一种线材试验装置及测试方法与流程

1.本公开涉及测试领域，尤其涉及一种线材试验装置及测试方法。


背景技术：

2.预应力线材广泛应用于桥梁、隧道、建筑、水利、能源及岩土工程等领域。预应力线材的一种失效断裂方式-在应力和腐蚀介质共同作用下的断裂，并未引起人们足够的重视。
3.尤其对于金属材料而言，在应力和腐蚀介质的作用下会发生应力腐蚀延迟断裂。而且，由于应力腐蚀延迟断裂是快速断裂并具有不可预知性，给某些系统或设备的安全带来隐患。应力腐蚀的是一种没有征兆的脆性断裂，其形成机理为在金属内部先形成裂纹，内裂纹发生后便形成应力集中，加速裂纹的发展。在工程中若出现应力腐蚀，后果将是灾难性的。
4.目前的预应力线材的应力腐蚀试验，还无法模拟实际应力腐蚀情况，且试验装置操作繁琐，测试效率低。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种线材试验装置及测试方法，以解决无法模拟线材的应力腐蚀，以及试验装置测试效率低的技术问题。
6.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明实施例提供了一种线材试验装置，用于所述线材在应力和腐蚀介质下的性能测试，所述线材试验装置包括
8.框架，所述框架具有至少一个用于容纳介质筒的容纳空间，所述介质筒用于至少容置所述腐蚀介质；
9.拉伸装置，所述拉伸装置设于所述框架的一端，所述拉伸装置用于沿所述线材的长度方向拉伸所述线材；
10.当所述线材试验装置处在测试状态，所述线材穿过所述介质筒，且所述线材的一端与所述框架连接，所述线材的另一端与所述拉伸装置固定连接。
11.根据本公开的至少一个实施方式，所述拉伸装置包括丝杠以及用于将所述线材固定在所述丝杠的固定装置，
12.所述拉伸装置还包括与所述丝杠动力连接的驱动机构，所述驱动机构驱动所述丝杠沿所述线材的长度方向拉伸所述线材。
13.根据本公开的至少一个实施方式，所述介质筒包括筒体和设置于所述筒体两端的密封装置，每个所述密封装置包括密封塞和具有供所述密封塞通过的腔体的旋钮，所述旋钮可拆卸连接于所述筒体，所述密封塞具有供所述线材通过的通孔。
14.根据本公开的至少一个实施方式，所述介质筒还包括设于所述筒体的温控装置，所述温控装置用于控制所述筒体内的腐蚀介质的温度。
15.根据本公开的至少一个实施方式，所述介质筒设有小孔，所述小孔用于加注腐蚀
介质和/或用于设置温度传感器监测所述腐蚀介质的温度，所述温度传感器与所述温控装置通信。
16.根据本公开的至少一个实施方式，所述筒体为圆柱形的筒体，所述筒体的内径为d，
17.所述筒体的内径满足其中，d为所述线材的公称直径，单位为mm。
18.根据本公开的至少一个实施方式，所述线材试验装置还包括设在所述框架外侧的挡线桶，所述挡线桶用于防止所述线材的端部溅落，所述框架与所述线材固定连接位置处设置所述挡线桶，和/或，所述框架与所述丝杠连接位置处设置所述挡线桶。
19.根据本公开的至少一个实施方式，每个所述容纳空间内设置挡板，所述挡板设在所述框架上，每个所述挡板将相应所述容纳空间分隔为第一容纳空间和第二容纳空间，其中，所述第一容纳空间用于容置所述拉伸装置的至少一部分，所述第二容纳空间用于容置所述介质筒。
20.根据本公开的至少一个实施方式，所述线材试验装置还包括力传感器，所述线材上在与所述框架的连接位置处设置所述力传感器，和/或，所述丝杠上在与所述框架的连接位置处设置所述力传感器。
21.与现有技术相比，本发明提供的线材试验装置，用于线材在应力和腐蚀介质下的性能测试，线材试验装置包括框架，框架具有用于容纳介质筒的至少一个容纳空间，介质筒用于至少容置腐蚀介质；线材在测试状态时，穿过筒体，并且线材的一端与框架连接，线材的另一端与拉伸装置连接，使得线材浸在介质筒的腐蚀介质中。通过将线材的一端与拉伸装置连接，拉伸装置沿所述线材的长度方向拉伸所述线材，从而将线材浸在介质筒的腐蚀介质中进行拉伸。模拟预应力线材在实际复杂环境中应对介质拉伸的情况，实现对于预应力线材在各种复杂工况和轴向应力状态下的性能测试。
22.本发明还提供了一种线材试验装置测试方法，用于上述的线材试验装置，包括在所述线材与相应密封塞和/或相应旋钮位置处涂抹密封胶。
23.相对于现有技术，本发明所述的线材试验装置测试方法具有以下优势：
24.本发明所述的线材试验装置测试方法与上述线材试验装置所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
25.附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
26.图1是本公开实施方式的线材实验装置的俯视示意图；
27.图2是本公开实施方式的线材实验装置的主视示意图；
28.图3是本公开实施方式的线材实验装置的侧视示意图；
29.图4是本公开实施方式的线材实验装置的介质筒主视示意图；
30.图5是本公开实施方式的线材实验装置的介质筒侧视示意图；
31.图6是本公开实施方式的线材实验装置的密封塞的示意图，其中a为主视图，b为侧视图。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
34.应力腐蚀断裂是一种在应力和腐蚀介质的共同作用下，材料会发生应力延迟断裂。而应力腐蚀延迟断裂是快速断裂，其不可预知性在工程中将会带来灾难性的后果。现有技术中，应力腐蚀断裂性能的测试，难以得到较为准确的性能参数。
35.针对上述问题，本发明实施例提供了一种线材试验装置，可以在应力状态下模拟实际腐蚀情况，且操作方便，试验数据准确可靠。
36.请参阅图1-图3所示，本发明实施例提供的线材试验装置,用于线材在应力和腐蚀介质下的性能测试，线材试验装置包括框架1，框架1具有至少一个用于容纳介质筒6的容纳空间，介质筒6用于至少容置腐蚀介质；拉伸装置4，拉伸装置4设在框架的一端，拉伸装置4用于沿线材8的长度方向拉伸线材8；当线材试验装置处在测试状态，线材8穿过介质筒6，且线材8的一端与框架1连接，线材8的另一端与拉伸装置4连接。
37.线材8的一端与框架1的一端固定连接，线材8的另一端通过设置在框架另一端上的拉伸装置4与框架1的另一端固定连接。介质筒6设置在框架1的容纳空间中，因此框架1不仅用于固定线材8，还可以起到一定的防护作用，在线材被拉断时防止线材碰伤人员或设备。拉伸装置4可以相对于框架1相对移动，进而拉伸线材。通过将线材8的一部分穿过介质筒6，线材8浸没在腐蚀介质中，从而可以测试线材8在应力和腐蚀介质中的力学性能。可以理解的是，这里的线材不仅包括单丝的线材，也包括绞线、股线等。示例性地线材可为钢丝、钢绞线、或其他金属材料的线材。
38.实际应用时，将待测试的线材8依次穿过框架1的一端、介质筒6和位于框架另一端的拉伸装置4，并将线材的两端固定住，在介质筒6中装填腐蚀介质，给线材加初张力，调整线材位置，开启驱动机构，当腐蚀时间到达试验周期时或线材断裂时，试验结束。
39.本发明实施例提供的线材试验装置可以测试线材在一恒定或变负载拉力的情况下，浸在腐蚀介质中直至断裂时的时间或拉力，能够真实模拟现实的预应力线材在腐蚀介质中的拉伸情况，试验设备结构简单且操作不复杂。
40.值得注意的是，本发明实施例提供的腐蚀介质可以根据实际情况调整，示例性地，腐蚀介质可以选择浓度为25％的硫氰酸铵溶液，在某些实施例中具体的腐蚀介质在此不做限定。
41.拉伸装置4包括丝杠以及用于将线材8固定在丝杠的固定装置，拉伸装置4还包括与丝杠动力连接的驱动机构，驱动机构驱动丝杠沿线材8的长度方向拉伸线材。示例性地，丝杠为滚珠丝杠，驱动机构固定设置在框架上，驱动机构驱动丝杠沿线材长度方向进行拉伸。可以理解的是，驱动机构可以为电机、也可以为电缸或液压缸。丝杠从设置在框架上的
通孔中穿过，可选地，丝杠上设置键槽与框架通过键固定连接，可以防止丝杠在拉伸过程中发生旋转。用于将线材8固定在丝杠的固定装置，示例性地为单孔锚，丝杠中心具有供线材8穿过的通孔，使用单孔锚夹片将钢绞线固定在丝杠的通孔中。可以理解的是，线材8与框架端部的连接也可以采用单孔锚将线材8固定在框架上。
42.请参阅图4-图6，本发明实施例的介质筒6包括筒体和设置于筒体两端的密封装置，每个密封装置包括密封塞64和具有供密封塞64通过的腔体的旋钮63，旋钮63可拆卸连接于筒体，密封塞64具有供线材8通过的通孔。考虑到筒体需要线材8的穿过，且筒体中含有腐蚀介质，为了防止腐蚀介质流出，在筒体的两端分别设置密封塞64和旋钮63，其中旋钮63，示例性地采用螺纹连接于筒体的端部上，而旋钮63具有腔体，密封塞64设置在旋钮63的腔体中，线材8从密封塞64的通孔中穿过。
43.实际应用时，将筒体两端的旋钮63提前旋开，松开密封塞64，使得线材8顺利穿过筒体的两端，待线材8安装好后，将介质筒6的两端的旋钮63旋紧，从而保证密封塞64密封介质筒6。示例性地，在密封塞64与线材8相接触的位置，将线材8的内部和外部均均匀涂抹上密封胶，用于防止腐蚀介质从线材8内部流出。
44.在一些实施方式中，本发明实施例提供的线材试验装置，还包括设于筒体的温控装置62，温控装置62用于控制筒体内的腐蚀介质的温度。温控装置62设置于筒体上，通过电线与外部电源连接，可以通过温控装置对介质筒中的腐蚀介质的温度进行自动调节，从而可以实现一个恒温的实验环境。温控装置62可以进行升温和降温，可以实现恒定温度下,线材在恒载荷和腐蚀介质条件下的力学性能测试，也可以实现变温度条件下，线材在恒载荷和腐蚀介质条件下的力学性能测试。示例性地，测试预应力线材在恒定拉力情况下，浸在给定的恒定温度的腐蚀介质中直至断裂时所用的时间。本发明实施例的线材试验装置可以较好的模拟线材在实际复杂环境中应对介质拉伸的情况，实现对于预应力线材在各种复杂工况和轴向应力状态下的断裂时间的测试。
45.在一些实施方式中，本发明实施例提供的介质筒上还设置有小孔61，小孔61，小孔61用于将腐蚀介质加入到筒体中，或者，小孔61用于放置温度传感器监测腐蚀介质的温度，通过温度传感器监测的实时温度发送到温控装置62，进而温控装置62修正腐蚀介质的温度，保证测试环境的精确性。示例性地，小孔61还用于测试完成之后，将介质筒6中的腐蚀介质流出。
46.在一些实施方式中，筒体为圆柱形的筒体，筒体的内径为d，筒体的内径满足其中，d为线材的公称直径，单位为mm。筒体为圆柱形以及筒体的内径满足上述条件，保证线材8在筒体中的部分可以完全浸没在筒体的腐蚀介质中，且即使筒体有偏转，也并不会使线材8从腐蚀介质中漏出。介质筒6的长度应大于300mm，在某些实施例中介质筒6的长度不做具体限定，根据试验需要进行设置。同时，制作介质筒的材料应具有耐腐蚀的能力，可以有效抵抗高温或低温下腐蚀介质的侵蚀。示例性地，腐蚀介质的液面高度应至少为筒体内径的3/4，使得腐蚀介质完全浸没线材8.
47.在一些可选的实施方式中，线材试验装置还包括挡线桶2，挡线桶2设在框架1的外侧上，挡线桶2用于防止线材8的端部溅落。当线材8进行介质拉伸试验加载时，线材8如果发生断裂，其位于框架1外侧的两端可能会蹦出去，挡线桶2用于挡住蹦出来的线材8，起到一
定的防护作用，提高试验的安全性。挡线桶2可以为多个，例如可以设置在框架1与线材8固定连接的一端的相应位置，线材8与丝杠固定连接一端的相应位置的端部也被挡线桶2罩盖住，即使线材8的端部溅落也落在挡线桶2中。
48.在某些实施方式中，本发明实施例提供的框架1所具有的容纳空间中，每个容纳空间内设置挡板，挡板设在框架1上，每个挡板将相应容纳空间分隔为第一容纳空间和第二容纳空间，其中，第一容纳空间用于容置拉伸装置4的至少一部分，第二容纳空间用于容置介质筒6。也即隔板将介质筒6和拉伸装置4分隔开，形成两个独立的空间。例如在容纳空间沿长度方向3/4的位置处设置挡板，可以有效防止漏出的腐蚀介质对拉伸装置形成侵蚀。可选地，在第二容纳空间的底部还设置有孔，可以用于排出废液。
49.可以理解的是，框架1可以具有多个单独的并列的容纳空间，每个容纳空间均可以独立进行测试，多个独立的测试环境能同时进行不同规格的预应力线材的应力介质拉伸。例如同时进行小规格预应力线材和大规格预应力线材的介质拉伸试验。因此，试验效率可以明显提升。
50.在一些实施方式中，线材试验装置还包括力传感器5，力传感器5设置在框架的外侧，示例性地，线材8上在与框架1的连接位置处，或，丝杠上在与框架1的连接位置处设置力传感器5。示例性地，相应框架与线材连接位置处，也就是线材的两端均设置力传感器5，用于实时力值的反馈。本发明实施例的线材试验装置能够实现对线材介质拉伸性能的准确测定，提高预应力线材介质拉伸性能试验的成功率和准确度。
51.本发明实施例还提供了一种线材试验装置测试方法，用于上述的线材试验装置，包括在所述线材与相应密封塞和/或相应旋钮位置处涂抹密封胶。
52.本发明所述的线材试验装置测试方法与上述线材试验装置所具有的优势相同，在此不再赘述。
53.具体地，本发明实施例提供的线材试验装置测试方法包括：
54.步骤s1：根据预应力线材8的规格选择合适的单孔锚、测试环境、密封塞64和介质筒6。
55.步骤s2：根据预应力线材试验装置的长度和夹持装置的长度来确定预应力线材8的长度，并根据介质筒6所在位置和介质筒6的长度确定预应力线材8涂抹密封胶的位置。
56.步骤s3：将预应力线材8拆开，将密封胶均匀涂抹在预应力线材相应位置的内外两侧，然后将线材8重新绞在一起。
57.步骤s4：将预应力线材8依次穿过框架1一端、介质筒6和框架1另一端。在预应力线材8穿入介质筒6前，需要将介质筒6两端旋钮63提前旋开，松开密封塞64，保证预应力线材8顺利穿过介质筒6。待预应力线材8装好后，将介质筒6两端旋钮63旋紧，并在线材8两端加装单孔锚，调整夹片，使夹片基本平齐。
58.步骤s5：启动设备和软件，施加预紧力(2kn左右)，调整两端单孔锚使预应力线材8对中。在介质筒6旋钮63处的线材上涂抹密封胶，静置一段时间。
59.步骤s6：将腐蚀介质注入介质筒6，腐蚀介质液高度达到介质筒6高度3/4处时停止注入，此时腐蚀介质液完全浸没预应力线材。
60.步骤s7：设定预应力线材介质拉伸的相关参数，启动温度传感器。通过预应力线材介质拉伸装置4的自动控制软件自动加载、加温或降温，当力值和温度达到试验开始条件
时，自动开始预应力线材介质拉伸性能测试，观察并记录试验数据和结果。
61.下面根据几个具体的实施例分别对线材试验装置进行线材的介质拉伸性能测试。
62.实施例1
63.(1)选取公称直径为15.2mm，抗拉强度为1860mpa的七根钢丝捻制的标准型预应力钢绞线试样，根据预应力钢绞线的规格选择合适的单孔锚、测试环境、密封塞和介质筒。
64.(2)根据预应力线材介质拉伸装置的长度和夹持装置的长度来确定预应力钢绞线的长度为1700mm，并根据介质筒所在位置和介质筒的长度确定预应力钢绞线涂抹密封胶的位置位于距离钢绞线一端500mm和900mm处。
65.(3)将预应力钢绞线拆开，将密封胶均匀涂抹在距离钢绞线一端500mm和900mm处的内外两侧，然后将钢绞线重新绞在一起。
66.(4)将预应力钢绞线依次穿过主机的框架一端、介质筒和主机的框架另一端。在预应力钢绞线穿入介质筒前，需要将介质筒两端旋钮提前旋开，松开密封塞，保证预应力钢绞线顺利穿过介质筒。待预应力钢绞线装好后，将介质筒两端旋钮旋紧，并在钢绞线两端加装单孔锚，调整夹片，使夹片基本平齐。
67.(5)启动设备和软件，施加预紧力，调整两端单孔锚使预应力钢绞线对中。在介质筒旋钮处的钢绞线上也涂抹上密封胶，静置一段时间。
68.(6)介质溶液选择浓度为25％的硫氰酸铵溶液，将硫氰酸铵溶液注入介质筒，硫氰酸铵溶液高度达到介质筒高度3/4处时停止注入，此时溶液完全浸没预应力钢绞线。
69.(7)设定预应力钢绞线介质拉伸的相关参数—实验力值为80％(2个试样公称最大力的平均值)，实验温度为：50℃，测试长度l0为：400mm(浸泡在溶液中的部分)。启动温度传感器，通过预应力线材介质拉伸装置的自动控制软件自动加载、加温，当力值和温度达到试验开始条件时，自动开始预应力线材介质拉伸性能测试，观察并记录试验数据和结果—测试结果显示：当实验进行到18.5h时，试样发生断裂，断裂发生在测试长度l0内。
70.实施例2
71.本实施例与实施例1的区别在于：实验温度为：4℃，测试结果显示：当实验进行到12.4h时，试样发生断裂，断裂发生在测试长度l0内。
72.实施例3
73.本实施例与实施例1的区别在于：试样的公称直径为10mm，抗拉强度为1570mpa低松弛的螺旋肋钢丝。测试结果显示：当实验进行到12.2h时，试样发生断裂，断裂发生在测试长度l0内。
74.实施例4
75.本实施例与实施例1的区别在于：试样的公称直径为10mm，抗拉强度为1570mpa低松弛的螺旋肋钢丝；实验温度为：4℃，测试结果显示：当实验进行到13.7h时，试样发生断裂，断裂发生在测试长度l0内。
76.从上述实施例可以看出，本发明实施例的线材试验装置能够真实模拟预应力线材在实际复杂环境中应对介质拉伸的情况，实现对于预应力线材在各种复杂工况和轴向应力状态下的断裂时间的测试。且通过拉伸装置的自动化操作系统控制，操作较为简单，反应灵敏且运行可靠。
77.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示
例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
78.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
79.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。