一种高压可控温的材料腐蚀疲劳试验装置

1.本发明涉及材料试验装置，具体涉及高压可控温的材料腐蚀疲劳试验装置。


背景技术：

2.随着我国对海洋油气资源开发力度的加大，大量海洋工程设备投入使用，但海洋环境恶劣，在海水长期腐蚀和风浪重复载荷作用下，这些设备极易出现破坏。为了确保设备的运行稳定性和安全性，对制造设备所采用的材料提出了抗腐蚀和抗疲劳的要求，因此，需要能够对材料进行腐蚀疲劳试验的装置以研究材料的相关性能。
3.目前已有多种材料腐蚀疲劳试验装置，但大多数试验装置功能单一，不能满足复杂多变的深海环境模拟需要，且缺乏配套的试验过程记录设备。例如专利cn212748678u设计了一种腐蚀循环疲劳试验机，其优点是能够在试验过程中自动添加和导出腐蚀液，且结构简单，实用性强。但其缺点在于只能进行常温常压下的试验，无法模拟高温高压或低温高压等复杂环境。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够模拟深海环境的高压可调节温度的腐蚀疲劳试验装置，能够观测试验过程中材料裂纹的产生与发展。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
5.一种高压可控温的材料腐蚀疲劳试验装置，包括腐蚀疲劳机和腐蚀溶液加压控温仪，其中，腐蚀疲劳机包括升降框架、反应釜11、密封盖组件、疲劳试验组件、动力组件，其特征在于，
6.升降框架包括上层平台4、下层平台49和由升降杆5和液压缸8组成的升降组件；上层平台4和下层平台49通过升降杆5固定连接；升降杆5和液压缸8连接，通过液压缸8控制升降杆5的运动；
7.动力组件位于升降框架的上层平台4上，包括伺服液压工作箱3、电动机2、动力单元1、电动机基座20；电动机2与伺服液压工作箱3通过转轴22连接；动力单元1与伺服液压工作箱3通过油管21相连；
8.密封盖组件位于升降框架的下层平台49上，随着升降框架的运动靠近或者远离反应釜11；密封盖组件包括密封盖32、固定连杆13、测量板30、底盘12；密封盖32与底盘12通过固定连杆13连接；测量板30固定在固定连杆13之间，测量板30上标有横轴和纵轴相互垂直的刻度，用于辅助观测材料试件34的实时应变和裂纹的形成与发展；密封盖32上设置有进液孔25和密封孔26，进液孔25和密封孔26上都设置有匹配的密封件，进液孔25通过一根柔性管42与腐蚀溶液加压控温仪相连，用于向反应釜11内加注腐蚀溶液并加压；
9.疲劳试验组件通过驱动杆19与动力组件上的动力单元1相连，疲劳试验组件包括夹持在材料试件34两端的上夹具33和下夹具36，上夹具33固定在拉杆27下部，拉杆27通过调节套筒16和上连接杆17连接在驱动杆19的下部，调节套筒16用于调整拉杆27的竖向位
置；下夹具36通过下连接杆37连接到密封盖组件上的底盘12；
10.拉杆27穿过密封盖上的开孔与上夹具33连接；在拉杆27上连接有横杆15，在横杆处设置有位移传感器14，横杆15通过横杆套筒28与拉杆27相连；
11.动力单元1控制驱动杆19竖向运动，进而带动拉杆27竖向运动，实现对材料试件34施加循环载荷，进行疲劳试验；
12.腐蚀溶液加压控温仪包括腐蚀溶液箱40、控温加压工作箱38和水泵；控温加压工作箱38用于实现腐蚀溶液的温度控制，水泵用于加液功能；腐蚀溶液箱40用于储存腐蚀溶液。
13.进一步地，还包括第一力传感器，用于监测密封盖与反应釜之间的压力。
14.进一步地，还包括第二力传感器，设置在驱动杆和上连接杆之间，用于监测实验力的大小。
15.进一步地，在底盘的底面设置有温度传感器和压力传感器，用于实时监测反应釜内的温度和压力，监测信号被送入控温加压工作箱的控制器。
16.进一步地，反应釜使用透明保温材料制成。
17.进一步地，还包括视频采集器，用于采集材料试件的变化情况。
18.本发明与现有技术相比具有以下优点：
19.(1)本发明可以同时进行腐蚀试验和疲劳试验，准确模拟真实的深海环境，提高试验结果可信度。
20.(2)本发明可对反应釜内的压力和温度进行调节，涵盖低温到高温，拓宽了试验的范围，具备更广的应用性。
21.(3)本发明利用工业相机和测量板可以记录试件在整个试验过程中的实时应变，并观测试件上裂纹的产生与发展。
22.(4)本发明将腐蚀溶液密封在反应釜中，避免试验过程中溶液溅出，提高了安全性。
23.(5)本发明操作简单，自动化程度高，可以通过计算机配合各个传感器实现对载荷、温度、压力的精确控制。
24.(6)可更换夹具，满足不同材料试件的试验需求，并且可以只进行拉伸试验，应用范围广泛。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
26.图1为本发明提供的材料高压可控温腐蚀疲劳试验装置的一种优选实施方式的结构示意图；
27.图2为本发明提供的腐蚀疲劳机的一种优选实施方式的结构示意图；
28.图3为本发明提供的密封盖组件及疲劳试验组件的一种优选实施方式的结构示意图；
29.图4为本发明提供的密封盖组件及疲劳试验组件的一种优选实施方式的结构示意图；
30.图5为本发明提供的动力组件的一种优选实施方式的结构示意图；
31.图6为本发明提供的底盘底面的压力传感器和温度传感器的一种优选实施方式的结构示意图；
32.图7为本发明提供的腐蚀溶液加压温控仪的一种优选实施方式的结构示意图；
33.图8为本发明提供的视频采集器的一种优选实施方式的结构示意图；
34.图中的附图标记分别表示如下：
35.1-动力单元；2-电动机；3-伺服液压工作箱；4-上层平台；5-升降杆；6-固定螺栓；7-第一力传感器；8-液压缸；9-基座；10-底座；11-反应釜；12-底盘；13-固定连杆；14-位移传感器；15-横杆；16-调节套筒；17-上连接杆；18-第二力传感器；19-驱动杆；20-电动机基座；21-油管；22-转轴；23-位移传感器探头；24-垫片；25-进液孔；26-密封孔；27-拉杆；28-横杆套筒；29-密封圈；30-测量板；31-密封槽；32-密封盖；33-上夹具；34-材料试件；35-销钉；36-下夹具；37-下连接杆；38-控温加压工作箱；39-中控屏；40-腐蚀溶液箱；41-出口接头；42-柔性管；43-螺栓接头；44-工业相机；45-三脚架；46-温度控制旋钮；47-温度传感器；48-压力传感器。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.本发明提供了一种高压可控温的材料腐蚀疲劳试验装置，如图1-8所示，包括腐蚀疲劳机，腐蚀溶液加压控温仪，视频采集器。腐蚀疲劳机包括升降框架、反应釜组件、密封盖组件、疲劳试验组件、动力组件。
38.升降框架包括基座9、上层平台4、下层平台49和由升降杆5、液压缸8、第一力传感器7组成的升降组件。上层平台4与下层平台49安装在升降杆上，通过固定螺栓6固定位置；升降杆5和液压缸8连接，通过液压缸8控制升降杆5的运动。
39.动力组件位于升降框架的上层平台4上，主要包括伺服液压工作箱3、电动机2、动力单元1、电动机基座20。电动机2与伺服液压工作箱3通过转轴22连接；动力单元1与伺服液压工作箱3通过油管21相连。动力单元1控制驱动杆19上下运动，进而最终带动拉杆27上下运动，实现对材料试件34施加循环载荷，进行疲劳试验。
40.密封盖组件位于升降框架的下层平台49上，随着升降框架的运动靠近或者远离反应釜11。密封盖组件主要包括密封盖32、固定连杆13、测量板30、底盘12。密封盖32与底盘12通过四根固定连杆13连接；测量板30安装在后侧的两根固定连杆13之间，测量板30上标有横轴和纵轴两条相互垂直的刻度，用于辅助观测材料试件34的实时应变和裂纹的形成与发展；密封盖32上设置有进液孔25和密封孔26，进液孔25和密封孔26上都设置有匹配的密封件，进液孔25通过一根柔性管42与腐蚀溶液加压控温仪相连，用于向反应釜11内加注腐蚀溶液并加压；底盘12的底面设置有温度传感器47和压力传感器48，用于实时监测反应釜11
内的温度和压力。
41.疲劳试验组件位于密封盖组件与动力组件之间，通过驱动杆19与动力组件上的动力单元1相连，通过下连接杆37与密封盖组件上的底盘12连接。驱动杆19、第二力传感器18、上连接杆17、调节套筒16、拉杆27依次连接，其中调节套筒16可以调整拉杆27的上下位置，方便材料试件34的拆卸与安装，也可以通过更换夹具，使用不同的试件进行疲劳试验；第二力传感器18用于实时监测实验力的大小。拉杆27穿过密封盖上的开孔与上夹具33连接；下夹具36与下连接杆37连接。位移传感器14安装在横杆15的两端，横杆15通过横杆套筒28与拉杆27相连，其中位移传感器14包括位移传感器探头23和垫片24。
42.反应釜组件包括反应釜11和底座10，底座10固定在基座9之上，反应釜11嵌在底座10里，试验过程中限制反应釜11的运动，试验结束之后可将反应釜11拔出清洗。反应釜11使用透明保温材料制成，一方面是为了能够利用工业相机44清晰地观察试件的实时应变和裂纹的产生与发展，另一方面为了保持釜内温度始终满足试验的预设要求。
43.腐蚀溶液加压控温仪包括腐蚀溶液箱40、中控屏39、温度控制旋钮46、控温加压工作箱38。控温加压工作箱38集成加热和制冷设备用于实现腐蚀溶液的温度控制(0-500℃)，同时集成了水泵用于实现加液功能；中控屏39用于控制腐蚀溶液加压控温仪的开启与关闭、开始加液、停止加液等功能；腐蚀溶液箱40用于储存腐蚀溶液；温度控制旋钮46用于快速地调节设定的温度。
44.视频采集器包括工业相机44、三脚架45。
45.本发明提供的高压可控温的材料腐蚀疲劳试验装置的操作步骤如下：首先，准备材料试件34，操作调节套筒16调整拉杆位置，方便将材料试件34利用销钉35固定在上夹具33和下夹具37之间，再操作调节套筒16使得材料试件34略受张力(小于150n)，通过电脑控制系统对位移传感器14进行调零；接着，启动升降组件，使得密封盖32和反应釜11紧密贴合，试验中升降框架将施加额外下压力，确保密封盖32和反应釜11始终压紧，并通过第一力传感器7监测密封盖32与反应釜11之间的压力；然后，将试验溶液通过控温加压工作箱38加热或制冷到所需温度，并打开进液孔25和密封孔26，将试验溶液通过进液孔25输入到反应釜11中，同时将釜内空气排尽，此时关闭密封孔26再继续加液以增加釜内压力，通过底盘底面的压力传感器48可以实时获取釜内压力数据，达到设定压强后(限定最高压强为50mpa)，停止加液，关闭进液孔25；然后调整三脚架45高度和工业相机44的位置，开启工业相机44，使得镜头尽量对准材料试件34；最后，启动动力组件1，使之带动疲劳试验组件对材料试件34施加循环载荷，并通过第二力传感器18监测施加的力的大小，直到试验结束；试验结束后保存视频和试验数据，打开进液孔25泄压，升高升降框架，拆除材料试件34，完成设备清洁。