[发明专利]一种恒应力加载氢渗透实验装置及试验方法

说明书

本发明提供一种恒应力加载氢渗透实验装置，包括机械应力加载机构和氢渗透反应机构，机械应力加载机构包括施力机构、弹簧、被动滑块和力补机构，氢渗透反应机构包括试件和试件拉伸架，施力机构可对弹簧产生拉力而使弹簧发生形变，弹簧对试件拉伸架产生拉力而实现对试件的拉伸，试件拉伸后长度改变，弹簧的长度也发生改变，导致弹簧对试件的拉力产生部分损失，力补机构可对损失的力进行补偿，以保证试件的恒力加载；本发明还提供一种恒应力加载氢渗透实验装置的试验方法。本发明根据试件的微小变形通过力补机构进行补偿，以保证载荷恒定，本装置对金属材料拉伸的适用性强，装置简单，测量精确，成本较低，易实现恒力下的蠕变应力及位移的实时监测。

技术领域

本发明属于金属材料性能测试技术领域，具体涉及一种恒应力加载氢渗透实验装置。

背景技术

随着金属材料的广泛应用，金属材料的性能变得至关重要，尤其是钢的使用在海洋工程上更为突出，由于海水的特殊性，容易使钢材产生氢脆现象，氢脆现象是指由于氢以原子状态渗入金属内，在金属内部再结合成分子而产生很高的压力，严重时会导致表面鼓包或皱折，从而使钢的优越性能丧失，因此，对影响氢渗透现象因素的研究，对氢渗透的作用机理和安全防护等方面具有重要的意义。

目前，氢渗透试验大多采用电化学渗透方法测定氢在金属结构中的扩散行为，用电化学充氢方法可获得比实际工况条件苛刻的氢浓度，更能模拟反应器的停工状态，且试验装置相对简易，故该方法更适合材料多场耦合环境下氢脆的研究，然而现有技术中大多无法实现试件拉伸与电化学反应同时进行，同时外加应力很难达到恒定，不能准确的进行氢渗透曲线的测定，此外，外加应力机构与电解槽也难以连接，现有设备难以实现慢拉伸与电化学腐蚀设备间的良好配合，可选试样种类局限较大。

发明内容

本发明的第一目的是解决现有技术存在的问题与不足，提供一种恒应力加载氢渗透实验装置，能够在恒载荷拉伸力的作用过程中，实现氢渗透反应；

本发明的第二目的是提供一种恒应力加载氢渗透实验装置的试验方法。

本发明采用以下技术方案：

一种恒应力加载氢渗透实验装置，包括机械应力加载机构和氢渗透反应机构，机械应力加载机构和氢渗透反应机构设置在底座上，所述机械应力加载机构包括施力机构、拉伸传动机构和力补机构，氢渗透反应机构包括试件和试件拉伸架，拉伸传动机构包括弹簧和被动滑块，所述施力机构与弹簧连接，弹簧与被动滑块连接，被动滑块与试件拉伸架连接，施力机构可对弹簧产生拉力而使弹簧发生形变，弹簧对被动滑块和试件拉伸架产生拉力而使试件拉伸架远离试件的方向运动，从而实现对试件的拉伸，试件拉伸后长度会发生变化，使弹簧的长度也发生改变，导致弹簧对试件的拉力产生一部分损失，所述力补机构可对损失的力进行补偿，以保证试件的恒力加载。

进一步的，所述力补机构包括位移检测器、电流控制器、标准重量砝码、电磁盘、钢丝和定滑轮，所述位移检测器与弹簧连接，位移检测器依次与电流控制器和电磁盘电性连接，电磁盘固定在底座上，电磁盘上方设置有被钢丝一端牵引的标准重量砝码，钢丝另一端绕过固定在底座上的定滑轮与试件拉伸架连接而对试件产生拉力，所述位移检测器用于检测弹簧的长度变化，并根据弹簧的长度变化，电流控制器调整流经电磁盘的电流，进而调节电磁盘对标准重量砝码的引力，最终控制标准重量砝码通过钢丝拉动试件的拉力，实现对试件损失的拉力补偿，以保证试件的恒力加载。

进一步的，所述施力机构包括丝杠、运动滑块和丝杠限位板，丝杠与运动滑块连接，运动滑块与弹簧连接，可通过旋转调节丝杠运动，丝杠带动运动滑块远离弹簧方向移动，进而对弹簧产生拉力而使弹簧发生形变，丝杠限位板设置在底座上，固定设置在丝杠的后方，用于限制丝杠的移动。