一种腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统的制作方法
【专利摘要】一种腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统，它由疲劳试验机、介质盒、溶液循环泵、过滤器、流量控制阀、溶液箱、夹具、裂纹观测系统和试样组成；试样安装在夹具上，夹具和疲劳试验机连接；介质盒套在试样上，使溶液液面高过试样考察部位，溶液循环泵将经过滤器过滤过的腐蚀溶液从溶液箱中输送到介质盒中，介质盒中的溶液经流量控制阀控制流速后流回溶液箱中；裂纹观测系统通过显微镜由计算机记录裂纹扩展情况。本发明构思科学，结构简单、操作方便，用于腐蚀环境下疲劳裂纹扩展性能试验测试，测试结果对于腐蚀环境下材料与结构损伤容限评定具有重要的工程应用价值。
【专利说明】一种腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统，属于试验测试【技术领域】。
【背景技术】
[0002]工程材料与结构在使用过程中，都承受着交变载荷，会发生疲劳破坏，为保障其安全性，需要测试其疲劳性能，经多年技术发展，业已形成完善的疲劳性能测试标准；工程材料与结构也常常在腐蚀环境下服役使用，如在沿海或海上环境服役的飞机、船舶等长时间受到海水和盐雾的腐蚀，因此，必须测定其腐蚀疲劳裂纹扩展性能，用于评估其腐蚀疲劳裂纹扩展寿命。目前国内外对裂纹扩展性能测试，主要通过放大镜划线靠人工观测和记录，精度低而难以用于腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展性能测试，也就是说，目前尚缺乏有效的腐蚀环境下裂纹扩展性能试验测试系统。为此，本发明将常规疲劳试验机、介质盒、溶液循环泵、过滤器、流量控制阀、溶液箱、裂纹观测系统和试样集成为腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统，用于腐蚀环境下裂纹扩展性能试验测试，测试结果对于腐蚀环境下材料与结构损伤容限评定具有重要的工程应用价值。
【发明内容】
[0003]1、目的:本发明的目的在于提供一种腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统，以用于材料或结构在腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试。
[0004]2、技术方案:本发明一种腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统，由疲劳试验机、介质盒、溶液循环泵、过滤器、流量控制阀、溶液箱、夹具、裂纹观测系统和试样组成。它们之间的位置连接关系如下:试样安装在夹具上，夹具和疲劳试验机连接；介质盒套在试样上，使溶液液面高过试样考察部位，溶液循环泵将经过滤器过滤过的腐蚀溶液从溶液箱中输送到介质盒中，介质盒中的溶液经流量控制阀控制流速后流回溶液箱中；裂纹观测系统通过显微镜由计算机记录裂纹扩展情况。其中，介质盒、溶液循环泵、过滤器、流量控制阀和溶液箱按照串联关系组合成腐蚀溶液循环系统，其连接顺序为:
[0005]溶液箱一溶液循环泵一过滤器一介质盒一流量控制阀一溶液箱
[0006]所述的疲劳试验机为常用低频疲劳试验机，用以对试样施加交变疲劳载荷，试验机的载荷范围需大于试样的试验载荷，可以是常规的MTS、INSTR0N等疲劳试验机或者自制疲劳试验机。
[0007]所述的试样为各种不同材料和类型的裂纹扩展试样，该试样为中部带孔的矩形条状件，试样的尺寸和形状可以参照《测量疲劳裂纹扩展率的试验方法》(ASTME647-2008:Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates)中的标准进行设计。
[0008]所述的介质盒是圆盒式容器，用来盛放浸泡试样的腐蚀溶液，介质盒的侧壁最好采用可透视且不与腐蚀溶液发生化学反应的材料(如:玻璃、塑料等)制成(其它材料也可以)，以便于观察试验现象且不会污染腐蚀溶液，在介质盒的侧壁上端和下端分别设置进液口和出液口，在溶液循环过程中，从进液口向介质盒注入腐蚀溶液，从出液口流出腐蚀溶液，介质盒的盒底要用伸缩性和密封效果好且不与腐蚀溶液发生化学反应的材料(如:橡胶等)制成，盒底开有与试样形状匹配的孔，以便试样可以顺利穿过盒底，盒底与试样和侧壁之间过盈配合且密封良好，腐蚀溶液不会流出。
[0009]所述的溶液循环泵提供腐蚀溶液循环的动力。
[0010]所述的过滤器对出液孔流出的腐蚀溶液进行过滤，去除杂质。
[0011]所述的流量控制阀可以控制从出液口流出的腐蚀溶液的流量速度，与进液口注入腐蚀溶液的流量速度之间进行协调，就可以控制介质盒中的腐蚀溶液稳定在试验需要的高度(溶液高度需高过试样所要考察的位置，并留有余量)。
[0012]所述的溶液箱箱式结构容器，其内盛放足够的腐蚀溶液，保证整个溶液循环正常进行。
[0013]所述的裂纹测量系统监测试样裂纹扩展情况，裂纹测量系统是三轴随动的，配有高分辨率和放大倍数的显微镜，通过计算机自动记录裂纹扩展情况(包括裂纹形貌的图片信息和标定的裂纹尺寸)，可以得到在给定的交变载荷下不同循环次数对应的裂纹扩展情况。
[0014]将与溶液循环系统装配好的试样与该疲劳试验机相连，与裂纹测量系统协调使用，即可很方便、有效的完成在腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试。该套系统有效解决了腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试问题。
[0015]3、优点及功效:本发明的有益效果是可以很方便、有效、精确的完成材料或结构在腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试，腐蚀溶液浓度可以根据具体的试验要求进行调配，可为结构在腐蚀环境下的疲劳机理分析、设计和验证提供技术支撑。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是用于腐蚀疲劳试验的M(T)试样示意图。
[0017]图2是腐蚀溶液循环系统结构图。
[0018]图3是疲劳试验机示意图。
[0019]图4是装有试样的腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统结构图。
[0020]图4中:1.试样，2.介质盒，3.过滤器，4.溶液循环泵，5.溶液箱，6.裂纹测量系统，7.疲劳试验机，8.夹具，9.流量控制阀。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0022]【具体实施方式】一:结合图1至图4说明本发明的【具体实施方式】。
[0023]本发明一种腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统，由疲劳试验机7、介质盒
2、溶液循环泵4、过滤器3、流量控制阀9、溶液箱5、夹具8、裂纹观测系统6和试样I组成。它们之间的位置连接关系如下:试样I安装在夹具8上，夹具8和疲劳试验机7连接；介质盒2套在试样I上，使溶液液面高过试样I考察部位，溶液循环泵4将经过滤器3过滤过的腐蚀溶液从溶液箱5中输送到介质盒2中，介质盒2中的溶液经流量控制阀9控制流速后流回溶液箱5中；裂纹观测系统6通过显微镜由计算机记录裂纹扩展情况。腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统由图3所示的疲劳试验机7、图2所示的腐蚀溶液循环系统和图4中所示的裂纹测量系统6组成。在图2中，腐蚀溶液循环系统由介质盒2、过滤器3、流量控制阀9、溶液箱5和溶液循环泵4依次按照串联关系组成，流量控制阀9可以设置在图2所示的串联回路的位置，也可以将流量控制阀9与过滤器3的位置互换。裂纹测量系统6监测试样裂纹扩展情况，裂纹测量系统是三轴随动的，配有高分辨率和放大倍数的显微镜，通过计算机自动记录裂纹扩展情况(包括裂纹形貌的图片信息和标定的裂纹尺寸)，可以得到在给定的交变载荷下不同循环次数对应的裂纹扩展情况。
[0024](I)试样形式
[0025]在腐蚀环境下的疲劳试验中，试样I的设计也非常关键，必须能够保证均匀施加轴向交变载荷，图1具体给出了一种用于腐蚀环境下的疲劳试验的中心缺口板状试样1，具体尺寸参数可参见图1。中心缺口试样I的Kt=2.5，用于恒幅疲劳试验的试样数量总共为60件，其中各应力比下试样数为20件，而用于谱载腐蚀疲劳试验的试样数量为5件，疲劳试样取向与加载方向一致。
[0026](2)腐蚀溶液调配
[0027]按重量计算配制3.5%NaCl盐水溶液，即在96.5份蒸馏水中溶解3.5 ( ±0.5)份NaCl。蒸馏水可以用氯化物总量不大于200ppm的去离子水代替，此中性腐蚀介质值控制在
6.7?7.5之间。
[0028](3)试样去污
[0029]将试样I浸泡于丙酮中15-20分钟；将试样I从丙酮中取出，再用清洁的丙酮冲洗试样1，除去附挂在试样I上的污溃；冷风吹干试样。
[0030](4)腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统
[0031]疲劳试验机7提供交变疲劳载荷，可以是商用的MTS、INSTR0N等疲劳试验机或者自制疲劳试验机；介质盒2用来盛放浸泡试样的腐蚀溶液，介质盒2的侧壁必须采用可透视且不与腐蚀溶液发生化学反应的材料(如:玻璃、塑料等)制成，以便于观察试验现象且不会污染腐蚀溶液，在介质盒2的侧壁上端和下端分别设置进液口和出液口，在溶液循环过程中，从进液口向介质盒2注入腐蚀溶液，从出液口流出腐蚀溶液，介质盒2的盒底要用伸缩性和密封效果好且不与腐蚀溶液发生化学反应的材料(如:橡胶等)制成，盒底开有与试样形状匹配的孔，以便试样I可以顺利穿过盒底，盒底与试样I和侧壁之间过盈配合且密封良好，腐蚀溶液不会流出；溶液循环泵4提供腐蚀溶液循环的动力；过滤器3对出液孔流出的腐蚀溶液过滤，去除杂质；流量控制阀9可以控制从出液口流出的腐蚀溶液的流量速度，与进液口注入腐蚀溶液的流量速度之间进行协调，就可以控制介质盒2中的腐蚀溶液稳定在试验需要的高度；溶液箱5里盛放足够的腐蚀溶液，保证整个溶液循环正常进行。将与溶液循环系统装配好的试样I通过夹具8与该疲劳试验机7相连，与裂纹测量系统6协调使用，即可很方便、有效的完成在腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试。
[0032]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一的不同点在于试样I的设计，试样I可以是中心带开孔或不带开孔的板件，尺寸参数可以与【具体实施方式】一中的不同，试样I可以棒形的或者其他结构形式，腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统其它的设计思想和连接方式与【具体实施方式】一相同。[0033]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一的不同点在于腐蚀溶液的设计，腐蚀溶液可以采用其它浓度的NaCl盐水溶液，也可以选择其它成分的腐蚀溶液，腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统其它的设计思想和连接方式与【具体实施方式】一相同。
【权利要求】
1.一种腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验测试系统，其特征在于:它由疲劳试验机、介质盒、溶液循环泵、过滤器、流量控制阀、溶液箱、夹具、裂纹观测系统和试样组成；试样安装在夹具上，夹具和疲劳试验机连接；介质盒套在试样上，使溶液液面高过试样考察部位，溶液循环泵将经过滤器过滤过的腐蚀溶液从溶液箱中输送到介质盒中，介质盒中的溶液经流量控制阀控制流速后流回溶液箱中；裂纹观测系统通过显微镜由计算机记录裂纹扩展情况；其中，介质盒、溶液循环泵、过滤器、流量控制阀和溶液箱按照串联关系组合成腐蚀溶液循环系统，其连接顺序为: 溶液箱一溶液循环泵一过滤器一介质盒一流量控制阀一溶液箱所述的疲劳试验机为常用或者自制低频疲劳试验机，用以对试样施加交变疲劳载荷，试验机的载荷范围需大于试样的试验载荷； 所述的试样为各种不同材料和类型的裂纹扩展试样，该试样为中部带孔的矩形条状件，试样的尺寸和形状参照《测量疲劳裂纹扩展率的试验方法》中的标准进行设计； 所述的介质盒是圆盒式容器，用来盛放浸泡试样的腐蚀溶液，介质盒的侧壁采用可透视且不与腐蚀溶液发生化学反应的材料制成，以便于观察试验现象且不会污染腐蚀溶液，在介质盒的侧壁上端和下端分别设置进液口和出液口，在溶液循环过程中，从进液口向介质盒注入腐蚀溶液，从出液口流出腐蚀溶液，介质盒的盒底要用伸缩性和密封效果好且不与腐蚀溶液发生化学反应的材料制成，盒底开有与试样形状匹配的孔，以便试样可以顺利穿过盒底，盒底与试样和侧壁之间过盈配合且密封良好，腐蚀溶液不会流出； 所述的溶液循环泵提供腐蚀溶液循环的动力； 所述的过滤器对出液孔流出的腐蚀溶液进行过滤，去除杂质； 所述的流量控制阀控制从出液口流出的腐蚀溶液的流量速度，与进液口注入腐蚀溶液的流量速度之间进行协调，控制介质盒中的腐蚀溶液稳定在试验需要的高度，即溶液高度需高过试样所要考察的位置，并留有余量； 所述的溶液箱箱式结构容器，其内盛放足够的腐蚀溶液，保证整个溶液循环正常进行； 所述的裂纹测量系统是三轴随动的，配有高分辨率和放大倍数的显微镜，通过计算机自动记录裂纹扩展情况，得到在给定的交变载荷下不同循环次数对应的裂纹扩展情况。
【文档编号】G01N3/28GK103439199SQ201310360440
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】熊峻江, 王池权, 刘牧东 申请人:北京航空航天大学