用于批量金属线材拉伸周期喷淋式应力腐蚀试验装置及试验方法与流程

1.本发明属于金属线材应力腐蚀技术领域，特别涉及一种金属线材拉伸应力腐蚀试验装置及方法。


背景技术：

2.应力腐蚀是指金属部件在应力和腐蚀介质的共同作用下，造成金属部件失效的过程。应力造成金属腐蚀电流密度增加，腐蚀电位降低，导致金属腐蚀速度加快，加剧锈蚀对金属力学性能的影响。目前，金属材料的恒负载拉伸应力腐蚀试验需要借助大型专用设备完成，使用不便。尽管国内外已经研制出弹簧恒载应力腐蚀试验装置，但对于试件数量较多、环境因素复杂的情况难以胜任。
3.另一方面，盐雾腐蚀液箱可以满足腐蚀环境介质的要求，但由于其内部空间狭小，难以实现应力和腐蚀介质共同作用，且无法实时监控锈蚀状态。


技术实现要素：

4.针对现有装置所存在的问题，本发明提供了一种加载恒定、自动周期喷淋、循环利用腐蚀溶液的并能同时进行大批量试件腐蚀的拉伸应力腐蚀试验装置，该装置可以用来研究不同应力比、干湿交替次数、腐蚀龄期等因素对金属线材应力腐蚀性能的影响及作用机理,同时可进行电化学测试试验。
5.为了实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于批量金属线材拉伸周期喷淋式应力腐蚀试验装置，包括：试验架，包括第一固定支架、第二固定支架和设置在第一固定支架和第二固定架之间的传力连接件；所述第一固定架上设有多个并排布置的槽孔；多根所述金属线材的一端连接在第一固定支架上的槽孔中，且与所述第一固定支架之间能够实现轴向固定；多根所述金属线材的另一端通过所述传力连接件与所述第二固定支架上的施力杆传力连接；所述施力杆用于对金属线材施加轴向预应力；应力片，设置在金属线材上，用于检测金属线材的应力；腐蚀液喷淋装置，用于对金属线材进行自动周期喷淋，以模拟干湿交替的腐蚀环境，包括：水管支架，围设在所述试验架上方，水管支架上位于所述金属线材的上方设有沿金属线材长度方向间隔布置的喷淋水管，喷淋水管上沿金属线材长度方向均匀间隔布设有多个角度可调的雾化喷头；所述喷淋水管一端封堵，另一端通过第一水泵与腐蚀液箱连接；定时开关，与所述第一水泵连接。
6.金属线材的两端做墩头处理，所述第一固定支架上的所述槽孔为第一葫芦孔，金属线材的一端嵌设在所述第一葫芦孔中；
所述传力连接件包括平行设置的两块刚性连接板，分别是第一刚性连接板和第二刚性连接板，两块刚性连接板之间通过螺栓实现相对固定，其中，临近第一固定支架设置的所述第一刚性连接板上开设多个第二葫芦孔；临近第二固定支架设置的所述第二刚性连接板上设有与所述施力杆连接的螺纹孔；第一刚性连接板上多个所述第二葫芦孔以第二刚性连接板上的所述螺纹孔呈中心对称布置。
7.所述施力杆为螺杆，所述第二固定支架设有多个供所述螺杆穿过的孔洞，所述螺杆一端与所述第二刚性连接板上螺纹孔连接，另一端穿过第二固定支架上的所述孔洞后连接有套筒和施力螺帽。
8.所述试验架包括第一试验架和第二试验架，其中，第一试验架上用于放置多根x向布置的金属线材；第二试验架上用于放置多根y向布置的金属线材；所述x向布置的金属线材所在平面与y向布置的金属线材所在平面上、下间隔5cm~10cm空隙。
9.还包括集液槽，所述集液槽位于整个所述试验架的下方，集液槽底部设有排水口，排水口处通过水管及第二水泵与腐蚀液箱连接，第二水泵用于将集液槽内的腐蚀液回输至腐蚀液箱中。
10.所述排水口与水管的连接处设有过滤网。
11.所述水管支架外围设置pe保温膜，一方面用于研究温度对试验的影响，另一方面可防止腐蚀液外溅。
12.还包括多个电化学腐蚀容器，所述电化学腐蚀容器为半开式立方体，侧面设有圆孔，用于穿过金属线材，并采用pvc热溶胶粘连缝隙及开孔处，所述电化学腐蚀容器中安放电化学测试电极，电解池采用三电极体系，其中铂片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极以及工作电极，并连接电化学工作站，以满足电化学测试。
13.一种批量金属拉伸周期喷淋式应力腐蚀试验方法，基于所述用于批量金属拉伸周期喷淋式应力腐蚀试验装置，包括如下步骤：步骤01，将试验架固定于地面，固定方式通过膨胀螺栓固定；步骤02，金属线材两端做墩头处理，其一端与第一固定支架连接，另一端通过传力连接件与施力杆连接，金属线材分为多组，每组通过一个传力连接件与一根施力杆连接，多组金属线材分别张拉不同的预定荷载，通过所述应变片读取具体荷载值，实时监测取值变化；步骤03，所述雾化喷头在喷淋水管上根据金属线材位置及喷头覆盖范围进行定位，雾化喷头可调节水量大小；步骤04，通过所述定时开关，自动控制第一水泵运转时间，设置时间为每2小时喷洒1分钟，达到周期喷淋腐蚀溶液的要求，模拟干湿交替的腐蚀环境的效果；所述腐蚀液箱内布置加热棒和保温板，通过加热棒和保温板控制腐蚀溶液的温度，观察不同应力下的金属线材腐蚀状况；步骤05，在应力腐蚀装置中单独设置多个电化学腐蚀容器，将半开式立方体容器
穿过金属线材，并采用pvc热溶胶粘连缝隙及开孔处，在容器中倒入一定量的腐蚀溶液，并安放电化学测试电极，电极处于同一水平高度，电解池采用三电极体系，其中铂片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极以及工作电极，并连接电化学工作站，以满足电化学测试，实时监测试件在不同应力比、腐蚀龄期、腐蚀介质因素下的电化学变化情况；步骤06，喷淋后的腐蚀液被装置底部的集液槽收集，通过第二水泵将集液槽内的腐蚀液泵至腐蚀液箱中。
14.在水管支架外围增设pe保温膜。
15.相对于现有技术，本发明的有益效果是：本发明提供一种金属线材周期喷淋式应力腐蚀试验装置，可以同时开展多组、大批金属线材在不同应力、温度状态下的腐蚀试验，不仅解决了平行试件的需求，而且充分利用腐蚀区空间，大大缩短了腐蚀试验周期，提高了试验效率。同时，可以进行自动周期喷淋模拟干湿交替的腐蚀环境，并可以自动回收喷淋的腐蚀溶液，进行重复循环利用，避免腐蚀溶液排放污染环境，还可以降低试验成本，绿色环保，节约能源。
16.其次，本发明可单独进行电化学试验监测，从微观角度，探究腐蚀过程及演化机理，动态掌握腐蚀状况。
17.本发明金属线材应力腐蚀试验装置及方法，使用方便，操作简单，还可以重复利用，具有较高的实用价值。
附图说明
18.图1是本发明的试验装置的整体结构示意图；图2是本发明的试验装置的整体结构侧面示意图；图3是本发明的试验装置的整体结构俯视示意图；图4是本发明的试验装置的夹持端的连接、施力螺杆以及钢板的示意图；图5是本发明的试验装置的固定端角钢和地锚螺栓的示意图；图6是本发明的试验装置的施力端角钢和地锚螺栓的示意图；图7是本发明的试验装置的金属线材更换定位孔的示意图；图8是本发明电化学试验装置原理示意图；图9为本发明电化学腐蚀容器侧视图；图10为本发明电化学腐蚀容器立体图。
19.图中：1 集液槽；2 排水口；3 金属线材；4
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1第一固定支架；4
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2第二固定支架； 5 地锚螺栓；6 施力螺杆；7 套筒；8 施力螺帽；9 第一刚性连接板；10 第二刚性连接板；11 小螺栓；12喷头；13水管；14第一水泵；15定时开关；16腐蚀液箱；17水管支架；18第二水泵；19电化学腐蚀容器；20电化学工作站；20
‑
1铂片为辅助电极；20
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2工作电极；20
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3饱和甘汞电极为参比电极。
具体实施方式
20.下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
21.参考图1至图9，本发明的一种金属线材应力腐蚀试验装置，包括加载主体装置、腐
蚀液箱、周期喷淋系统、腐蚀溶液循环利用系统、电化学测试系统。所述加载主体装置由第一固定支架4
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1、地锚螺栓5、施力螺杆6、第一刚性连接板9、第二刚性连接板10等组成；周期喷淋系统包括喷头12、水管13、第一水泵14、定时开关15以及腐蚀液箱16组成。
22.腐蚀溶液循环利用系统包括集液槽1、第二水泵18组成电化学测试系统包括电化学腐蚀容器19、电化学工作站20、20
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1铂片为辅助电极；20
‑
2工作电极；20
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3饱和甘汞电极为参比电极组成。
23.金属线材3的两端均做墩头处理，所述第一固定支架4
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1上设有第一葫芦孔，所述传力连接件上设有第二葫芦孔，墩头处理后的金属线材一端嵌设在第一固定支架上的第一葫芦孔中，另一端嵌设在传力连接件上的第二葫芦孔中，所述传力连接件与第二固定支架之间连接施力杆；应力片，设置在金属线材上，用于检测金属线材的应力；水管支架17，设置在所述试验架上方，水管支架上位于所述金属线材的上方设有沿金属线材长度方向布置的水管13，水管上设有多个角度可调的喷头12；所述喷头可调节水量大小，顺时针旋转可减少水流量或关闭出水，逆时针旋转可增加水流量，碰头角度可自由调整，喷头型号为912平口三通头，喷射水为雾状水，可有效代替盐雾箱盐雾喷洒效果。
24.所述水管一端封堵，另一端通过软管与腐蚀液箱16连接；第一水泵，用于将腐蚀液箱内的腐蚀液泵至所述水管中；集液槽，设置在钢丝底部，用于收集喷洒的腐蚀液，通过水管及第二水泵18将落到集液槽内的腐蚀液泵至腐蚀液箱中循环使用。
25.电化学腐蚀容器，设置在金属线材上，在容器中安放电化学测试电极，电解池采用三电极体系，铂片为辅助电极20
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1，工作电极20
‑
2，饱和甘汞电极为参比电极20
‑
3，并连接电化学工作站20，以满足电化学测试。
26.所述电化学腐蚀容器，为半开式立方体，侧面设有圆孔，用于穿过金属线材，并采用pvc热溶胶粘连缝隙及开孔处。
27.作为本发明技术方案的优选实施例，所述试验架包括第一试验架和第二试验架，其中第一试验架用于对x向布置的金属线材进行应力加载，第二试验架用于对y向布置的金属线材进行应力加载。通过分别在x方向以及y方向设置一组所述第一固定支架、第二固定支架，使得充分利用试验空间，增加试验数量，缩短试验周期。
28.所述第一试验架上沿y向均匀布置有多个第一葫芦孔，所述传力连接件上对应所述第一葫芦孔设有数量相同的第二葫芦孔。
29.x向布置的金属线材所在平面与y向布置的金属线材所在平面上、下间隔5cm~10cm空隙，便于雾状的俯视液体充分接触各个金属线材表面。
30.所述固定支架通过紧固件与固定基础实现固定连接。
31.所述水管支架放置在所述x向布置和y向布置的待腐蚀金属线材上方。
32.如图1~图3所示，本实施例中，所述传力连接件包括九组，每组传力连接件均包括两块刚性连接板，第一刚性连接板上设有两个第二葫芦孔，不仅达到增加试件数量，而且解决了试验设置平行组的要求。且两个第二葫芦孔以第二刚性连接板上的螺纹孔中心对称，
达到受力均匀的目的。
33.作为本发明技术方案的优选实施例，所述施力杆包括施力螺杆，所述施力螺杆一端与所述第二刚性连接板连接，另一端穿过所述第二固定支架后连接有套筒和施力螺帽。
34.作为本发明技术方案的优选实施例，位于整个所述试验架的下方设有集液槽，所述集液槽底部设有排水口，通过水管及第二水泵泵至腐蚀液箱中，实现腐蚀溶液的循环利用。
35.作为本发明技术方案的优选实施例，金属线材上可增设电化学腐蚀容器，所述电化学腐蚀容器，为半开式立方体，侧面设有圆孔，用于穿过金属线材，并采用pvc热溶胶粘连缝隙及开孔处，在容器中安放电化学测试电极，电解池采用三电极体系，铂片为辅助电极，工作电极以及饱和甘汞电极为参比电极，并连接电化学工作站，进行电化学测试。
36.本发明一种用于批量金属拉伸周期喷淋式应力腐蚀试验装置的具体试验步骤包括：步骤01，利用地锚螺栓5将第一固定支架和第二固定支架固定于地面，金属线材3两端做墩头处理，其一端由第一固定支架的第一葫芦孔嵌入固定，另外一端由设有第二葫芦孔的第一刚性连接板9嵌入，同时将施力螺杆6嵌入有施力螺杆头的第二刚性连接板10，通过小螺栓11将第一刚性连接板9和第二刚性连接钢板10相固定。
37.步骤02，在施力螺杆6上套入套筒7以及施力螺帽8，转动施力螺帽8，张拉金属线材3达至预定荷载。并可以根据研究目标，对金属线材3施加不同的应力比。金属线材表面贴有应变片可读取具体荷载值。
38.步骤03，借助水管支架17，将水管13架设在金属线材3上方，喷头12根据金属线材3位置及喷头覆盖范围进行定位，喷头型号为912平口三通头，喷射溶液为雾状，可有效代替盐雾箱盐雾喷洒效果。
39.步骤04，通过电源定时开关15，自动控制水泵运转时间，设置时间为每2小时喷洒1分钟，不仅达到周期喷淋腐蚀溶液的要求，模拟干湿交替腐蚀环境的效果，从而更接近于实际金属材料的运营环境，对研究结果的可靠性与真实性大幅度提升，而且大大减少人力投入，实现自动化管理，并通过加热棒和保温板控制腐蚀溶液的温度恒定。
40.步骤05，在应力腐蚀装置中可单独设置多个电化学腐蚀容器19，容器为半开式立方体，侧面设有圆孔，用于穿过金属线材，并采用pvc热溶胶粘连缝隙及开孔处。在容器中安放电化学测试电极，电解池采用三电极体系，铂片为辅助电极20
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1，工作电极20
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2，饱和甘汞电极为参比电极20
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3，并连接电化学工作站20，以满足电化学测试，实时监测试件在不同应力比、腐蚀龄期、腐蚀介质等因素下的电化学变化情况。
41.进一步的，在水管支架外围增设pe保温膜，一方面用于研究温度对试验的影响，另一方面可防止腐蚀液外溅。