高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂試驗(yàn)方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及螺栓質(zhì)量控制領(lǐng)域，尤其涉及一種螺栓在模擬實(shí)際使用工況下的檢驗(yàn)方法和裝置。一種高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂試驗(yàn)方法，首先根據(jù)被測(cè)螺栓的服役環(huán)境對(duì)被測(cè)螺栓施加恒定的拉力F，并模擬被測(cè)螺栓的服役環(huán)境，測(cè)定服役環(huán)境下的腐蝕電流密度iS；然后改變環(huán)境容器內(nèi)的介質(zhì)溶液、氣氛和溫度進(jìn)行加速試驗(yàn)，并再次測(cè)定腐蝕電流密度iA，計(jì)算得到加速比，利用改變后參數(shù)進(jìn)行加速試驗(yàn)，得到抗延遲斷裂性能。一種高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂試驗(yàn)裝置，包括壓力環(huán)和環(huán)境容器，被測(cè)螺栓設(shè)置在環(huán)境容器內(nèi)，被測(cè)螺栓的兩端與壓力環(huán)固定相連。本發(fā)明高強(qiáng)能夠在模擬螺栓實(shí)際服役工況條件下對(duì)螺栓抗延遲開(kāi)裂性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，在加速試驗(yàn)介質(zhì)中對(duì)螺栓實(shí)際服役壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。
【專利說(shuō)明】高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂試驗(yàn)方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及螺栓質(zhì)量控制領(lǐng)域，尤其涉及一種螺栓在模擬實(shí)際使用工況下的檢驗(yàn) 方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在工業(yè)大氣、海洋大氣及海洋環(huán)境中使用的高強(qiáng)度螺栓經(jīng)常面臨延遲斷裂的問(wèn) 題，延遲斷裂是指螺栓在應(yīng)力作用下服役一段時(shí)間后突然發(fā)生脆性斷裂的現(xiàn)象，相關(guān)研究 表明延遲斷裂是由螺栓在服役過(guò)程中發(fā)生的腐蝕電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致內(nèi)部滲氫引起的，此外螺 栓在服役過(guò)程中承受的交變載荷和材料的蠕變也是促進(jìn)延遲斷裂的重要因素。為了評(píng)價(jià)高 強(qiáng)度螺栓尤其是12. 9級(jí)以上高強(qiáng)度螺栓，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)了一系列評(píng)價(jià)方法。
[0003] JP2007199024、JP07229819A分別介紹了將實(shí)體螺栓加載后浸入腐蝕介質(zhì)中從而 對(duì)螺栓材質(zhì)進(jìn)行抗延遲斷裂性能評(píng)價(jià)的方法，這種方法更接近螺栓實(shí)際服役狀態(tài)，但是無(wú) 法精確測(cè)量螺栓實(shí)際承受應(yīng)力，很可能出現(xiàn)過(guò)載等現(xiàn)象。
[0004] CN201010216414. X和CN200810049411. 4介紹了一種通過(guò)有限元方法模擬對(duì)螺栓 抗延遲開(kāi)裂性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法，該方法通過(guò)計(jì)算拉伸載荷作用下螺紋根部的應(yīng)力集中系 數(shù)K t，進(jìn)而計(jì)算出應(yīng)力強(qiáng)度因子K:，再利用斷裂力學(xué)判據(jù)斷裂韌性KISCC > 11*1確定出螺栓 在大氣及海洋環(huán)境下安全使用的韌性指標(biāo)。該方法從斷裂韌性的角度出發(fā)對(duì)螺栓性能進(jìn)行 評(píng)價(jià)具有一定的科學(xué)性，但該方法較為繁瑣、不便于進(jìn)行大批量評(píng)價(jià)試驗(yàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂試驗(yàn)方法及裝置，該方法及裝置 能夠在模擬實(shí)際工況的試驗(yàn)介質(zhì)中測(cè)試被測(cè)螺栓的抗延遲斷裂性能，并使用加速試驗(yàn)方法 對(duì)螺栓實(shí)際服役壽命進(jìn)行評(píng)估。
[0006] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂試驗(yàn)方法，首先根據(jù)被測(cè)螺栓的 服役環(huán)境對(duì)被測(cè)螺栓施加恒定的拉力F，并將被測(cè)螺栓放置在環(huán)境容器中；接著向環(huán)境容 器中加入模擬實(shí)際工況的試驗(yàn)介質(zhì)，通入模擬氣氛并調(diào)節(jié)環(huán)境容器中的溫度以模擬被測(cè)螺 栓的服役環(huán)境，使用恒電位儀通過(guò)線性極化方法測(cè)定被測(cè)螺栓在服役環(huán)境下的腐蝕電流密 度i s ;然后改變環(huán)境容器內(nèi)的介質(zhì)溶液、氣氛和溫度以增加電流密度進(jìn)行加速試驗(yàn)，并再次 用恒電位儀通過(guò)線性極化方法測(cè)定被測(cè)螺栓，得到在加速試驗(yàn)下的腐蝕電流密度i A ;最后 計(jì)算得到加速試驗(yàn)加速比RA=iA/is，利用改變后的介質(zhì)溶液、氣氛和溫度，以拉力F對(duì)被測(cè) 螺栓進(jìn)行加速試驗(yàn)，得到被測(cè)螺栓在服役環(huán)境下的抗延遲斷裂性能。
[0007] 選定的加速腐蝕氣氛和加速腐蝕溫度使加速試驗(yàn)加速比RA為100~200。
[0008] 所述對(duì)被測(cè)螺栓施加恒定的拉力具體為將被測(cè)螺栓固定安裝在壓力環(huán)內(nèi)，利用壓 力環(huán)的彈性回復(fù)力對(duì)被測(cè)螺栓施加恒定的拉力，拉力值根據(jù)壓力環(huán)的壓縮載荷變形量曲線 調(diào)節(jié)壓力環(huán)的壓縮量得到。
[0009] -種高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂試驗(yàn)裝置，包括壓力環(huán)和環(huán)境容器，所述環(huán)境容器頂蓋 和底板的軸心處都設(shè)置有試樣孔，所述壓力環(huán)套在環(huán)境容器外，被測(cè)螺栓設(shè)置在環(huán)境容器 內(nèi)，被測(cè)螺栓的兩端分別穿過(guò)頂蓋和底板的試樣孔通過(guò)加載螺母與壓力環(huán)固定相連；環(huán)境 容器的頂蓋上還設(shè)置有氣體介質(zhì)輸入通道、冷卻介質(zhì)輸入通道、氣體介質(zhì)輸出通道，環(huán)境容 器內(nèi)裝有加熱器和溫度傳感器。
[0010] 所述的環(huán)境容器為圓柱形筒體。
[0011] 本實(shí)驗(yàn)裝置和方法對(duì)螺栓材料準(zhǔn)確施加所需應(yīng)力，能夠在模擬螺栓實(shí)際服役工況 條件下對(duì)螺栓抗延遲開(kāi)裂性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，并進(jìn)行不同材料之間抗延遲斷裂性能對(duì)比；亦可 通過(guò)電化學(xué)方法測(cè)定螺栓材料在實(shí)際服役工況環(huán)境及加速試驗(yàn)介質(zhì)中的腐蝕電流密度、得 到加速試驗(yàn)加速比，利用加速試驗(yàn)評(píng)估被測(cè)螺栓的服役壽命。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明中環(huán)境容器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中壓力環(huán)壓縮載荷-變形量曲線?？v坐標(biāo)為拉力F，橫坐標(biāo)為壓縮 變形量Λ Η 圖中：1壓力環(huán)、2被測(cè)螺栓、3環(huán)境容器、4加載螺母、5氣體介質(zhì)輸入通道、6冷卻介質(zhì) 輸入通道、7氣體介質(zhì)輸出通道、8加熱器、9試樣孔、10溫度傳感器。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明表述的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定 的范圍。
[0014] 一種高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂試驗(yàn)方法，首先根據(jù)被測(cè)螺栓的服役環(huán)境對(duì)被測(cè)螺栓施 加恒定的拉力F，將被測(cè)螺栓固定安裝在壓力環(huán)內(nèi)，根據(jù)被測(cè)螺栓所需加載應(yīng)力計(jì)算出壓力 環(huán)需要加載的應(yīng)力，根據(jù)如圖3所示測(cè)力環(huán)壓縮載荷-變形量曲線計(jì)算出壓力環(huán)所需的壓 縮變形量ΛΗ;旋緊壓力環(huán)兩端加載螺母，使用螺旋測(cè)微器測(cè)量壓力環(huán)加載前后高度Η數(shù) 值，使得測(cè)力環(huán)壓縮變形量達(dá)到所需ΛΗ;再將被測(cè)螺栓放置在環(huán)境容器中；接著向環(huán)境容 器中加入模擬實(shí)際工況的試驗(yàn)介質(zhì)，通入模擬氣氛并調(diào)節(jié)環(huán)境容器中的溫度以模擬被測(cè)螺 栓的服役環(huán)境，使用恒電位儀通過(guò)線性極化方法測(cè)定被測(cè)螺栓在服役環(huán)境下的腐蝕電流密 度i s ;然后改變環(huán)境容器內(nèi)的介質(zhì)溶液、氣氛和溫度以增加電流密度進(jìn)行加速試驗(yàn)，并再次 用恒電位儀通過(guò)線性極化方法測(cè)定被測(cè)螺栓，得到在加速試驗(yàn)下的腐蝕電流密度i A ;最后 計(jì)算得到加速試驗(yàn)加速比RA=iA/is，利用改變后的介質(zhì)溶液、氣氛和溫度，以拉力F對(duì)被測(cè) 螺栓進(jìn)行加速試驗(yàn)，得到被測(cè)螺栓在服役環(huán)境下的抗延遲斷裂性能。
[0015] 在本發(fā)明中，通常通過(guò)選定加速腐蝕氣氛和加速腐蝕溫度使加速試驗(yàn)加速比RA 為10(Γ200，在能保證實(shí)驗(yàn)效率的同時(shí)，取得最佳的觀測(cè)效果。
[0016] 如圖1、2所示，一種高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂試驗(yàn)裝置，包括壓力環(huán)1和環(huán)境容器3,所 述環(huán)境容器3為圓柱形筒體，環(huán)境容器3的頂蓋和底板的軸心處都設(shè)置有試樣孔9,所述壓 力環(huán)1套在環(huán)境容器3外，被測(cè)螺栓2設(shè)置在環(huán)境容器3內(nèi)，被測(cè)螺栓2的兩端分別穿過(guò)頂 蓋和底板的試樣孔9通過(guò)加載螺母4與壓力環(huán)1固定相連；環(huán)境容器3的頂蓋上還設(shè)置有 氣體介質(zhì)輸入通道5、冷卻介質(zhì)輸入通道6、氣體介質(zhì)輸出通道7,環(huán)境容器3內(nèi)裝有加熱器 8和溫度傳感器10。
[0017] 本發(fā)明可以進(jìn)一步描述為，對(duì)被測(cè)螺栓施加恒定的拉力具體為將被測(cè)螺栓固定安 裝在壓力環(huán)內(nèi)，利用壓力環(huán)的彈性回復(fù)力對(duì)被測(cè)螺栓施加恒定的拉力，拉力值根據(jù)壓力環(huán) 的壓縮載荷變形量曲線調(diào)節(jié)壓力環(huán)的壓縮量得到；壓力環(huán)1為環(huán)狀由屈服強(qiáng)度大于900Mpa 的耐蝕材料制成，被測(cè)螺栓2設(shè)置在壓力環(huán)1的軸線上，被測(cè)螺栓2的兩端通過(guò)連接套和加 載螺母4或直接通過(guò)加載螺母4固定在壓力環(huán)1上，因?yàn)樵趬毫Νh(huán)1的正常工作范圍內(nèi)，壓 力環(huán)1產(chǎn)生的載荷與壓力環(huán)1的壓縮變形量呈線性關(guān)系，所以通過(guò)對(duì)壓力環(huán)1進(jìn)行測(cè)試，可 得到如圖3所示的壓力環(huán)壓縮載荷-變形量曲線；施加應(yīng)力時(shí)首先根據(jù)被測(cè)螺栓尺寸和所 需加載應(yīng)力計(jì)算出壓力環(huán)需要對(duì)被測(cè)螺栓施加的力值；然后根據(jù)如圖3所示壓力環(huán)壓縮載 荷-變形量曲線計(jì)算出壓力環(huán)所需壓縮變形量△ Η ;然后旋緊壓力環(huán)兩端的加載螺母，使用 螺旋測(cè)微器測(cè)量壓力環(huán)加載前后高度數(shù)值，使得壓力環(huán)壓縮變形量達(dá)到所需Λ Η。 實(shí)施例
[0018] 上述設(shè)備的實(shí)施案例可如下表所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂試驗(yàn)方法，其特征是：首先根據(jù)被測(cè)螺栓的服役環(huán)境對(duì)被 測(cè)螺栓施加恒定的拉力F，并將被測(cè)螺栓放置在環(huán)境容器中；接著向環(huán)境容器中加入模擬 實(shí)際工況的試驗(yàn)介質(zhì)，通入模擬氣氛并調(diào)節(jié)環(huán)境容器中的溫度以模擬被測(cè)螺栓的服役環(huán) 境，使用恒電位儀通過(guò)線性極化方法測(cè)定被測(cè)螺栓在服役環(huán)境下的腐蝕電流密度i s ;然后 改變環(huán)境容器內(nèi)的介質(zhì)溶液、氣氛和溫度以增加電流密度進(jìn)行加速試驗(yàn)，并再次用恒電位 儀通過(guò)線性極化方法測(cè)定被測(cè)螺栓，得到在加速試驗(yàn)下的腐蝕電流密度i A ;最后計(jì)算得到 加速試驗(yàn)加速比RA=iA/is，利用改變后的介質(zhì)溶液、氣氛和溫度，以拉力F對(duì)被測(cè)螺栓進(jìn)行 加速試驗(yàn)，得到被測(cè)螺栓在服役環(huán)境下的抗延遲斷裂性能。
2. 如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂試驗(yàn)方法，其特征是：選定的加速腐蝕氣 氛和加速腐蝕溫度使加速試驗(yàn)加速比RA為10(Γ200。
3. 如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂試驗(yàn)方法，其特征是：所述對(duì)被測(cè)螺栓施 加恒定的拉力具體為將被測(cè)螺栓固定安裝在壓力環(huán)內(nèi)，利用壓力環(huán)的彈性回復(fù)力對(duì)被測(cè)螺 栓施加恒定的拉力，拉力值根據(jù)壓力環(huán)的壓縮載荷變形量曲線調(diào)節(jié)壓力環(huán)的壓縮量得到。
4. 一種高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂試驗(yàn)裝置，其特征是：包括壓力環(huán)（1)和環(huán)境容器（3)，所 述環(huán)境容器（3)頂蓋和底板的軸心處都設(shè)置有試樣孔（9)，所述壓力環(huán)（1)套在環(huán)境容器 ⑶外，被測(cè)螺栓⑵設(shè)置在環(huán)境容器⑶內(nèi)，被測(cè)螺栓⑵的兩端分別穿過(guò)頂蓋和底板的 試樣孔（9)通過(guò)加載螺母（4)與壓力環(huán)（1)固定相連；環(huán)境容器（3)的頂蓋上還設(shè)置有氣 體介質(zhì)輸入通道（5)、冷卻介質(zhì)輸入通道（6)、氣體介質(zhì)輸出通道（7)，環(huán)境容器（3)內(nèi)裝有 加熱器⑶和溫度傳感器（10)。
5. 如權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度螺栓延遲斷裂試驗(yàn)裝置，其特征是：所述的環(huán)境容器（3) 為圓柱形筒體。
【文檔編號(hào)】G01N3/08GK104251798SQ201310259349
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2013年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】楊建強(qiáng), 張弛, 蔡海燕, 趙社平 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司