[发明专利]一种腐蚀环境中试件裂纹张开口位移测量装置

说明书

本发明公开了一种腐蚀环境中试件裂纹张开口位移测量装置，针对腐蚀疲劳裂纹扩展速率实验境恶劣、实验周期长的两大特点，以“直接测量”为设计理念，使用有机玻璃和工程塑料制作一圆柱形容器，将改进型WOL试样放在其中，并将其充满腐蚀介质。容器的上下盖之间用螺栓进行紧固，以保证其在实验过程中的密封性。容器的上面分别留一进气口和出气口，方便在实验过程中充入硫化氢气体，保证腐蚀介质的浓度。浸泡在腐蚀环境中的试件的裂纹张开口位移通过外接引伸计实现直接、准确地测量，避免了引伸计置于腐蚀环境中，使得实验可以长期、稳定、可靠的进行。

技术领域

本发明涉及一种腐蚀环境中试件裂纹张开口位移测量装置，属于工程结构力学检测技术领域。

背景技术

实际工程结构、工业设备以及各类承载构件都在一定的环境内服役，除了真空环境之外，其他环境(如湿润空气、受污染环境)对结构都存在着不同程度的腐蚀性。结构处于使用状态时，腐蚀环境与循环载荷的联合作用会导致构件的突然破裂或提前损坏，即产生了腐蚀疲劳问题。腐蚀疲劳裂纹扩展的研究成为评估结构完整性、耐久性和可靠性以及优化结构设计的主要内容。因此，腐蚀疲劳裂纹扩展速率的测定便成为必不可少的内容。近几十年，工程设计和腐蚀与防护领域都在期望由实验室内的短期加速腐蚀实验结果来推测户外长期暴露实验结果。

就石油、天然气等实际工程环境中常见硫化氢腐蚀环境而言，疲劳裂纹扩展速率的实验具有两大特点：一是腐蚀环境恶劣，实验过程中必须有良好的密封装置，且要保证实验设备的各个部件在腐蚀环境中的安全可靠性。二是要模拟实际工况，在较低频率的循环载荷下长时间进行。若进行一个完整的腐蚀疲劳裂纹扩展实验，约需要14～30天。实验期间，需要对试件的裂纹扩展以及载荷情况进行实时监测及采集计算，并要保证实验各项参数测量的准确性及精确性。而这也正是本实验的难点。

对于空气中或氯化钠介质等透明溶液中的腐蚀疲劳裂纹长度的测量，多采用简单易行的表面直读法，即在腐蚀容器外部架设显微镜直接读取裂纹长度增量。但是在硫化氢腐蚀介质中，由于硫化氢的影响，溶液会在一天之内变黑，这使得在实验过程中直接读取裂纹长度变得极其困难。

对此，有文献提出通过引伸计直接测量浸泡在腐蚀环境中试件张开口位移，然后换算成实时的裂纹长度。此种方法带来了新的难题，测试需要将引伸计装卡在裂纹张开口处，与试件同时处于腐蚀环境中。对于空气环境中裂纹张开口位移的测量，引伸计准确可靠；但是在腐蚀环境中，则引伸计极易遭到损坏，无法继续进行测量。

发明内容

本发明针对腐蚀疲劳裂纹扩展速率研究需要，基于直接测量理念，设计了一种腐蚀环境中裂纹张开口位移实时测量装置，可以实现直接、准确地测量浸泡在腐蚀环境中的试件的裂纹张开口位移，同时避免了引伸计置于腐蚀环境中，使得实验可以长期、稳定、可靠的进行。

解决其技术问题采取的技术方案是：使用有机玻璃和工程塑料制作一圆柱形容器，将楔形张开加载预裂纹试样即WOL试样放在其中，并将其充满腐蚀介质。容器的上下盖之间用螺栓进行紧固，以保证其在实验过程中的密封性。容器的上面分别留一进气口和出气口，方便在实验过程中充入硫化氢气体，保证腐蚀介质的浓度。试件张开口位移通过外接引伸计直接实时测量。装置整体示意图见图1。

考虑到腐蚀环境对引伸计的破坏作用，通过将裂纹张开口处的位移通过长杆导出至腐蚀环境外，用夹式引伸计对裂纹张开口的位移进行直接测量的方法。为保证杆件在试件承受循环载荷过程中贴紧试件刀口，使得腐蚀环境外的引伸计测得的位移即为浸泡在腐蚀环境中的试样开口处位移，在夹具中间添加一厚度为0.3mm的弹性簧片。

引伸计夹具杆件穿过与密封罐筒壁的部分，需要具备良好的密封性能。同时由于引伸计夹具杆件起到传递试件张开口变形的作用，因此，试验过程中杆件会发生旋转和移动。本发明中选择对硫化氢腐蚀具有很强耐受力的非金属波纹管作为密封材料，一方面保证密封性，另一方面保证了引伸计杆件在各个方向上具有足够的自由空间，保证测量结果的准确性。