一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置

摘要

一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：包括可旋转圆盘、上拉伸杆、上支撑台、下拉伸杆、下支撑台、支架、腐蚀溶液容器、通排气装置、气体压力探头级控制系统、电化学测量电极、液压油缸、应力数值显示系统，形变测量计；此设计可实现腐蚀环境的控制，控制简单方便，成本低廉，同时其可以实现对应力、应变量的精确测量和控制。

说明书

技术领域

本设计涉及一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，属于腐蚀与防护、材料失效与分析技术领域。

背景技术

应力与腐蚀介质具有显著的协同效应，两者耦合作用下金属材料的腐蚀失效会明显加剧，因此明确应力与腐蚀介质协同作用下金属材料的腐蚀特征、失效规律等具有重要的科学意义。给金属材料添加应力、并将应力与腐蚀介质共同作用于金属材料是开展相关实验的关键，但专业化的应力腐蚀实验装置价格昂贵，而常规的C型环实验等不能准确的测量试样的应力、应变值，不利于明确应力与腐蚀介质协同作用下材料的失效特征及规律。因此，开发出能够有效测量试样应力、应变状态的廉价实验装置对广泛开展应力与腐蚀介质协同作用下材料的失效分析具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本设计的目标是提供一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，通过液压系统对试样施加荷载，可实现对应力、应变的精确控制；借助通气、排气系统和气体压力监测系统，可以排出腐蚀溶液中的氧，并且对容器中CO₂、H₂S等腐蚀性的气体介质的分压进行精确控制。

为实现上述目的，本设计是通过以下技术手段来实现的：

一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：包括可旋转圆盘、上拉伸杆、上支撑台、下拉伸杆、下支撑台、支架、腐蚀溶液容器、通排气装置、气体压力探头级控制系统、电化学测量电极、液压油缸、应力数值显示系统，形变测量仪；

所述腐蚀溶液容器为球形透明玻璃钢容器，在所述腐蚀溶液容器设有两个轴对称试样贯通口、通气装置接口、排气装置接口、辅助电极接口、参比电极接口和气体压力探头及控制系统；所述试样贯通口、通气装置接口、排气装置接口、辅助电极及接口、参比电极接口用橡皮塞和硅胶密封，在所述通气装置接口、排气装置接口安装有通排气装置，在所述辅助电极接口、参比电极接口安装有辅助电极和参比电极组成电化学测量电极；所述支架呈伞状，所述上支撑台连接于支架顶部，所述下支撑台连接于支架中部，所述下拉伸杆以螺纹连接的方式连接于所述下支撑台上，所述上支撑台设有圆孔，液压油缸外筒焊接在上支撑台的圆孔内，所述可转动圆盘与液压油缸内筒固定连接，所述上拉伸杆以螺纹连接的方式连接于所述可转动圆盘上，所述上拉伸杆、下拉伸杆、上支撑台圆孔的圆心位于同一直线上；在所述上拉伸杆、下拉伸杆的自由端部设有连接应力腐蚀试样的槽口，应力腐蚀试样贯穿所述试样贯通口连接于槽口上；

所述液压油缸还设有液压油泵送接口和应力数值显示系统，液压油泵送接口通过液压胶管将液压油缸和储油筒链接，在所述储油筒上设有手动液压操控杆，在手动操控杆的固定端设置指针，在手动操控杆的转动轴处固定刻度盘，指针和刻度盘组成形变测量仪，将手动操控杆的转动角度转化为金属试样的形变量，实现对应力腐蚀试样形变量的监测。

进一步地：

所述的一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：所述下支撑台为坡度为10度的锥形坡面。

所述的一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：所述上支撑台、下支撑台的自由端的槽口宽度为5mm，深度为40mm，并在垂直于槽口的平面内加工两个直径为6mm的贯通圆孔。

所述的一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：所述应力腐蚀试样用销钉通过贯通圆孔连接于所述上拉伸杆、下拉伸杆的槽口上。

所述的一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：所述液压油缸外筒与液压油缸内筒间具有一定的间隙。

所述的一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：所述上拉伸杆、下拉伸杆、上支撑台、下支撑台的材料为不锈钢。

所述的一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：所述上支撑台的直径为200mm，下支撑台的直径为300mm。

所述的一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：所述支架为三个，均布在上支撑台、下支撑台的圆周上。

本发明的有益效果是：可实现腐蚀环境的控制，本实验装置可通过通气装置排出腐蚀溶液中的氧，结合气体压力监测及控制系统可调节容器中CO₂、H₂S等腐蚀性的气体介质的分压，进而准确控制腐蚀环境；控制简单方便，该实验装置仅需要用销钉固定金属试样，试样安装方便，该装置通过手动液压操纵杆即可实现对金属试样的加载；成本低廉，该实验装置结构简单，成本低廉，相对于专业的应力加载仪器，该实验装置成本具有显著的成本优势，同时其可以实现对应力、应变量的精确测量和控制。

附图说明

图1为本设计总体结构组成示意图，图2为腐蚀溶液容器结构示意图，图3为下拉伸杆与下支撑平台的装配图示意图，图4 为手动操控杆转动轴处的形变测量仪结构示意图。

附图标号的含义如下：1-可转动圆盘，2-上拉伸杆，3-上支撑台，4-下拉伸杆，5-下支撑台，6-支架，7-试样安装销钉，8-应力腐蚀试样，9-腐蚀溶液容器，10-液压油缸外筒，11-液压油缸内筒，12-液压油泵送接口，13-辅助电极及接口， 14-通气装置接口，15-试样贯通口，16-参比电极接口，17-排气装置接口，18-气体压力探头及控制系统，19-储油筒，20-刻度盘，21-手动液压操控杆，22-指针。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对设计作进一步的说明。

如图1所示，一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：包括可旋转圆盘1、上拉伸杆2、上支撑台3、下拉伸杆、下支撑台5、支架6、腐蚀溶液容器9、通排气装置、气体压力探头级控制系统18、电化学测量电极、液压油缸、应力数值显示系统、形变测量仪；

所述腐蚀溶液容器9为球形透明玻璃钢容器，在所述腐蚀溶液容器9设有两个轴对称试样贯通口15、通气装置接口14、排气装置接口17、辅助电极接口13、参比电极接口16和气体压力探头级控制系统18，所述试样贯通口15、通气装置接口14、排气装置接口17、辅助电极及接口13、参比电极接口16用橡皮塞和硅胶密封，在所述通气装置接口14、排气装置接口17安装有通排气装置，在所述辅助电极接口13、参比电极接口16安装有辅助电极和参比电极组成电化学测量装置；所述支架6呈伞状，所述上支撑台3连接于支架1顶部，所述下支撑台5连接于支架1中部，所述下拉伸杆4以螺纹连接的方式连接于所述下支撑台5上，所述上支撑台3设有圆孔，液压油缸外筒10焊接在上支撑台3的圆孔内，所述可转动圆盘1与液压油缸内筒11固定连接，所述上拉伸杆2以螺纹连接的方式连接于所述可转动圆盘上1，所述上拉伸杆2、下拉伸杆4、上支撑台3圆孔的圆心位于同一直线上；在所述上拉伸杆2、下拉伸杆4的自由端部设有连接应力腐蚀试样8的槽口，应力腐蚀试样8贯穿所述试样贯通口15连接于槽口上；

所述液压油缸还设有液压油泵送接口12和应力数值显示系统，液压油泵送接口12通过液压胶管将液压油缸和储油筒链接，在所述储油筒上设有手动液压操控杆21，在手动操控杆21的固定端设置指针22，在手动操控杆的转动轴处固定刻度盘20，指针22和刻度盘20组成形变测量仪，将手动操控杆21的转动角度转化为金属试样的形变量，实现对应力腐蚀试样8形变量的监测。

实施过程如下：应力腐蚀试样8一端穿过试样贯通口15的橡皮塞，用硅胶密封应力腐蚀试样8与橡皮塞的缝隙，然后将橡皮塞装配在腐蚀溶液容器9试样贯通口15上，在应力腐蚀试样8的另一端装配橡皮塞并用硅胶密封应力腐蚀试样8与橡皮塞间隙。

分别转动上拉伸杆2和下拉伸杆4，使两拉伸杆的槽口在同一平面，且两槽口中开孔位置与应力腐蚀试样8开的圆孔对齐，分别用销钉将应力腐蚀试样8上下端销紧在上拉伸杆2和下拉伸杆4上。

上拉伸杆2通过螺纹固定在可转动圆盘1中心，下拉伸杆4以螺纹固定在下支撑台5中心，通过上、下拉伸杆的旋转调节高度和槽口位置以装配应力腐蚀试样8。

液压油泵送接口12通过液压胶管将液压油缸和储油筒链接，通过手动液压操控杆21操纵液压油缸内筒11的升降。该实验装置通过液压油缸内筒11的上下运动带动可转动圆盘1在竖直方向上的运动，进而带动上拉伸杆2的上下运动，以实现对应力腐蚀试样8施加拉应力和卸载。

液压油缸、储油筒、手动液压操控杆21、应力数值显示系统等为现有技术锚杆拉拔仪的基本构件，可通过锚杆拉拔仪实现相应的功能。在锚杆拉拔仪的手动液压操控杆21的固定端处固定一指针22，在手动液压操控杆21的转动轴处固定一同圆心的刻度盘20。通过试验校准操控杆的转动角度与液压油缸内桶升降距离间的关系，将校准后内桶升降距离标定在刻度盘相应的转动角度处。关闭液压系统卸荷阀，通过手动液压操纵杆对金属试样施加荷载，应力数值显示系统显示对腐蚀试样8施加的应力，形变测量仪显示腐蚀试样8的变形量，实现对应力腐蚀试样8形变量的监测。

腐蚀溶液容器9具有密闭性，可以经过通气装置通入适当气体排除溶液中的氧气。

借助通排气装置和气体压力探头级控制系统18，可以对腐蚀溶液容器9中CO₂、H₂S等腐蚀性的气体介质的分压进行调节。

借助辅助电极和参比电极，可以对承受拉应力的应力腐蚀试样8的腐蚀特征进行电化学测量。

进一步地：

所述的一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：所述下支撑台5为坡度为10度的锥形坡面。

腐蚀溶液可以自动流下，减少实验过程中的腐蚀性溶液对实验装置的腐蚀。

所述的一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：所述上支撑台3、下支撑台5的自由端的槽口宽度为5mm，深度为40mm，并在垂直于槽口的平面内加工两个直径为6mm的贯通圆孔。

所述的一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：所述应力腐蚀试样8用销钉通过贯通圆孔连接于所述上拉伸杆2、下拉伸杆4的槽口上。

所述的一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：所述液压油缸外筒10与液压油缸内筒11间具有一定的间隙。

液压油缸外筒与内筒间具有足够的间隙，当打开液压系统卸荷阀时，该装置可迅速自动卸荷。

所述的一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：所述上拉伸杆2、下拉伸杆4、上支撑台3、下支撑台5的材料为不锈钢。

不锈钢增加实验装置的耐腐蚀性。

所述的一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：所述上支撑台3的直径为200mm，下支撑台5的直径为300mm。

所述的一种恒定拉应力作用下金属材料的腐蚀实验装置，其特征在于：所述支架6为三个，均布在上支撑台3、下支撑台5的圆周上。

三角形增加装置的稳定性。

以上显示和描述了本设计的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本设计不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本设计的原理，在不脱离本设计精神和范围的前提下，本设计还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本设计范围内。本设计要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。