[发明专利]一种应力腐蚀裂纹尖端监测装置

说明书

本发明属于应力腐蚀检测技术领域，具体涉及一种应力腐蚀裂纹尖端开裂原位监测装置，该检测装置采用数字图像相关、声发射以及电化学技术。包括应力腐蚀加载系统、数字图像相关（DIC）测试系统、电化学测试系统、声发射测试系统；应力腐蚀加载系统包括拉压试验机、试样固定夹具、夹持底座和腐蚀液池；数字图像相关测试系统包括高速相机、图像采集系统；电化学测试系统包括加载试样、自制铱电极、参比电极、辅助电极和电化学工作站；声发射测试系统包括声发射探头、放大器和声发射卡。本发明解决了应力腐蚀裂纹萌生与扩展过程中单一监测方法的弊端，通过对应力腐蚀裂纹尖端萌生、裂纹扩展过程监测，对应力腐蚀现象进行深入研究。

技术领域

本发明属于应力腐蚀检测技术领域，具体涉及一种应力腐蚀裂纹尖端开裂原位监测装置，该检测装置采用数字图像相关、声发射以及电化学技术。

背景技术

应力腐蚀（SCC）开裂是介质和应力交互作用导致的腐蚀失效行为，广泛发生于船舶、化工、海洋工程。金属表面的钝化膜在应力作用下局部破坏，局部破坏裂纹沿着与应力垂直方向向基体方向纵深发展，当材料在复杂环境中服役时，就会在低应力下发生断裂，并且应力能使腐蚀速率升高。应力腐蚀是没有预兆的破坏方式，能够导致材料脆化，一旦产生，裂纹扩展速率快，造成破坏的应力远小于屈服应力。对于金属材料的应力腐蚀裂纹尖端开裂的监测，研究一种原位监测系统，实现力学、光学(图像)、声学、电化学等多种信息的同步监测，研究材料裂纹萌生与扩展的规律，对于应力腐蚀的研究，以及设备极端环境下服役寿命研究具有重要意义。

针对材料应力腐蚀开裂行为，现有的测试方法以电化学测试居多，尽管电化学原位测试方法可以从电化学角度分析材料在应力腐蚀过程中的腐蚀与开裂行为，但是单一的电化学信息无法全面有效地描述应力腐蚀发生时的全部信息。单一方法的原位监测装置限制了对材料应力腐蚀开裂行为的进一步认识，迫切需要研发多功能联用的原位监测装置。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种应力腐蚀裂纹尖端开裂原位监测装置，该检测装置采用数字图像相关、声发射以及电化学技术。具有设计结构简单、操作使用灵活、试样尺寸可合理调整、加载速率可控制、可更换腐蚀介质等特点，解决了应力腐蚀裂纹萌生与扩展过程中单一监测方法的弊端，通过对应力腐蚀裂纹尖端萌生、裂纹扩展过程监测，对应力腐蚀现象进行深入研究。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种应力腐蚀裂纹尖端开裂的原位监测系统，所述原位监测系统采用数字图像相关、声发射、电化学三种技术；所述原位监测系统包括应力腐蚀加载系统、数字图像相关测试系统、电化学测试系统、声发射测试系统；

将应力腐蚀试样作为所述电化学测试系统的工作电极，所述电化学测试系统用于监测应力腐蚀加载过程中应力腐蚀试样裂纹尖端区域溶液环境变化的电化学信号；

所述应力腐蚀加载系统用于对所述应力腐蚀试样在腐蚀环境下进行慢应变速率压载荷试验，并记录载荷施加过程中应力腐蚀试样的位移-载荷曲线；

所述数字图像相关测试系统用于在应力腐蚀加载过程中，原位实时连续采集应力腐蚀试样表面形貌以及裂纹扩展变化图像，并利用常规技术进行分析比对处理；

所述声发射测试系统用于获取应力腐蚀加载过程中应力腐蚀试样因内部组织变形以及裂纹萌生与扩展时产生能量而出现的声发射信号，并对时间-振铃计数曲线，时间-幅值曲线进行分析，通过曲线斜率的变化分析试样所处变化阶段；

所述应力腐蚀加载系统、所述数字图像相关测试系统、所述电化学测试系统和所述声发射测试系统同步监测实验过程中应力腐蚀试样裂纹萌生与扩展时的各类数据信息，实现力学、光学、声学、电化学信号的原位同步监测。

进一步地，所述应力腐蚀加载系统包括：慢应变拉压试验机、方形加载压头、楔形块、腐蚀溶液池、试样固定夹具以及底座；

所述方形加载压头和所述底座分别设置在所述慢应变拉伸试验机的上部和下部；所述方形加载压头和用于加载的所述楔形块相接触；所述试样固定夹具用于固定所述应力腐蚀试样；