斜角度时，也可通过各液压器或伸缩电机上伸缩杆31不同程度的伸缩来实现。通过上述伸缩装置3，可调节失效断口的高度和倾斜角度。

如图1至图4所示，上述的试样固定装置安装在伸缩杆31的上端。如图3和图4所示，该试样固定装置包括试样台43，试样台43用于固定失效断口。具体的，为了便于安装下述的旋转电机41，以及为了收集下述的清洗液，试样固定装置还应包括支撑台42，支撑台42的中部设置有通孔；在支撑台42上设置有轴承，试样台43安装在轴承上，使试样台43能够在支撑台42上旋转运动。

具体的，如图1和图2所示，支撑台42的外周设置有清洗液围挡51，该支撑台42还设置有清洗液收集孔，清洗液收集孔通过管道52连接有清洗液收集箱53，当清洗液从试样台43掉落至支撑台42后，支撑台42上的清洗液收集孔对清洗液进行收集。

如图1至图4所示，上述的刷洗装置安装在上支撑板1的下端面处，该刷洗装置包括毛刷，毛刷设置为面向试样台43，便于刷洗试样台43上的失效断口。试样固定装置和刷洗装置至少有一个连接有运动装置，该运动装置用于使毛刷和试样台43上的失效断口相对运动，完成刷洗工作。

具体的，如图3和图4所示，上述运动装置可以是旋转电机41，上述旋转电机41安装在支撑台42的下端面，旋转电机41的转轴经支撑台42的通孔从支撑台42下部伸向支撑台42上部；试样台43固定在旋转电机41的转轴上。上述支撑台42的设置，用于安装旋转电机41，用于安装试样台43；旋转电机41驱动试样台43旋转，使试样台43上的失效断口转动，此时失效断口和毛刷相对运动，完成刷洗工作。

更具体的，如图3、图4和图6所示，上述试样台43上设置有试样夹持器，该夹持器可以是四爪卡盘431，试样夹持器的中心位于偏离试样台43中心的位置，此处，试样台43中心应理解为试样台43的旋转中心。试样夹持器偏离试样台43中心，当旋转电机41驱动试样台43旋转时，试样夹持器上的失效断口沿环形路径转动，上述运动与沿中轴线旋转相比，能够增大失效断口的活动自由度，提升刷洗效果。

具体的，如图1至图4所示，上述刷洗装置包括毛刷支撑架7，毛刷支撑架7的一端通过铰链连接有连接杆71，连接杆71的另一端与毛刷左侧通过铰链相连接。上述运动装置还包括设置在毛刷支撑架7上的平移组件，该平移组件与毛刷的右侧相连接。该平移组件的平移运动，能够使毛刷做往复运动，实现毛刷对失效断口的刷洗。常规制造中，该连接杆71用硬性杆制成，毛刷的移动路径确定可控；为了增加毛刷运动的自由度，该连接杆71还可以是由弹性件制成，该弹性件可以是杆、弹簧和杆依次连接的方式制成，也可以是由单独的弹簧制成。

更具体的，如图1至5所示，上述平移组件包括曲柄滑块机构，该曲柄滑块机构包括偏心轮701和滑动块702，偏心轮和滑动块之间通过连杆704相连接，共同组成曲柄滑块机构。上述偏心轮701连接有驱动电机，上述滑动块702与毛刷的右侧相连接。所述曲柄滑块机构的设置，能够实现滑动块702的平移运动，进而推动毛刷做往复运动。

再一次具体的，如图1至图4所示，上述滑动块702和毛刷之间设置有第一弹簧72，上述滑动块702与毛刷的右侧通过第一弹簧72相连接。该滑动块702使用第一弹簧72与毛刷连接，该连接是弹性连接，可以让毛刷在上下方向上根据断面的凹凸程度自行改变刷洗角度，进而提升凹凸不平的端面的刷洗效果；其中，上述的通过第一弹簧72连接，该第一弹簧72可以是上端杆、弹簧和下端杆依次连接的结构。

再一次具体的，如图1至图4所示，为了便于毛刷回复位置，上述的滑动块702可以连接有第二弹簧703，第二弹簧703作为回位弹簧使用，当滑动块702不受曲柄滑块的作用力时，第二弹簧703可以推动滑动块702回复原有位置，进而使毛刷回复原有位置。

更具体，如图1、图2、图3、图4和图7所示，上述伸缩装置3还可以连接有控制器401，该控制器401还连接有激光传感器，激光传感器安装在平移组件上，用于检测平移组件的运动。当平移移动组件驱动毛刷运动时，激光传感器检测到平移组件中部分部件运动，激光传感器向控制器401发出检测到的移动信号，然后控制器401控制伸缩装置运动，使伸缩装置向上或向下运动，实现伸缩装置和平移组件的配合。当然，该控制器401还可以直接连接平移组件，控制平移组件的动作。

上述的清洗液喷洗装置安装在机架上，该清洗液喷洗装置用于向失效断口喷洒清洗液。该清洗液喷洗装置包括清洗液泵和清洗液箱，清洗液泵的进液口连接制清洗液箱，清洗液泵的出液口面向毛刷和失效断口，便于向刷洗中的失效断口喷清洗液。

具体的，如图8所示，该毛刷包括基板61和刷毛62，该基板61上设置有空腔，刷毛62所在的基板61下端面上设置有连通空腔的喷液口，基板的上端面还设置有连通空腔的入液口63；其中清洗液泵的出液口与基板上的入液口63相连通。

上述失效断口表面的自动清洗器，清洗液的清洗和毛刷的刷洗均在密封壳内完成，能够防止清洗液迸溅或挥发，防止有毒的清洗液对工作人员造成伤害。其中，通过试样固定装置实现失效断口的固定，然后通过伸缩装置3将带有失效断口的试样固定装置移动至适合高度，使失效断口与毛刷接触。

上述运动装置为旋转电机41和驱动电机，实现毛刷和试样台43上的失效断口的相对运动，进而使毛刷刷洗失效断口。通过伸缩装置3、旋转电机41和驱动电机的配合，能够增大毛刷和失效断口之间的自由度，能够根据需要，以多种角度，多种模式配合刷洗失效断口。如根据需要，通过旋转电机41使失效断口位于指定位置，通过毛刷的运动刷洗失效断口，此时，还可通过伸缩装置3调整失效断口的倾斜角度；或则毛刷不同，旋转电机41带动失效断口转动实现刷洗工作；再或则旋转电机41和驱动电机共同工作实现刷洗工作等。通过不同的模式实现失效断口的刷洗工作，工作人员能够根据需要任意选择合适的方式刷洗失效断口，增大刷洗工作的灵活性。

上述失效断口表面的自动清洗器，通过各装置实现失效断口的刷洗和喷洗，清洗效率高，清洗效果好，无需工作人员直接操作，降低了劳动强度，同时也避免极易挥发、迸溅的清洗液对工作人员眼睛、皮肤及呼吸器官的伤害。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述方案，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。