【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及試樣疲勞試驗(yàn)，尤其是涉及一種基于真空多弧離子鍍的摻氫天然氣環(huán)境疲勞試驗(yàn)裝置。
技術(shù)介紹
1、疲勞裂紋擴(kuò)展速率測(cè)試的關(guān)鍵在于裂紋長(zhǎng)度變量的測(cè)量，常用的方法主要包括兩種，一種是直流電壓降(dcpd)法，通過(guò)對(duì)ct試樣電位場(chǎng)的分析建立標(biāo)定曲線(xiàn)最終得到裂紋長(zhǎng)度與電壓降的關(guān)系，該技術(shù)的局限性在于標(biāo)定曲線(xiàn)的復(fù)雜性以及測(cè)試結(jié)果的可靠性；另一種是使用應(yīng)變計(jì)式引伸計(jì)測(cè)量，引伸計(jì)上附著有應(yīng)變敏感元件，測(cè)量時(shí)引伸計(jì)裝夾在ct試樣上，裂紋擴(kuò)展時(shí)應(yīng)變傳遞至敏感元件產(chǎn)生電信號(hào)變化，最終由電腦終端記錄電信號(hào)數(shù)據(jù)變化情況，根據(jù)電信號(hào)變化值可得到對(duì)應(yīng)的裂紋長(zhǎng)度變化值，該技術(shù)是目前應(yīng)用較廣泛的疲勞裂紋擴(kuò)展速率測(cè)試方法。
2、在摻氫天然氣環(huán)境中，普通應(yīng)變計(jì)式引伸計(jì)存在兩大局限性，一是傳統(tǒng)應(yīng)變敏感元件材料如純銅、銅鎳合金在臨氫環(huán)境中存在較大零點(diǎn)漂移，影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性；二是敏感元件是通過(guò)膠粘劑附著在彈性基底上，常用的膠粘劑主要有環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂兩大類(lèi)，氫氣容易滲透到膠粘劑內(nèi)部造成鼓泡開(kāi)裂等現(xiàn)象，造成漂移增大、應(yīng)變傳遞滯后等問(wèn)題，此外摻氫天然氣中存在還原性氣體如ch4、co2、co等，容易引起膠粘劑的老化失效等問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)的專(zhuān)利技術(shù)目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的純銅、銅鎳合金敏感元件在臨氫環(huán)境中存在較大零點(diǎn)漂移，敏感元件是通過(guò)膠粘劑附著在彈性基底上，氫氣容易滲透到膠粘劑內(nèi)部造成鼓泡開(kāi)裂等現(xiàn)象，造成漂移增大、應(yīng)變傳遞滯后的不足，提供了一種基于真空多弧離子鍍的摻氫天然氣環(huán)境疲勞
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：
3、一種基于真空多弧離子鍍的摻氫天然氣環(huán)境疲勞試驗(yàn)裝置，包括疲勞試驗(yàn)機(jī)，充有高壓摻氫天然氣氣體的高壓氣體環(huán)境箱和位于高壓氣體環(huán)境箱中的壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)；高壓氣體環(huán)境箱的上端和下端的開(kāi)口分別與疲勞試驗(yàn)機(jī)的上拉伸桿和下拉伸桿密封連接，試樣上部和下部分別與上拉伸桿和下拉伸桿固定連接；高壓氣體環(huán)境箱一側(cè)設(shè)有可密封的轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)；所述壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括水平支撐板，設(shè)于水平支撐板左側(cè)的豎向擋板，設(shè)于豎向擋板右側(cè)的水平支撐板下表面的豎桿，與豎桿下端轉(zhuǎn)動(dòng)連接的l形桿，設(shè)于l形桿左下方的豎向擋板側(cè)面上的應(yīng)變片；豎向擋板與應(yīng)變片固定連接，橫向延伸板右端與試樣左側(cè)面上部固定連接，豎桿下端與l形桿左上端之間通過(guò)縱向轉(zhuǎn)軸連接，l形桿的拐角外側(cè)面上設(shè)有弧形緩沖墊，應(yīng)變片與應(yīng)變測(cè)試儀電連接，弧形緩沖墊右側(cè)的l形桿包括套管和伸入套管中并與套管滑動(dòng)連接的伸縮桿，l形桿右端與試樣左側(cè)面下部轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
4、疲勞試驗(yàn)機(jī)下部設(shè)有用于帶動(dòng)下拉伸桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的液壓油缸；試樣上加工有缺口，利用交變載荷預(yù)制沿缺口延伸的裂紋，打開(kāi)轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)將試樣上部放置到設(shè)于上拉伸桿的u形開(kāi)口槽中，用圓柱銷(xiāo)穿過(guò)缺口上方的試樣固定孔和上拉伸桿的u形開(kāi)口槽兩側(cè)的孔，使試樣和上拉伸桿連接起來(lái)；
5、將試樣下部放置到設(shè)于下拉伸桿的u形開(kāi)口槽中，用圓柱銷(xiāo)穿過(guò)缺口下方的試樣固定孔和下拉伸桿的u形開(kāi)口槽兩側(cè)的孔，使試樣和下拉伸桿連接起來(lái)；使水平支撐板呈水平狀態(tài)，使伸縮桿呈水平狀態(tài)；
6、當(dāng)液壓油缸反復(fù)向下拉動(dòng)試樣時(shí)，試樣缺口處的裂紋不斷延長(zhǎng)，缺口逐漸張開(kāi)，伸縮桿逐漸向右下方傾斜延伸，弧形緩沖墊逐漸靠近應(yīng)變片，應(yīng)變片檢測(cè)到的壓力信號(hào)輸送給應(yīng)變測(cè)試儀。
7、為了確定應(yīng)變片檢測(cè)到的壓力信號(hào)與裂紋長(zhǎng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，要在摻氫天然氣環(huán)境中多次反復(fù)進(jìn)行試樣的拉伸試驗(yàn)，記錄應(yīng)變片檢測(cè)到的壓力值和與其對(duì)應(yīng)的裂紋長(zhǎng)度，以壓力值為橫坐標(biāo)，裂紋長(zhǎng)度為縱坐標(biāo)，在二位坐標(biāo)系中畫(huà)點(diǎn)，將各個(gè)相鄰的點(diǎn)連接，形成曲線(xiàn)，對(duì)曲線(xiàn)進(jìn)行擬合，得到與曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的擬合函數(shù)。
8、應(yīng)變測(cè)試儀獲得應(yīng)變片檢測(cè)到的壓力信號(hào)對(duì)應(yīng)的壓力值，將壓力值作為自變量帶入擬合函數(shù)中，得到壓力值所對(duì)應(yīng)的裂紋長(zhǎng)度a，進(jìn)一步根據(jù)當(dāng)前疲勞試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n，獲得應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n和裂紋長(zhǎng)度a之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用公式da/dn計(jì)算得到試樣在摻氫天然氣環(huán)境中的疲勞裂紋擴(kuò)展速率，疲勞裂紋擴(kuò)展速率用于估算裂紋體(試樣)的疲勞壽命。
9、作為優(yōu)選，所述應(yīng)變片包括基板，設(shè)于基板上的過(guò)渡緩沖層，設(shè)于過(guò)渡緩沖層上的絕緣層，設(shè)于絕緣層上表面上的功能層和設(shè)于功能層上的防護(hù)層；基板采用x52ms管線(xiàn)鋼材料制成，過(guò)渡緩沖層為金屬cral膜，絕緣層為tga/al2o3膜。
10、本專(zhuān)利技術(shù)采用真空氣氛熱生長(zhǎng)和真空多弧離子鍍技術(shù)進(jìn)行沉積；功能層為femow合金膜，采用真空多弧離子鍍沉積技術(shù)制備；防護(hù)層為環(huán)氧樹(shù)脂涂層。
11、作為優(yōu)選，所述功能層為femow合金膜，防護(hù)層為環(huán)氧樹(shù)脂涂層。
12、作為優(yōu)選，應(yīng)變片的制作過(guò)程如下：
13、(4-1)制備用于真空多弧離子鍍的femow合金靶材；
14、(4-2)對(duì)基板進(jìn)行物理打磨拋光后，將基板放入無(wú)水乙醇和丙酮的混合溶液中進(jìn)行超聲清洗，利用電吹風(fēng)對(duì)基板進(jìn)行干燥處理；
15、(4-3)將基板放到鍍膜室的工件架上，在陰極弧源上對(duì)稱(chēng)放置99.99％的cr靶材和99.99％的al靶材，使cr靶材、al靶材與基板的距離均為75mm-85mm；對(duì)鍍膜室抽真空至0.003pa以下，向鍍膜室內(nèi)通入流量為15sccm-25sccm的氬氣，控制鍍膜室的工作壓力為0.09pa；啟動(dòng)陰極弧源，設(shè)置基板的負(fù)偏壓為750v-850v，對(duì)基板弧光轟擊清洗15min-20min；
16、(4-4)在基板的上表面上鍍金屬cral膜的過(guò)渡緩沖層；
17、(4-5)真空氣氛熱生長(zhǎng)和真空多弧離子鍍制備絕緣層：先將基板放入真空管式爐中，給真空管式爐抽真空，持續(xù)通入o2，進(jìn)行熱生長(zhǎng)，在金屬cral膜的上表面得到熱生長(zhǎng)的tga薄膜；
18、將基板放入鍍膜室中，在陰極弧源上放置al靶材，將al靶材和基板的距離設(shè)置為75mm-85mm，對(duì)鍍膜室抽真空后，通入氬氣和氧氣，啟動(dòng)陰極弧源，調(diào)節(jié)基板的負(fù)偏壓、工作壓力和磁場(chǎng)頻率，調(diào)節(jié)al靶材的電流和鍍膜時(shí)間，進(jìn)行鍍膜，在基板的tga薄膜上表面得到al2o3薄膜，得到tga/al2o3膜的絕緣層；
19、(4-6)真空多弧離子鍍制備femow合金膜的功能層：將基板放入鍍膜室中，使用夾具將圖案化柵格的掩模板緊貼于基板上表面，在陰極弧源上放置femow靶材，將femow靶材和基板的距離設(shè)置為75mm-85mm；對(duì)鍍膜室抽真空后，通入氬氣，啟動(dòng)陰極弧源，調(diào)節(jié)基板的負(fù)偏壓、工作壓力和磁場(chǎng)頻率，調(diào)節(jié)femow靶材的電流和鍍膜時(shí)間，進(jìn)行鍍膜，在基板的al2o3薄膜的上表面上得到femow合金膜的功能層；
20、(4-7)制備防護(hù)層：將環(huán)氧樹(shù)脂、鄰苯二甲酸二丁酯和乙二胺的混合液攪拌均勻，將混合液涂覆在基板的外表面上，等混合液固化后，形成固化防護(hù)層，應(yīng)變片制作完成。
21、作為優(yōu)選，步驟(4-4)包括如下具體步驟：
22、將鍍膜室內(nèi)抽真空至0.001pa-0.003pa，通入流量為25sccm-30sccm的氬氣，使鍍膜室的工作本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于真空多弧離子鍍的摻氫天然氣環(huán)境疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是，包括疲勞試驗(yàn)機(jī)，充有高壓摻氫天然氣氣體的高壓氣體環(huán)境箱和位于高壓氣體環(huán)境箱中的壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)；高壓氣體環(huán)境箱的上端和下端的開(kāi)口分別與疲勞試驗(yàn)機(jī)的上拉伸桿和下拉伸桿密封連接，試樣(7)上部和下部分別與上拉伸桿和下拉伸桿固定連接；高壓氣體環(huán)境箱一側(cè)設(shè)有可密封的轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)；所述壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括水平支撐板(1)，設(shè)于水平支撐板左側(cè)的豎向擋板(2)，設(shè)于豎向擋板右側(cè)的水平支撐板下表面的豎桿(3)，與豎桿下端轉(zhuǎn)動(dòng)連接的L形桿(4)，設(shè)于L形桿左下方的豎向擋板側(cè)面上的應(yīng)變片(5)；豎向擋板與應(yīng)變片固定連接，橫向延伸板右端與試樣左側(cè)面上部固定連接，豎桿下端與L形桿左上端之間通過(guò)縱向轉(zhuǎn)軸(31)連接，L形桿的拐角外側(cè)面上設(shè)有弧形緩沖墊(6)，應(yīng)變片與應(yīng)變測(cè)試儀電連接，弧形緩沖墊右側(cè)的L形桿包括套管(41)和伸入套管中并與套管滑動(dòng)連接的伸縮桿(42)，L形桿右端與試樣左側(cè)面下部轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于真空多弧離子鍍的摻氫天然氣環(huán)境疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是，所述應(yīng)變片包括基板(101)，設(shè)于基板上的過(guò)渡緩沖層(102
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于真空多弧離子鍍的摻氫天然氣環(huán)境疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是，所述功能層為FeMoW合金膜，防護(hù)層為環(huán)氧樹(shù)脂涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于真空多弧離子鍍的摻氫天然氣環(huán)境疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是，應(yīng)變片的制作過(guò)程如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于真空多弧離子鍍的摻氫天然氣環(huán)境疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是，步驟(4-4)包括如下具體步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于真空多弧離子鍍的摻氫天然氣環(huán)境疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是，步驟(4-5)包括如下具體步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于真空多弧離子鍍的摻氫天然氣環(huán)境疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是，所述FeMoW合金靶材的元素配比組成為Mo5％-10％，W3％-7％，余量為Fe；FeMoW合金靶材的雜質(zhì)含量小于0.02％，空洞缺陷小于0.1mm，晶粒尺寸小于50μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于真空多弧離子鍍的摻氫天然氣環(huán)境疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是，步驟(4-6)包括如下具體步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6或7或8所述的基于真空多弧離子鍍的摻氫天然氣環(huán)境疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是，步驟(4-7)包括如下具體步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于真空多弧離子鍍的摻氫天然氣環(huán)境疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是，包括疲勞試驗(yàn)機(jī)，充有高壓摻氫天然氣氣體的高壓氣體環(huán)境箱和位于高壓氣體環(huán)境箱中的壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)；高壓氣體環(huán)境箱的上端和下端的開(kāi)口分別與疲勞試驗(yàn)機(jī)的上拉伸桿和下拉伸桿密封連接，試樣(7)上部和下部分別與上拉伸桿和下拉伸桿固定連接；高壓氣體環(huán)境箱一側(cè)設(shè)有可密封的轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)；所述壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括水平支撐板(1)，設(shè)于水平支撐板左側(cè)的豎向擋板(2)，設(shè)于豎向擋板右側(cè)的水平支撐板下表面的豎桿(3)，與豎桿下端轉(zhuǎn)動(dòng)連接的l形桿(4)，設(shè)于l形桿左下方的豎向擋板側(cè)面上的應(yīng)變片(5)；豎向擋板與應(yīng)變片固定連接，橫向延伸板右端與試樣左側(cè)面上部固定連接，豎桿下端與l形桿左上端之間通過(guò)縱向轉(zhuǎn)軸(31)連接，l形桿的拐角外側(cè)面上設(shè)有弧形緩沖墊(6)，應(yīng)變片與應(yīng)變測(cè)試儀電連接，弧形緩沖墊右側(cè)的l形桿包括套管(41)和伸入套管中并與套管滑動(dòng)連接的伸縮桿(42)，l形桿右端與試樣左側(cè)面下部轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于真空多弧離子鍍的摻氫天然氣環(huán)境疲勞試驗(yàn)裝置，其特征是，所述應(yīng)變片包括基板(101)，設(shè)于基板上的過(guò)渡緩沖層(102)，設(shè)于過(guò)渡緩沖層上的絕緣層(103)，設(shè)于絕緣層上表面上的功能層(104)和設(shè)于功能層上的防護(hù)層(105)；基板采用x52ms管線(xiàn)鋼材...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張萬(wàn)亮，張凱宇，張林，林穎，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：東海實(shí)驗(yàn)室，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。