[发明专利]一种腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置

说明书

本发明涉及腐蚀疲劳裂纹测量领域，具体为一种腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，适用于柔度法测量材料的腐蚀疲劳裂纹扩展速率及门槛值，解决现有技术在装夹试样时对疲劳试验机的加载方向有特殊要求，或者在装夹引申计时需要修改柔度公式的参数以及溶液易泄露等问题。该装置包括载荷施加系统、裂纹检测系统和温度控制系统。本发明装置操作、安装使用简便，使用常规立式疲劳试验机即可在溶液中加载CT试样，有效避免了溶液的泄露，无需修改柔度公式，适用于常温或高温溶液下柔度法计算材料的腐蚀疲劳裂纹扩展速率及门槛值的测试。其温度控制准确，既可测量常温溶液也可测量高温溶液下材料的腐蚀疲劳裂纹扩展速率和门槛值，易于实时观察试样的腐蚀状态。

技术领域

本发明涉及腐蚀疲劳裂纹测量领域，具体为一种腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，适用于柔度法测量材料的腐蚀疲劳裂纹扩展速率及门槛值。

背景技术

疲劳裂纹的测量一直是疲劳断裂研究工作者所关心的问题之一，通常用目测法、电位降法和柔度法来测量疲劳裂纹。其中，目测法需要试验人员实时观察并记录裂纹的长度，工作量较大，在腐蚀环境下用目测法观测裂纹长度容易产生较大误差。电位降法对于腐蚀介质中的疲劳试验，需要考虑试样与夹持系统间的绝缘问题以及导线与试样焊接点的绝缘问题等。上述问题的存在，使得这些方法在检测腐蚀疲劳裂纹时受到了限制。

柔度法测量疲劳裂纹方便、准确而被广泛应用，任何结构或试件在外载作用下，均会产生一定的变形，变形量除以对应载荷的值定义为柔度,它反映了该构件变形的能力。当构件中产生裂纹或裂纹发生变化，其柔度也会发生变化，柔度的变化可以用来监测裂纹的变化。对于标准试件的疲劳试验，作用在试件上的是一个循环载荷，相应也将产生一个循环位移，可以用对应任一载荷变化ΔP产生的位移变化ΔL，来求试件的弹性柔度U＝f(ΔL/ΔP)。对于紧凑拉伸(CT)试样，柔度与归一化裂纹长度关系为：a/W＝C₀+C₁U+C₂U²+C₃U³+C₄U⁴+C₅U⁵。ISO11782-2和GB/T 20120.2均推荐使用柔度法测量腐蚀疲劳裂纹长度，但在腐蚀环境下测量疲劳裂纹长度时，为了防止溶液泄露和裂纹张开位移(COD)规刀口的腐蚀，需要使用卧式疲劳试验机，或者对CT试样缺口端形状进行较大改动，才能将COD规装卡在CT试样上。但随着COD规装卡位置或试样形状的改变，柔度系数发生较大的变化，必须求出相应的柔度系数，才能进行腐蚀环境下试验，然而准确计算不同形状试样的柔度系数需要进行大量的有限元模拟和计算，操作难度较大。

截止到目前，鲜有报道使用普通的立式疲劳试验机和标准CT试样，无需修改柔度系数即可准确测量腐蚀疲劳裂纹的方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明主要目的在于提供一种腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，解决现有技术中对疲劳试验机有特殊要求、在装夹引申计时需要修改柔度系数以及溶液易发生泄露的问题，该装置可以准确测量腐蚀疲劳裂纹长度和控制溶液的加热温度。

本发明的技术方案如下：

一种腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，该装置包括载荷施加系统、裂纹检测系统和温度控制系统，其中：

载荷施加系统设有用来加载CT试样的一组U型夹具，U型夹具为上U型夹具和下U型夹具上下设置结构，下U型夹具底部带有突台，用来承载环境盒；

裂纹检测系统设有用来防止溶液泄露的内置螺纹管、外接螺纹管，内置螺纹管安装在环境盒的内侧壁，外接螺纹管安装在环境盒的外侧壁；在螺纹管底部的圆形槽内放置O型圈，通过圆形胶皮盖住O型圈，并旋紧外接螺纹管，使胶皮压紧O型圈；圆形胶皮的一侧为CT试样的缺口端，CT试样的缺口端加工内螺纹孔，圆形胶皮的另一侧为两个刀片，刀片压住圆形胶皮，使用螺钉旋紧并固定在CT试样的缺口端的内螺纹孔处，COD规的刀口卡扣在刀片上；