高温盐雾腐蚀疲劳裂纹扩展速率测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于SEN B3试件的高温盐雾腐蚀疲劳裂纹扩展速率测试系统，包括储液室、雾化子系统、温度控制子系统和裂纹观测子系统；雾化子系统包括盐雾腐蚀试验箱、时间继电器、电磁阀和自吸式雾化泵；储液室中的盐溶液通过导液管导入电磁阀中，利用时间继电器的计时功能通过电磁阀将导液管中的盐溶液间歇性喷射入自吸式雾化泵的溶液流路中，并转换为盐雾，之后流入万向喷雾管并通过其端部的腐蚀盐雾喷嘴喷射盐雾到SEN B3试件的机械缺口上，实现盐雾腐蚀；同时温度控制子系统在盐雾腐蚀试验箱中实现持续高温环境，并为停止喷雾时迅速干燥提供热源。本发明专利技术还原了金属在高温潮湿可溶盐离子较高的环境下腐蚀疲劳的工况。潮湿可溶盐离子较高的环境下腐蚀疲劳的工况。潮湿可溶盐离子较高的环境下腐蚀疲劳的工况。

【技术实现步骤摘要】
高温盐雾腐蚀疲劳裂纹扩展速率测试系统


[0001]本专利技术涉及应力分析
，具体涉及一种适用于SEN B3试件的高温盐雾腐蚀疲劳裂纹扩展速率测试系统。

技术介绍

[0002]钢结构构件往往承担着重要的工程结构使命，如海洋结构、石油化工设备、飞机结构等，其服役环境都具有不同程度的腐蚀性，腐蚀疲劳现在已经成为工程中各种承受循环载荷结构面临的严峻问题。由于腐蚀疲劳过程非常复杂，涉及到了力学、化学、电化学、金属材料及冶金学等众多学科内容，研究人员的初步工作应该理清腐蚀疲劳机理，再与传统的疲劳裂纹扩展速率试验进行对比，建立合理的腐蚀疲劳损伤演化规律模型。
[0003]目前研究腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展试验，集中在采用腐蚀盐溶液浸泡的腐蚀环境，与实际的金属腐蚀疲劳机理有违背，根据已有研究可知，腐蚀速率与氯离子的浓度和水膜中的氧浓度有关，由于氯离子与氧在水中存在饱和溶解度，所以腐蚀速率与氯离子与氧的浓度有关，而完全的盐溶液浸泡，仅仅确保了可溶盐离子浓度，没有考虑到氧的作用。同时现有的腐蚀疲劳环境箱均以室温为试验温度，没有考虑温度因素的影响。现有技术中对腐蚀疲劳裂纹扩展速率的数据采集使用的是引伸计柔度法进行测量，只适用于伺服疲劳试验机的疲劳裂纹扩展速率试验，但对于高频疲劳试验机，无法采用柔度法进行测量，同时高温盐雾腐蚀环境对引伸计也有腐蚀作用，而使用伺服疲劳试验机的试验成本大。所以现有腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验中存在的问题是：
[0004]1.简单的配置可溶盐离子的腐蚀溶液，不能真实反应腐蚀疲劳裂纹的腐蚀破坏机理；
[0005]2.忽略试验环境温度的影响，不能真实反应高温对腐蚀破坏的加速影响；
[0006]3.采用引伸计柔度法的间接测量方法，试验适用范围小，盐雾腐蚀环境对引伸计同时存在腐蚀的影响。
[0007]现有疲劳裂纹扩展速率试验常用的紧凑拉伸试件(CT)、中心裂纹拉伸试件(CCT)和单边缺口拉伸试件(SENT)，更没有适用于SEN B3((single edge notch bending)单边缺口弯曲3点弯试验)的盐雾腐蚀疲劳试验装置。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种适用于SEN B3试件的高温盐雾腐蚀疲劳裂纹扩展速率测试系统，通过供液系统、雾化系统、干湿控制系统、裂纹观测记录系统等，完成在高温盐雾腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展速率试验，同时根据不同的实验方法，还可进行高温盐雾腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展门槛值试验。
[0009]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0010]一种高温盐雾腐蚀疲劳裂纹扩展速率测试系统，所述测试系统适用于SEN B3试件；包括储液室、雾化子系统、温度控制子系统和裂纹观测子系统；
[0011]所述储液室内盛放可溶盐溶液；所述储液室的下部通过导液管与所述雾化子系统连接；
[0012]裂纹观测子系统由数码显微镜和图像处理单元组成；用于观测裂纹生长、识别裂纹长度、记录疲劳载循环次数功能；
[0013]温度控制子系统包括陶瓷加热片、温度传感器和控制电路，用于根据设置的目标温度，为盐雾腐蚀试验箱提供持续高温环境，并为停止喷雾时迅速干燥提供热源；
[0014]雾化子系统包括盐雾腐蚀试验箱、时间继电器、电磁阀和自吸式雾化泵；所述盐雾腐蚀试验箱用于放置SEN B3试件；所述时间继电器与所述电磁阀连接，所述时间继电器用于控制雾化腐蚀时间和干燥时间并控制电磁阀按照设置的时间开启/关闭；一溶液流路设置在自吸式雾化泵内，其一端连接导液管，另一端连接万向喷雾管的一端，所述万向喷雾管的另一端连接腐蚀盐雾喷嘴，所述溶液流路靠近导液管的位置上设置有电磁阀用于控制可溶盐溶液的流入；所述自吸式雾化泵用于将溶液流路中的盐溶液转换为盐雾，所述盐雾通过万向喷雾管后从腐蚀盐雾喷嘴中喷出；
[0015]所述测试系统的工作过程如下：
[0016]储液室中的盐溶液通过导液管导入电磁阀中，利用时间继电器的计时功能通过电磁阀将导液管中的盐溶液间歇性喷射入自吸式雾化泵的溶液流路中，并转换为盐雾，之后流入万向喷雾管并通过其端部的腐蚀盐雾喷嘴喷射盐雾到SEN B3试件的机械缺口上，实现盐雾腐蚀；同时温度控制子系统在盐雾腐蚀试验箱中实现持续高温环境，并为停止喷雾时迅速干燥提供热源。
[0017]进一步的，所述溶液流路内部还设置有多个并排设置的超声雾化金属片；所述溶液流路上具有2个进气道位于所述超声雾化金属片和电磁阀之间，所述进气道的端部连通吸气口，所述吸气口分别设置在自吸式雾化泵外壁上，所述吸气口吸入由空气压缩机引入的压缩气体，压缩气体从进气道进入溶液流路，从而将溶液流路中的盐溶液转变为盐雾。
[0018]进一步的，所述盐雾腐蚀试验箱为耐腐蚀的试验箱，其上设置有凹槽，侧壁上具有透明观测板；所述凹槽的宽度与SEN B3试件的尺寸适配，用于将待测试SEN B3试件卡入凹槽内，且SEN B3试件的位置与明观测板对应，使SEN B3试件的机械缺口和裂纹能够通过透明观测板观测到。
[0019]进一步的，所述自吸式雾化泵还包括手动调节阀和内置在底部的储液槽；所述手动调节阀从所述自吸式雾化泵的顶部向下延伸至所述溶液流路中，用于根据需要向上/下旋转调节所述溶液流路的流量，或手动向下旋转至溶液流路底部关闭溶液流路。
[0020]进一步的，所述时间继电器在一次干湿循环时间中，雾化腐蚀时间：干燥时间＝1：2。
[0021]进一步的，设置所述温度控制子系统的目标温度为45℃，所述陶瓷加热片81的加热温度范围为室温
‑
100℃。
[0022]进一步的，所述图像处理单元为Matlab。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：
[0024]1.本专利技术从高温盐雾腐蚀疲劳破坏的机理入手，还原了金属在高温潮湿可溶盐离子较高的环境下腐蚀疲劳的工况，解决了金属在盐雾腐蚀破坏机理的问题；
[0025]2.添加了干湿控制系统与温度控制系统，探索温度对盐雾腐蚀环境下疲劳裂纹扩
展速率的影响；
[0026]3.解决了柔度法间接测量的误差影响，采用高分辨光学显微镜进行对疲劳裂纹进行采集与识别并记录疲劳裂纹信息。
附图说明
[0027]图1是本专利技术所述高温盐雾腐蚀疲劳裂纹扩展速率测试系统的结构示意图；
[0028]图2是雾化子系统的结构示意图；
[0029]图3是温度控制子系统的结构示意图；
[0030]图4是采用三点弯曲加载方式加载SEN B3试件的工作原理图；
[0031]其中，将SEN B3试件放置在盐雾腐蚀试验箱中，SEN B3试件放在有一定距离的两个支撑点上，在两个支撑点中点上方向标本施加向下的载荷，3个接触点形成相等的两个力矩时即发生三点弯曲，SEN B3试件于中点处存在机械缺口和裂纹；
[0032]图5是使用matlab裂纹实时监测图像；
[0033]图6是matlab二值化处理裂纹路径图片。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温盐雾腐蚀疲劳裂纹扩展速率测试系统，所述测试系统适用于SEN B3试件；其特征在于，包括储液室(1)、雾化子系统、温度控制子系统(8)和裂纹观测子系统；所述储液室(1)内盛放可溶盐溶液；所述储液室(1)的下部通过导液管(3)与所述雾化子系统连接；裂纹观测子系统由数码显微镜(9)和图像处理单元组成；用于观测裂纹生长、识别裂纹长度、记录疲劳载循环次数功能；温度控制子系统包括陶瓷加热片(81)、温度传感器(82)和控制电路，用于根据设置的目标温度，为盐雾腐蚀试验箱(4)提供持续高温环境，并为停止喷雾时迅速干燥提供热源；雾化子系统包括盐雾腐蚀试验箱(4)、时间继电器(7)、电磁阀(2)和自吸式雾化泵(5)；所述盐雾腐蚀试验箱(4)用于放置SEN B3试件(91)；所述时间继电器(7)与所述电磁阀(2)连接，所述时间继电器(7)用于控制雾化腐蚀时间和干燥时间并控制电磁阀(2)按照设置的时间开启/关闭；一溶液流路设置在自吸式雾化泵(5)内，其一端连接导液管(3)，另一端连接万向喷雾管(6)的一端，所述万向喷雾管(6)的另一端连接腐蚀盐雾喷嘴(61)，所述溶液流路靠近导液管(3)的位置上设置有电磁阀(2)用于控制可溶盐溶液的流入；所述自吸式雾化泵(5)用于将溶液流路中的盐溶液转换为盐雾，所述盐雾通过万向喷雾管(6)后从腐蚀盐雾喷嘴(61)中喷出；所述测试系统的工作过程如下：储液室(1)中的盐溶液通过导液管(3)导入电磁阀(2)中，利用时间继电器(7)的计时功能通过电磁阀(2)将导液管(3)中的盐溶液间歇性喷射入自吸式雾化泵(5)的溶液流路中，并转换为盐雾，之后流入万向喷雾管(6)并通过其端部的腐蚀盐雾喷嘴(61)喷射盐雾到SEN B3试件(91)的机械缺口上，实现盐雾腐蚀；同时温度控制子系统8在盐雾腐蚀试验箱(4)中实现持续高温环境，并为停止喷雾时迅速干燥提供热源。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄珊，张闰琦，王东坡，邓彩艳，张涛，牛得田，
申请(专利权)人：国家高速列车青岛技术创新中心，
类型：发明
国别省市：