專利名稱：：一種對金屬材料進(jìn)行腐蝕疲勞試驗的海水循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于材料試驗
技術(shù)領(lǐng)域：
，更確切地說，涉及到一種對金屬材料進(jìn)行腐蝕疲勞試驗的海水循環(huán)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：在腐蝕介質(zhì)中進(jìn)行金屬材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗時，GB/T6398-2000"金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗方法"中推薦了采用標(biāo)準(zhǔn)M(T)試樣及標(biāo)準(zhǔn)C(T)試樣進(jìn)行試驗時腐蝕溶液循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計示意圖。對于標(biāo)準(zhǔn)M(T)試樣，標(biāo)準(zhǔn)中只給出了簡單的示意圖，圖中并沒有進(jìn)一步說明如何防止腐蝕液的滲漏問題。從示意圖上看，隨著試樣的周期往復(fù)運(yùn)動，腐蝕溶液難免要滲漏到試驗機(jī)上(國內(nèi)很多單位用的試驗機(jī)都是價格昂貴的進(jìn)口設(shè)備)，至少當(dāng)試樣疲勞斷裂后溶液無法避免不泄漏，按照示意圖設(shè)計溶液循環(huán)系統(tǒng)可操作性不強(qiáng)，不可??；對于C(T)試樣，示意圖中的溶液循環(huán)系統(tǒng)只是針對臥式試驗機(jī)設(shè)計的，而目前國內(nèi)絕大多數(shù)單位使用的疲勞試驗機(jī)都是立式的，因此借鑒設(shè)計意義不大。其它最新的疲勞試驗標(biāo)準(zhǔn)中均沒有提及腐蝕循環(huán)系統(tǒng)具體如何設(shè)計和應(yīng)用。部分文獻(xiàn)中提到過設(shè)計溶液循環(huán)系統(tǒng)時所選用的材料及制作思路，但基本上都是針對軸向加載(這種加載模式相對容易設(shè)計制作)標(biāo)準(zhǔn)試樣的，很少見到文獻(xiàn)提及如旋轉(zhuǎn)彎曲加載、懸臂彎曲加載等非軸向加載模式下循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計制作方法。而且，很少提及如何確保腐蝕液不滲漏到試驗機(jī)上，即對循環(huán)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的密封方法很少有詳細(xì)的文字說明。總之，尚未見到有關(guān)在懸臂彎曲加模式下進(jìn)行低周腐蝕疲勞試驗用海水循環(huán)系統(tǒng)成功設(shè)計范例的報道。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種對金屬材料進(jìn)行腐蝕疲勞試驗的海水循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)集驅(qū)動海水循環(huán)流動的動力源、控制進(jìn)水量大小的水控裝置、保證金屬試樣裂紋始終處在海水中的海水循環(huán)裝置、確保海水始終干凈清潔的過濾裝置等下一體，可以確保金屬試樣工作部分裂紋始終處在模擬流動的自然海水中。因此，該系統(tǒng)的成功設(shè)計，可以保證艦船用金屬材料在海水(也可以是其它如江水、鹽水等腐蝕溶液)中進(jìn)行懸臂彎曲這種特殊加載模式下的低周腐蝕疲勞試驗，改變了以往用空氣中艦船材料的疲勞性能數(shù)據(jù)代替海水中疲勞性能數(shù)據(jù)進(jìn)行艦船設(shè)計和疲勞壽命校核的現(xiàn)狀，為增加艦船的安全、可靠、服役壽命提供了保障。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案所述的對金屬材料進(jìn)行腐蝕疲勞試驗的海水循環(huán)系統(tǒng)，其設(shè)計方法是建立了提供驅(qū)動海水循環(huán)流動的動力源微型水泵、控制進(jìn)水量大小的水流控制閥、保證試樣裂紋始終處在海水中而又便于清楚觀察的雙層防漏腐蝕，確保海水始終干凈清潔的過濾箱及若干橡膠導(dǎo)管等，每個環(huán)節(jié)既相對獨(dú)立又彼此聯(lián)系，構(gòu)成了確保試樣工作部分裂紋始終處在模擬流動自然海水中。所述的對金屬材料進(jìn)行腐蝕疲勞試驗的海水循環(huán)系統(tǒng)，主要由海水容器、微型水泵、橡膠導(dǎo)管、水流控制閥、雙層防漏腐蝕裝置、試樣固定端、試樣表面裂紋端、低周疲勞試驗試樣端、試樣加載端、導(dǎo)管、過濾箱構(gòu)成，其中海水容器插入微型水泵，橡膠導(dǎo)管聯(lián)接微型水泵和水流控制閥并與雙層防漏腐蝕裝置聯(lián)通，在雙層防漏腐蝕裝置上可以固定試樣固定端、試樣表面裂紋端、低周疲勞試驗試樣端以及實施試樣加載端，雙層防漏腐蝕裝置的另一端再通過導(dǎo)管與過濾箱聯(lián)通，經(jīng)過濾后回至海水容器。所述的對金屬材料進(jìn)行腐蝕疲勞試驗的海水循環(huán)系統(tǒng)，其雙層防漏腐蝕裝置由內(nèi)盒、外盒、外盒出水孔、加長螺釘、內(nèi)盒出水孔、試樣貫穿孔、內(nèi)盒入水孔、外盒橡膠導(dǎo)管穿越口、膠皮、有機(jī)玻璃板構(gòu)成，其中外盒呈長方形，其4上設(shè)置外盒出水孔和外盒橡膠導(dǎo)管穿越口，在外盒上安放呈長方形但比外盒小的內(nèi)盒，內(nèi)盒的正面由兩塊有機(jī)玻璃板中間夾橡膠墊構(gòu)成，并設(shè)置試樣貫穿孔，橡膠墊的貫穿孔要小于有機(jī)玻璃的貫穿孔；通過加長螺釘固定在內(nèi)盒側(cè)面兩端，在內(nèi)盒側(cè)面兩端分別設(shè)置出水孔和入水孔，且入水孔高于出水孔。由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性一、本發(fā)明的海水循環(huán)系統(tǒng)，可以驅(qū)動海水做周期循環(huán)，根據(jù)需要控制水流量大??；以有機(jī)玻璃和橡膠墊相結(jié)合設(shè)計的雙層防漏、開放、一體式腐蝕裝置可以確保循環(huán)海水將試樣裂紋始終浸泡其中而又不會因泄漏腐蝕試驗設(shè)備，便于讀數(shù)顯微鏡隨時觀察裂紋的擴(kuò)展情況，同時在試驗過程中，隨著試樣作大幅度周期性的上下往復(fù)運(yùn)動，橡膠墊承受了因試樣上下大幅運(yùn)動而使盒體遭受破壞的全部作用力。解決了傳統(tǒng)卜.常采用整體設(shè)計方法而使試樣在往復(fù)運(yùn)行中易損壞腐蝕裝置的難題。一、回水過濾箱可以濾去腐蝕產(chǎn)物，確保海水干凈清潔，避免腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入裂紋尖端而影響對裂紋擴(kuò)展長度的觀察。三、整個用于懸臂彎曲加載模式下的海水循環(huán)系統(tǒng)可以提供一個模擬海水流動的海洋環(huán)境，能夠滿足艦船用金屬材料在該種加載模式下進(jìn)行腐蝕疲勞試驗的需要。圖1是本發(fā)明海水循環(huán)系統(tǒng)示意圖2是本發(fā)明雙層防漏腐蝕裝置示意上述圖中l(wèi)-海水容器；2-微型水泵；3-橡膠導(dǎo)管；4-水流控制閥；5-雙層防漏腐蝕裝置；6-試樣固定端；7-試樣表面裂紋端；8-低周疲勞試驗試樣端；9-試樣加載端；10-導(dǎo)管；ll-過濾箱；51-內(nèi)盒；52-外盒；53-外盒出水孔；54-加長螺釘；55-內(nèi)盒高出水孔；56-試樣貫穿孔；57-內(nèi)盒低入水孔；58-外盒橡膠導(dǎo)管穿越口；59-膠皮；510-有機(jī)玻璃板。具體實施例方式結(jié)合圖1，提供驅(qū)動海水循環(huán)流動的動力源微型水泵、控制進(jìn)水量大小的水流控制閥、保證試樣裂紋始終處在海水中而又便于清楚觀察的雙層防漏腐蝕裝置、確保海水始終干凈清潔的過濾箱及若干橡膠導(dǎo)管等，每個環(huán)節(jié)既相對獨(dú)立又彼此聯(lián)系，構(gòu)成了確保試樣工作部分裂紋始終處在模擬流動自然海水的海水循環(huán)系統(tǒng)。過去進(jìn)行軸向腐蝕疲勞試驗時，常常設(shè)計一個孤立的腐蝕裝置，隨著試驗的進(jìn)行，由于腐蝕產(chǎn)物不斷進(jìn)入到腐蝕液中而使試樣裂紋長度無法清楚觀察，即使采取一定措施使腐蝕液循環(huán)流動起來，也往往因在腐蝕裝置中設(shè)計加工大小不一、數(shù)量不等的進(jìn)、出水口，不容易保持一定高度的液面，最終使試驗無法正常開展。鑒于這種情況，能否在腐蝕裝置上只設(shè)計加工一個進(jìn)水口和一個出水口，在水路上直接安裝水流控制閥，來達(dá)到控制水流量大小的目的，以維持腐蝕裝置中一定高度的液面，既保證試樣裂紋浸泡其中，又不至于因泄漏而腐蝕試驗設(shè)備？考慮到懸臂彎曲這種特殊加載模式，試樣上下往復(fù)擺動的振幅較大，按以往的設(shè)計思路，設(shè)計成單層、分離式的腐蝕裝置將不容易保證海水不泄漏，在試驗過程中也難以保證腐蝕裝置不被運(yùn)動的試樣壓壞，因此,可以考慮將腐蝕裝置設(shè)計成雙層一體的，為方便清楚觀察裂紋的擴(kuò)展情況，還需要將腐蝕裝置設(shè)計成開放式的，以便于顯微鏡的直接觀察?；谏鲜隹紤]，將腐蝕裝置設(shè)計成具有雙層防漏、開放、一體的特點(diǎn)。為了能夠清楚觀察裂紋擴(kuò)展情況，需要在回路中過濾掉金屬材料在海水中的腐蝕產(chǎn)物，這就需要增加過濾箱。綜合以上分析，形成了用于低周腐蝕疲勞試驗的海水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計思路。以往的設(shè)計中，往往采用進(jìn)、出水口大小不一或數(shù)量不等的方法保持腐蝕裝置內(nèi)一定高度的液面，這樣做常常難以確保進(jìn)、出水量的平衡，而且需要反復(fù)試驗摸索尋求平衡點(diǎn)，在反復(fù)的試驗摸索過程中，腐蝕液難免不會泄漏到試驗機(jī)夾頭、夾塊及臺面上，試驗機(jī)的防腐問題比較突出，如果釆用合適的水流控制閥，隨時根據(jù)需要控制進(jìn)水量，則上述問題可以避免。另外，由于疲勞試驗的周期往往很長，在整個試驗過程中，海水常常會腐蝕試驗材料，形成腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物聚集在不斷擴(kuò)展的裂紋尖端，既會影響裂紋的擴(kuò)展，又不利于裂紋擴(kuò)展情況的觀察。因此，在循環(huán)系統(tǒng)中增加過濾箱也是必要的。結(jié)合圖2，雙層防漏腐蝕裝置是本發(fā)明系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)。該裝置采用不同厚度的有機(jī)玻璃板及相應(yīng)粘合劑、膠皮、加長螺釘、玻璃密封膠等材料制作而成，具有低入水孔和高出水孔、雙層防漏、開放、一體式特征。采用透明的有機(jī)玻璃及相應(yīng)粘合劑作為腐蝕裝置的設(shè)計制作基材，一方面是便于加工，另-一方面是可以隨時觀察海水的進(jìn)出流量及表面裂紋的擴(kuò)展長度。在試樣貫穿所經(jīng)過的前后兩塊擋板中間各加上一層柔韌、易于變形的膠皮(可以根據(jù)試樣橫截面的大小來確定剪去的膠皮量)，以保證能夠緊帖試樣的四個表面，增加密封性，同時，試樣與膠皮的內(nèi)外表面接觸處用玻璃密封膠封住，盡量確保海水不從試樣與腐蝕裝置的接觸處泄漏。退一步講，即使海水從試樣與腐蝕裝置內(nèi)盒的接觸處泄漏出來，流至腐蝕裝置的外盒，再從外盒的出水孔流回海水容器，也不會泄漏至試驗機(jī)上腐蝕試驗機(jī)夾頭、夾塊及臺面。設(shè)計成開放式是為了顯微鏡能夠在較大范圍內(nèi)觀察整個表面裂紋的擴(kuò)展情況，--體式的特點(diǎn)可以保證跟著試樣做上下同步運(yùn)動，避免大振幅的試樣將其壓壞。該雙層防漏腐蝕裝置可以確保循環(huán)海水將試樣裂紋始終浸泡其中而又不會因泄漏腐蝕試驗設(shè)備，便于顯微鏡隨時觀察裂紋擴(kuò)展情況，可以靈活隨試樣作大幅度周期性上下往復(fù)運(yùn)動。本發(fā)明的海水循環(huán)系統(tǒng)中各部件作用如下圖1中海水容器1用有機(jī)玻璃板設(shè)計制作，用來盛放腐蝕疲勞試驗用的海水。微型水泵2用來提供海水作周期循環(huán)的動力。橡膠導(dǎo)管3用來引導(dǎo)海水進(jìn)入雙層防漏腐蝕裝置。水流控制閥4，用來控制水流量的大小。雙層防漏腐蝕裝置5用來保持一定液面海水，以確保試樣表面裂紋一直浸泡在海水中。試樣的固定端6、試樣的表面裂紋7、腐蝕環(huán)境中進(jìn)行低周疲勞試驗用試樣8、試樣的受力端9。引導(dǎo)海水流回容器的導(dǎo)管10。過濾裝置11用來過濾試樣腐蝕產(chǎn)物，以確保海水始終干凈清潔，便于觀察表面裂紋的擴(kuò)展。圖2中雙層防漏腐蝕裝置的內(nèi)盒51主要用來盛放一定高度液面的海水。雙層防漏腐蝕裝置的外盒52用來承接可能從試樣與內(nèi)盒的接觸處泄漏的海水。外盒出水孔53用來引導(dǎo)泄漏的海水流至海水容器中。加長螺釘54(四個)用來固定內(nèi)盒有機(jī)玻璃板與橡膠墊。內(nèi)盒高出水孔55用來引導(dǎo)保持一定液面后多余的海水流至海水容器中。試樣貫穿孔56(兩個)用來卡固試樣。內(nèi)盒低入水孔57是海水進(jìn)入內(nèi)盒的通道。外盒橡膠導(dǎo)管穿越口58，橡膠導(dǎo)管從該口進(jìn)入和內(nèi)盒低入水口57聯(lián)接。膠皮59用來密封試樣。有機(jī)玻璃板510用來固定膠皮59。本發(fā)明的海水循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)行了海水環(huán)境下懸臂彎曲加載低周腐蝕疲勞試驗。試驗頻率為l.OHz，波形為正弦波，采用載荷模式控制，對應(yīng)位移振幅為士6irnn。通過間接電位法測量表面裂紋兩側(cè)的電壓，采用顯微鏡觀察單向表面裂紋擴(kuò)展長度。其試驗結(jié)果見下表；<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表1中，u和u分別表示間接電位法測量表面裂紋兩側(cè)電壓及電壓的增量，a和a分別為通過顯微鏡觀察到的單側(cè)表面裂紋長度讀數(shù)及表面裂紋擴(kuò)展長度增量。試驗過程表明，海水循環(huán)系統(tǒng)沒有發(fā)生海水泄漏的情況，整個試驗過程中可以清楚地觀察到試樣表面裂紋擴(kuò)展的長度。表l中試驗結(jié)果表明，本發(fā)明建立的海水循環(huán)系統(tǒng)能夠提供持續(xù)不斷的流動海水，模擬了真實的海水環(huán)境，可以滿足進(jìn)行懸臂彎曲加載低周腐蝕疲勞試驗的需要。權(quán)利要求1、一種對金屬材料進(jìn)行腐蝕疲勞試驗的海水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于其設(shè)計方法是建立了提供驅(qū)動海水循環(huán)流動的動力源微型水泵、控制進(jìn)水量大小的水流控制閥、保證試樣裂紋始終處在海水中而又便于清楚觀察的雙層防漏腐蝕，確保海水始終干凈清潔的過濾箱及若干橡膠導(dǎo)管等，每個環(huán)節(jié)既相對獨(dú)立又彼此聯(lián)系，構(gòu)成了確保試樣工作部分裂紋始終處在模擬流動自然海水中。2、一種對金屬材料進(jìn)行腐蝕疲勞試驗的海水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)主要由海水容器l、微型水泵2、橡膠導(dǎo)管3、水流控制閥4、雙層防漏腐蝕裝置5、試樣固定端6、試樣表面裂紋端7、低周疲勞試驗試樣端8、試樣加載端9、導(dǎo)管IO、過濾箱ll構(gòu)成，其中海水容器插入微型水泵，橡膠導(dǎo)管聯(lián)接微型水泵和水流控制閥并與雙層防漏腐蝕裝置聯(lián)通，在雙層防漏腐蝕裝置上可以固定試樣固定端、試樣表面裂紋端、低周疲勞試驗試樣端以及實施試樣加載端，雙層防漏腐蝕裝置的另一端再通過導(dǎo)管與過濾箱聯(lián)通，經(jīng)過濾后回至海水容器。3、據(jù)權(quán)利要求2所述的對金屬材料進(jìn)行腐蝕疲勞試驗的海水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于其雙層防漏腐蝕裝置由內(nèi)盒51、外盒52、外盒出水孔53、加長螺釘54、內(nèi)盒出水孔55、試樣貫穿孔56、內(nèi)盒入水孔57、外盒橡膠導(dǎo)管穿越口58、膠皮59、有機(jī)玻璃板510構(gòu)成，其中外盒呈長方形，其上設(shè)置外盒出水孔和外盒橡膠導(dǎo)管穿越口，在外盒上安放呈長方形但比外盒小的內(nèi)盒，內(nèi)盒的正面由兩塊有機(jī)玻璃板中間夾橡膠墊構(gòu)成，并設(shè)置試樣貫穿孔，橡膠墊的貫穿孔要小于有機(jī)玻璃的貫穿孔；通過加長螺釘固定在內(nèi)盒側(cè)面兩端，在內(nèi)盒側(cè)面兩端分別設(shè)置出水孔和入水孔，且入水孔高于出水孔。全文摘要一種對金屬材料進(jìn)行腐蝕疲勞試驗的海水循環(huán)系統(tǒng)由海水容器1、微型水泵2、橡膠導(dǎo)管3、水流控制閥4、雙層防漏腐蝕裝置5、試樣固定端6、試樣表面裂紋端7、低周疲勞試驗試樣端8、試樣加載端9、導(dǎo)管10、過濾箱11構(gòu)成。海水容器插入微型水泵，橡膠導(dǎo)管聯(lián)接微型水泵和水流控制閥并與雙層防漏腐蝕裝置聯(lián)通，在雙層防漏腐蝕裝置上可以固定試樣固定端、試樣表面裂紋端、低周疲勞試驗試樣端以及實施試樣加載端，雙層防漏腐蝕裝置的另一端再通過導(dǎo)管與過濾箱聯(lián)通，經(jīng)過濾后回至海水容器?？蛇M(jìn)行懸臂彎曲加載模式下的低周腐蝕疲勞試驗，改變以往用空氣疲勞性能數(shù)據(jù)代替海水中疲勞性能數(shù)據(jù)進(jìn)行金屬校核現(xiàn)狀，增加了艦船的安全、可靠、服役壽命。文檔編號G01N17/00GK101566554SQ20081004962公開日2009年10月28日申請日期2008年4月25日優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日發(fā)明者張亞軍,張欣耀,健梁申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所