專利名稱：腐蝕環(huán)境下的拉-扭疲勞試驗(yàn)應(yīng)變測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種腐蝕環(huán)境下拉-扭疲勞試驗(yàn)應(yīng)變測試裝置，屬于結(jié)構(gòu)與材料變形測量技術(shù) 領(lǐng)域。該應(yīng)變測試裝置可用于測量材料在腐蝕環(huán)境下的單軸或多軸應(yīng)變。
背景技術(shù)：
應(yīng)變測試裝置是材料試驗(yàn)機(jī)的重要部件，測量試樣在拉伸、壓縮等各種載荷作用下的微 小變形量，具有高精度、高可靠性、高靈敏度的特點(diǎn)。目前，單軸應(yīng)變測試裝置較多而使用 于多軸載荷下的應(yīng)變測試裝置較少，中國專利200410072189. 1發(fā)明了高頻響應(yīng)高溫拉-扭疲 勞引伸計(jì)，但是該裝置僅適合在空氣環(huán)境下使用。由于應(yīng)變測試裝置屬精密部件，在環(huán)境惡 劣的腐蝕條件下各金屬組件易發(fā)生腐蝕，從而影響各類信號的傳遞和輸出，嚴(yán)重時(shí)會損壞常 規(guī)引伸計(jì)的正常使用。此外，多軸加載試驗(yàn)機(jī)特殊的加載系統(tǒng)使腐蝕疲勞試驗(yàn)的密封成為難 題，腐蝕溶液的泄露將嚴(yán)重影響試驗(yàn)機(jī)的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服應(yīng)變測試裝置無法在腐蝕環(huán)境下使用的難題，本發(fā)明針對拉-扭試驗(yàn)機(jī)特殊的加 載系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種用于腐蝕環(huán)境的拉-扭疲勞試驗(yàn)的應(yīng)變測試裝置，該裝置操作簡便，安全可 靠，測量動態(tài)響應(yīng)快，精度高，成本低，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種腐蝕環(huán)境下的拉-扭疲勞實(shí)驗(yàn)的應(yīng)變測試裝置，其特征在于，主要由支撐結(jié)構(gòu)、電解
槽、陶瓷頂針、拉伸變形測試器、扭轉(zhuǎn)變形測試器以及密封系統(tǒng)組成；所述的支撐結(jié)構(gòu)由兩 根立柱15、及兩根立柱15之間的上支撐板4和兩個(gè)下支撐板2組成，兩個(gè)下支撐板2由螺 栓1分別固定在立柱15上，上支撐板4的兩端由螺栓3連接在兩個(gè)下支撐板2上；四個(gè)緊固 螺栓5將有機(jī)玻璃板7固定在上支撐板4上，四個(gè)螺釘6將有機(jī)玻璃板7與有機(jī)玻璃板7上 的電解槽16連接；所述的密封系統(tǒng)包括底盤密封系統(tǒng)和側(cè)壁密封系統(tǒng)兩部分，底盤密封系統(tǒng) 位于上支撐板4與電解槽16之間，試樣19通入電解槽內(nèi)并穿過位于電解槽16和有機(jī)玻璃板 7之間的上密封圈18和有機(jī)玻璃板7與上支撐板4之間的下密封圈8，上密封圈18外部設(shè)有 一個(gè)外密封圈17，在有機(jī)玻璃板7上位于上密封圈18和下密封圈8之間設(shè)置一個(gè)導(dǎo)液口 9; 所述側(cè)壁密封系統(tǒng)固定在電解槽16側(cè)壁，兩根陶瓷頂針20的一端依次穿過密封擋板10、上 下兩個(gè)側(cè)密封圈21和電解槽16的側(cè)壁伸入電解槽16，伸入電解槽16的部分浸泡在腐蝕溶
液中，兩根陶瓷頂針20另一端通過螺栓22分別與兩個(gè)相互平行的上下感應(yīng)支架12、23相連;所述的拉伸變形測試器包括位于上感應(yīng)支架23右端的拉伸變形感應(yīng)板26，以及位于下感應(yīng) 支架12上、與拉伸變形感應(yīng)板26對應(yīng)安裝的拉伸變形傳感器27;所述的扭轉(zhuǎn)變形測試器位 于上下感應(yīng)支架12、 23中部，由上感應(yīng)支架23上的扭轉(zhuǎn)變形感應(yīng)板25和下感應(yīng)支架12上 的扭轉(zhuǎn)變形傳感器14組成。
上述陶瓷頂針20為圓柱形，端部為錐形。
上述陶瓷頂針20與電解槽16側(cè)壁及密封擋板10的連接處為錐形圓孔。
底盤密封系統(tǒng)的特征在于上下以及外側(cè)密封圈18、 8、 17的多重保護(hù)。采用上密封圈18 進(jìn)行密封以防止液體從電解槽16底部泄露，由于實(shí)驗(yàn)過程中試樣19下部始終進(jìn)行拉伸和扭 轉(zhuǎn)，可能有少量液體從上密封圈18沿有機(jī)玻璃板向外側(cè)泄露，因此用外密封圈17防止液體 側(cè)向泄露，也可能有少量液體沿試樣向下側(cè)泄露，用下密封圈8防止液體的進(jìn)一步泄露，泄 露出的少量液體在上密封圈18和下密封圈8間累積，當(dāng)累積到一定程度后，將從側(cè)邊的導(dǎo)液 口9導(dǎo)出，達(dá)到多重密封的效果。正方形有機(jī)玻璃板7主要用于固定上密封圈18、外密封圈 17、下密封圈8，用螺栓5將電解槽16、有機(jī)玻璃板7和上支撐板4連接起來，螺釘6固定 電解槽16和有機(jī)玻璃板7。
圓柱形陶瓷頂針穿過電解槽16側(cè)壁，與密封圈21、密封擋板10 —起構(gòu)成側(cè)壁密封系統(tǒng)。 電解槽16側(cè)壁上的圓孔為應(yīng)變測試裝置的拉扭受力環(huán)，利用杠桿原理將試樣的變形傳遞到傳 感器，從而測量試件的拉伸和扭轉(zhuǎn)變形。由于電解槽16及密封擋板IO具有較厚的側(cè)壁，無 法形成杠桿的支點(diǎn)，將電解槽16側(cè)壁及密封擋板10與陶瓷頂針20連接處設(shè)計(jì)為錐形圓孔， 使陶瓷頂針在電解槽16側(cè)壁和密封擋板10處有足夠的空間靈活移動，保證了測量精度。
拆去拉伸變形傳感器27或扭轉(zhuǎn)變形傳感器14，可用于測量材料在腐蝕環(huán)境下的單軸疲 勞應(yīng)變。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 基于特殊的加載系統(tǒng)，本發(fā)明作了較為完備的密封措施，既能保證拉伸-扭轉(zhuǎn)作用 的加載，也能防止溶液的泄露，具有較高的可靠性。
(2) 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單輕巧，安裝方便，避免了由兩個(gè)感應(yīng)支架的重力引起的測量誤差。
(3) 由于陶瓷頂針在測試過程中始終浸泡在腐蝕溶液中，采用硬度較高的圓柱形陶瓷頂 針，避免頂針的腐蝕以及試樣與頂針間的局部原電池效應(yīng)，延長了應(yīng)變測試裝置的使用壽命。
(4) 拉伸變形測試器和扭轉(zhuǎn)變形測試器位于電解槽外側(cè)，具有較好的安全性，通過調(diào)整 圓柱形陶瓷頂針上的拉扭受力環(huán)位置和電解槽直徑可靈活調(diào)整測試范圍。(5)本發(fā)明能在腐蝕環(huán)境下對各種金屬材料的單軸或多軸變形進(jìn)行測量，測量范圍廣， 使用壽命長，精度高，動態(tài)響應(yīng)特性較好。


圖l是拉-扭腐蝕疲勞試驗(yàn)應(yīng)變測試系統(tǒng)示意圖。
其中，l螺栓，2下支撐板，3螺栓，4上支撐板，5螺栓，6螺釘，7有機(jī)玻璃板，8下 密封圈，9導(dǎo)液口， IO密封擋板，ll螺栓，12下感應(yīng)支架，13緊固螺栓，14扭轉(zhuǎn)變形傳感 器，15立柱，16電解槽，17外密封圈，18上密封圈，19試樣，20陶瓷頂針，21側(cè)密封圈， 22螺栓，23上感應(yīng)支架，24螺栓，25扭轉(zhuǎn)變形感應(yīng)板，26拉伸變形感應(yīng)板，27拉伸變形傳 感器，28緊固螺栓。
圖2是支撐板和電解槽間密封系統(tǒng)示意圖。
其中，4上支撐板，5螺栓，6螺釘，7有機(jī)玻璃板，17外密封圈，8下密封圈，19試樣， 18上密封圈，9導(dǎo)液口， 16電解槽。
圖3是有機(jī)玻璃板示意圖。
其中，29試樣插孔，30上密封圈凹槽，31外密封圈凹槽，32螺栓孔，9導(dǎo)液口， 7有機(jī) 玻璃板，33下密封圈凹槽，34螺釘孔。 圖4是電解槽示意圖。
其中，16電解槽，32螺栓孔，35陶瓷頂針插孔，34螺釘孔，29試樣插孔。 圖5是電解槽側(cè)壁與陶瓷頂針間密封系統(tǒng)示意圖。
其中，20陶瓷頂針，16電解槽，21密封圈，IO密封擋板，ll螺栓，22螺栓，12下感 應(yīng)支架，23上感應(yīng)支架。 圖6是上下感應(yīng)支架示意圖。
其中，32螺栓孔，35陶瓷頂針插孔，23上感應(yīng)支架，12下感應(yīng)支架，36拉伸感應(yīng)板凹 槽，27拉伸變形傳感器，14扭轉(zhuǎn)變形傳感器。
圖7是實(shí)施例1中拉伸、扭轉(zhuǎn)應(yīng)變測得值與計(jì)算值間的對比。
圖8是實(shí)施例2中拉伸、扭轉(zhuǎn)應(yīng)變測得值與計(jì)算值間的對比。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的制備下支撐板2、上支撐板4、密封擋板10為304奧氏體不銹鋼。系統(tǒng)中采 用的密封圈8、 17、 18、 21均為"O"型密封圈。腐蝕試驗(yàn)用電解槽16、有機(jī)玻璃板7、上下 感應(yīng)支架12、 23材料為有機(jī)玻璃。扭轉(zhuǎn)變形感應(yīng)板25、拉伸變形感應(yīng)板26為45號鋼。系統(tǒng)中所用螺栓、螺釘均為不銹鋼材質(zhì)。為了防止浸沒在腐蝕溶液中的陶瓷頂針發(fā)生腐蝕，提 高應(yīng)變測試裝置的使用壽命，采用非金屬陶瓷材料制作頂針，該種氧化鋁陶瓷材料具有化學(xué) 性質(zhì)穩(wěn)定和機(jī)械強(qiáng)度高的特點(diǎn)。
本發(fā)明的安裝將試樣19穿進(jìn)電解槽16中，將上密封圈18和外密封圈17裝到有機(jī)玻 璃板7上，并使試樣從密封圈內(nèi)穿過，用螺釘6將電解槽16和有機(jī)玻璃板7固定。陶瓷頂針 20與感應(yīng)支架12、 23用螺栓22固定，扭轉(zhuǎn)變形感應(yīng)板25與上感應(yīng)支架23間用螺栓24連 接，兩根陶瓷頂針20套上側(cè)密封圈21和密封擋板10后裝入電解槽16側(cè)壁并用螺栓11固定。 將兩個(gè)下支撐板2固定到兩根立柱15上，并將上支撐板4用螺栓3固定在下支撐板2上。將 安裝好的帶有試樣的電解槽裝好下密封圈8并固定到試驗(yàn)機(jī)下夾頭上，用螺栓5將安裝好的 有機(jī)玻璃板7和電解槽16固定。從拉伸、扭轉(zhuǎn)變形傳感器接口接入傳感器27、 14。
本發(fā)明的使用為了保證拉伸、扭轉(zhuǎn)變形測試器的測量精度，在第一次使用時(shí)應(yīng)進(jìn)行應(yīng) 變標(biāo)定，標(biāo)定工作在大氣環(huán)境下進(jìn)行，由于該應(yīng)變測試裝置的結(jié)構(gòu)特殊，無法將標(biāo)定儀置于 電解槽內(nèi)，因此將陶瓷頂針指向電解槽外側(cè)而上下感應(yīng)支架位于電解槽內(nèi)。標(biāo)定時(shí)，將陶瓷 頂針接觸在標(biāo)定儀上，調(diào)節(jié)標(biāo)定儀的軸向變形和扭轉(zhuǎn)變形，利用杠桿原理將這些軸向變形和 扭轉(zhuǎn)變形傳遞到變形感應(yīng)板并轉(zhuǎn)化為相對位移輸出，測得的位移值與傳感器的電壓信號成線 性關(guān)系。得到的電壓信號經(jīng)直流放大器輸出電壓信號，通過AD轉(zhuǎn)換器將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字 信號，并根據(jù)程序計(jì)算得出試件的拉伸和剪切應(yīng)變，由計(jì)算機(jī)輸出。
實(shí)施例l:
本實(shí)施例中，拉扭疲勞試驗(yàn)試樣直徑為10mm，電解槽內(nèi)徑為130mm。取陶瓷頂針上的拉 扭受力環(huán)為距陶瓷頂針尖端60mm處，此時(shí)，拉伸變形傳感器接口與拉扭受力環(huán)間的距離為 80mm，扭轉(zhuǎn)變形傳感器接口與拉扭受力環(huán)間的距離為50mm。
將陶瓷頂針由內(nèi)而外穿過電解槽側(cè)壁，依次裝上側(cè)密封圈和密封擋板，調(diào)節(jié)陶瓷頂針的 位置，使頂針頂端與電解槽側(cè)壁之間的距離為60mm，將上下感應(yīng)支架固定到陶瓷頂針的另一 側(cè)，將厚度為5mm的長方體金屬塊置于上下感應(yīng)支架之間以保證上下感應(yīng)支架間保持平行并 且兩根陶瓷頂針間的距離為15mm，此時(shí)，上下感應(yīng)支架位于電解槽內(nèi)側(cè)。擰緊側(cè)密封圈上的 螺栓并用AB膠將標(biāo)定儀與陶瓷頂針固定，待膠水干后拆去長方體金屬塊進(jìn)行標(biāo)定，本實(shí)施例 中，直流放大器輸出的電壓信號為5V。
對拉伸、扭轉(zhuǎn)應(yīng)變分別進(jìn)行標(biāo)定，接入拉伸變形傳感器27，調(diào)節(jié)傳感器感應(yīng)端與拉伸變 形感應(yīng)板26之間的距離為零，按動變形傳感器上的歸零按鈕，使傳感器輸出的電壓信號為 0V，改變感應(yīng)端與拉伸變形感應(yīng)板之間的距離，直到變形傳感器上的讀數(shù)為2.5V，用緊固螺栓24固定拉伸變形傳感器感應(yīng)端。接入扭轉(zhuǎn)變形傳感器14，扭轉(zhuǎn)應(yīng)變的標(biāo)定同拉伸應(yīng)變， 所得的拉伸、扭轉(zhuǎn)應(yīng)變與輸出電壓值之間的關(guān)系如圖7所示。由附圖7可以看出，拉應(yīng)變的 測量范圍可達(dá)±2.5%，剪應(yīng)變的測量范圍為±4%,精確度較高，實(shí)驗(yàn)過程中動態(tài)響應(yīng)特性較好。
實(shí)施例2:
本實(shí)施例中，拉扭疲勞試驗(yàn)試樣直徑為10mm，電解槽內(nèi)徑為154mm。取陶瓷頂針上的拉 扭受力環(huán)為距陶瓷頂針尖端72ram處，此時(shí)，拉伸變形傳感器接口與拉扭受力環(huán)間的距離為 68mm，扭轉(zhuǎn)變形傳感器接口與拉扭受力環(huán)間的距離為38mm。
將陶瓷頂針由內(nèi)而外穿過電解槽側(cè)壁，依次裝上側(cè)密封圈和密封擋板，調(diào)節(jié)陶瓷頂針的 位置，使頂針頂端與電解槽側(cè)壁之間的距離為60mm，將上下感應(yīng)支架固定到陶瓷頂針的另一 側(cè)，將厚度為5皿的長方體金屬塊置于上下感應(yīng)支架之間以保證上下感應(yīng)支架間保持平行并 且兩根陶瓷頂針間的距離為15mm,此時(shí)，上下感應(yīng)支架位于電解槽內(nèi)側(cè)。擰緊側(cè)密封圈上的 螺栓11并用AB膠將標(biāo)定儀與陶瓷頂針固定，待膠水干后拆去長方體金屬塊進(jìn)行標(biāo)定，本實(shí) 施例中，直流放大器輸出的電壓信號為5V。標(biāo)定步驟同實(shí)施例1,所得的拉伸、扭轉(zhuǎn)應(yīng)變與 輸出電壓值之間的關(guān)系如附圖8所示。由附圖8可以看出，拉應(yīng)變的測量范圍為土3. 5%，剪應(yīng) 變的測量范圍為±6. 3%，調(diào)整受力環(huán)位置后精確度仍較高。
完成標(biāo)定后，將應(yīng)變測試系統(tǒng)按上述安裝步驟安裝，將厚度為5mm的長方體金屬塊置于 上下感應(yīng)支架之間以保證上下感應(yīng)支架間保持平行并且兩根陶瓷頂針間的距離為15咖，用AB 膠將陶瓷頂針尖端固定在試樣上，所用試樣的材質(zhì)為304奧氏體不銹鋼，待膠水干后拆去長 方體金屬塊，倒入濃度為0. 63mol/L的NaCl溶液，對試樣進(jìn)行拉-扭疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中 無泄漏發(fā)生，僅有少量液體積于上下密封圈之間，因此該應(yīng)變測試裝置的密封性較好，可靠 性較高。由于拉伸變形測試器和扭轉(zhuǎn)變形測試器始終位于電解槽外側(cè)，因此，腐蝕溶液的加 入不會影響測試器的測量精度，具有較好的安全性。
權(quán)利要求
1、一種腐蝕環(huán)境下的拉-扭疲勞實(shí)驗(yàn)的應(yīng)變測試裝置，其特征在于，主要由支撐結(jié)構(gòu)、電解槽、陶瓷頂針、拉伸變形測試器、扭轉(zhuǎn)變形測試器以及密封系統(tǒng)組成；所述的支撐結(jié)構(gòu)由兩根立柱15、及兩根立柱15之間的上支撐板4和兩個(gè)下支撐板2組成，兩個(gè)下支撐板2由螺栓1分別固定在立柱15上，上支撐板4的兩端由螺栓3連接在兩個(gè)下支撐板2上；四個(gè)緊固螺栓5將有機(jī)玻璃板7固定在上支撐板4上，四個(gè)螺釘6將有機(jī)玻璃板7與有機(jī)玻璃板7上的電解槽16連接；所述的密封系統(tǒng)包括底盤密封系統(tǒng)和側(cè)壁密封系統(tǒng)兩部分，底盤密封系統(tǒng)位于上支撐板4與電解槽16之間，試樣19通入電解槽內(nèi)并穿過位于電解槽16和有機(jī)玻璃板7之間的上密封圈18和有機(jī)玻璃板7與上支撐板4之間的下密封圈8，上密封圈18外部設(shè)有一個(gè)外密封圈17，在有機(jī)玻璃板7上位于上密封圈18和下密封圈8之間設(shè)置一個(gè)導(dǎo)液口9；所述側(cè)壁密封系統(tǒng)固定在電解槽16側(cè)壁，兩根陶瓷頂針20的一端依次穿過密封擋板10、上下兩個(gè)側(cè)密封圈21和電解槽16的側(cè)壁伸入電解槽16，伸入電解槽16的部分浸泡在腐蝕溶液中，兩根陶瓷頂針20另一端通過螺栓22分別與兩個(gè)相互平行的上下感應(yīng)支架12、23相連；所述的拉伸變形測試器包括位于上感應(yīng)支架23右端的拉伸變形感應(yīng)板26，以及位于下感應(yīng)支架12上、與拉伸變形感應(yīng)板26對應(yīng)安裝的拉伸變形傳感器27；所述的扭轉(zhuǎn)變形測試器位于上下感應(yīng)支架12、23中部，由上感應(yīng)支架23上的扭轉(zhuǎn)變形感應(yīng)板25和下感應(yīng)支架12上的扭轉(zhuǎn)變形傳感器14組成。
2、 如權(quán)利要求1所述的腐蝕環(huán)境下的拉-扭疲勞實(shí)驗(yàn)的應(yīng)變測試裝置，其特 征在于，所述的陶瓷頂針20為圓柱形，端部為錐形。
3、 如權(quán)利要求1所述的腐蝕環(huán)境下的拉-扭疲勞實(shí)驗(yàn)的應(yīng)變測試裝置，其特 征在于，所述的陶瓷頂針20與電解槽16側(cè)壁及密封擋板10的連接處為錐形圓 孔。
全文摘要
本發(fā)明為一種腐蝕環(huán)境下的拉-扭多軸疲勞試驗(yàn)的應(yīng)變測試裝置，其特征是，帶有底盤密封系統(tǒng)和側(cè)壁密封系統(tǒng)的電解槽固定在試驗(yàn)機(jī)上構(gòu)成支撐結(jié)構(gòu)，底盤密封系統(tǒng)位于支撐板與電解槽之間，由上、下密封圈、有機(jī)玻璃板、外密封圈及導(dǎo)液口組成，側(cè)壁密封系統(tǒng)位于陶瓷頂針與電解槽的交接處，由側(cè)密封圈和密封擋板組成；試樣通入電解槽并穿過底盤密封系統(tǒng)，兩根陶瓷頂針的一端穿過側(cè)壁密封系統(tǒng)伸入電解槽，陶瓷頂針的另一端與兩個(gè)平行的、設(shè)有拉伸變形測試器和扭轉(zhuǎn)變形測試器的上、下感應(yīng)支架相連。本發(fā)明設(shè)計(jì)了較為完善的密封系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在腐蝕環(huán)境下材料拉伸和扭轉(zhuǎn)應(yīng)變的測量，結(jié)構(gòu)簡單、不易泄漏，測量范圍廣，精度較高。
文檔編號G01N3/00GK101620043SQ20091005454
公開日2010年1月6日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者涂善東, 王正東, 賈九紅, 軒福貞, 黃毓暉 申請人:華東理工大學(xué)