权利要求
1.一种模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置，其特征在于，包括环境箱、盐雾发生装置、干燥装置、排气排液装置和时控装置;
所述环境箱设置于疲劳试验机夹头之间;所述盐雾发生装置通过盐雾进气管连通所述环境箱，用于向环境箱中输送盐雾;所述干燥装置通过进风管连通所述环境箱，用于向环境箱中输送干燥空气;所述排气排液装置通过排液管与排气管连通所述环境箱，用于排除环境箱中的废气与废液;
所述进风管和所述排气管上分别设置有电磁控制阀;所述干燥装置、所述盐雾发生装置和所述电磁控制阀分别连接时控装置。
2.如权利要求1所述的模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置，其特征在于，所述环境箱包括上下盖板和侧板，上下盖板上分别设置有开口，所述盐雾进气管、所述进风管和所述排气管分别在侧板上设置有开口，所述排液管在下盖板上设置有开口。
3.如权利要求1所述的模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置，其特征在于，所述盐雾发生装置包括溶液腔室、超声波震荡片和鼓风装置，所述溶液腔室用于储存环境模拟溶液，所述超声波震荡片用于使环境模拟溶液生成盐雾，所述鼓风装置用于使盐雾通过盐雾进气管输送入环境箱。
4.如权利要求1所述的模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置，其特征在于，所述干燥装置包括鼓风干燥机，所述鼓风干燥机与所述控制器连接。
5.如权利要求1所述的模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置，其特征在于，所述排气排液装置包括排风机。
6.如权利要求1所述的模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置，其特征在于，所述时控装置包括多个定时开关;
或，所述温湿度传感器设置于所述环境箱上盖板处;
或，所述测试装置包括控制器，所述控制器分别连通时控装置和温湿度传感器。
7.如权利要求1所述的模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置，其特征在于，环境箱包括上下盖板和侧板，上下盖板的面积大于侧板的空腔截面，能够在侧板空腔的上下端实现封堵作用;上下盖板分别设置有螺栓孔，通过螺杆将上下盖板连接。
8.一种基于如权利要求1-7任一所述的模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下过程：
S1、将金属腐蚀疲劳试件安装在环境箱中，并将试件夹持端夹持在疲劳试验机夹头上;
S2、根据设定的干湿交替时间比设置时控装置，试验进入干湿交替时间中的湿润阶段时，干燥装置关闭且盐雾发生装置开启;试验进入干湿交替时间中的干燥阶段时，干燥装置开启且盐雾发生装置关闭，实现干湿交替环境自动循环;
S3、进行金属腐蚀疲劳试验，通过温湿度传感器实时监测环境箱中的环境，并调节所述盐雾发生装置和所述盐雾发生装置的功率。
9.如权利要求8所述的测试方法，其特征在于，S3中，通过电磁控制阀门与鼓风干燥机调节所述排气排液装置，辅助调节环境箱中的环境。
10.一种如权利要求1-7所述的模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置的应用，其特征在于，包括用于海洋平台结构、输电线路、航空航天、油气装备、桥梁领域的金属结构在大气环境下的腐蚀疲劳性能的测试与寿命评估。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于测试技术领域，具体涉及一种模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置及方法。
背景技术
[0002]公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]腐蚀疲劳是金属材料在腐蚀性介质环境与交变载荷耦合作用下发生疲劳破坏的一种现象。在海洋平台结构、输电线路、航空航天、油气装备、桥梁等领域，几乎所有与外界环境相接触的金属材料在其服役过程中都会在环境与力学因素的综合作用下发生腐蚀疲劳破坏。由于腐蚀疲劳的存在，工程构件与装备往往在远低于其设计寿命的情况下发生毫无征兆的失效，造成巨大的经济损失与安全隐患，因此，测试和表征材料腐蚀疲劳性能对于材料设计以及结构设计、防护和维护等具有重要意义。
[0004]材料腐蚀疲劳性能的测试需通过专用的腐蚀疲劳设备实现。例如，公开号为CN111855552A的专利公开了一种模拟海洋大气环境中的腐蚀疲劳试验装置及方法。将盐雾试验与疲劳试验结合，设置加湿装置控制试验腔体的湿度，设置温湿度监控装置对试验腔体的温湿度进行实时监控，能够模拟多种海洋大气环境中材料的腐蚀疲劳性能。但是纯盐雾或者水浴条件与实际环境中的大气干湿交替条件存在巨大差异。同时，现有腐蚀疲劳装置大多功能单一，无法提供多种复合环境下的腐蚀疲劳测试，不能够满足实际复杂多变的服役工况要求。因此，如何实现符合实际大气环境服役条件下金属材料腐蚀疲劳性能的测试，成为亟待解决的问题。
发明内容
[0005]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置及方法，可实现关键环境因素的可调控与实时监测，更加贴近实际大气环境的变化规律，从而获得更贴近实际的金属腐蚀疲劳测试结果。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
[0007]第一方面，一种模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置，包括环境箱、盐雾发生装置、干燥装置、排气排液装置和时控装置;
[0008]所述环境箱设置于疲劳试验机夹头之间;所述盐雾发生装置通过盐雾进气管连通所述环境箱，用于向环境箱中输送盐雾;所述干燥装置通过进风管连通所述环境箱，用于向环境箱中输送干燥空气;所述排气排液装置通过排液管与排气管连通所述环境箱，用于排除环境箱中的废气与废液;
[0009]所述进风管和所述排气管上分别设置有电磁控制阀;所述干燥装置、所述盐雾发生装置和所述电磁控制阀分别连接时控装置。
[0010]第二方面，基于上述的模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置的测试方法，包括以下过程：
[0011]S1、将金属腐蚀疲劳试件安装在环境箱中，并将试件夹持端夹持在疲劳试验机夹头上;
[0012]S2、根据设定的干湿交替时间比设置时控装置，试验进入干湿交替时间中的湿润阶段时，干燥装置关闭且盐雾发生装置开启;试验进入干湿交替时间中的干燥阶段时，干燥装置开启且盐雾发生装置关闭，实现干湿交替环境自动循环;
[0013]S3、进行金属腐蚀疲劳试验，通过温湿度传感器实时监测环境箱中的环境，并通过流量控制旋钮调节所述盐雾发生装置和所述盐雾发生装置的功率。
[0014]第三方面，上述的模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置的应用，包括：用于海洋平台结构、输电线路、航空航天、油气装备、桥梁领域的金属结构在大气环境下的腐蚀疲劳性能的测试与寿命评估。
[0015]本发明的有益效果为：
[0016]1.本发明通过时控装置、盐雾发生装置和干燥装置实现不同干湿交替比、湿度、环境溶液浓度的精确调控，并通过温湿度监控装置实时监控试验过程中温湿度变化，实现关键环境因素的可调可控与实时监测。
[0017]2.本发明将大气腐蚀过程与疲劳试验结合，可用于评价不同大气环境服役条件下金属材料的腐蚀疲劳性能;实现大气腐蚀的关键特征即干湿交替变化环境的真实模拟，能够实现更加贴合实际服役环境的金属材料腐蚀疲劳性能测试。
[0018]3.本发明的装置结构简单、安装拆卸容易、清洗方便，排气与废液收集装置可有效防止试验溶液对疲劳试验机与环境的污染。
附图说明
[0019]构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0020]图1为实施例1中模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置的结构示意图。
[0021]图2为实施例1中环境箱的结构示意图。
[0022]其中，1、疲劳试验机;2、上夹头;3、导线;4、电磁控制阀门;5、进风管;6、干燥装置;7、定时开关;8、流量控制旋钮;9、盐雾发生装置;10、排气排液装置;11、排液管;12、下夹头;13、盐雾进气管;14、排气管;15、环境箱;16、试件;17、温湿度传感器;18、螺杆;19、上下盖板;20、侧板。
具体实施方式
[0023]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0024]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0025]一种模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置，包括环境箱、盐雾发生装置、干燥装置、排气排液装置和时控制装置;
[0026]所述环境箱设置于疲劳试验机夹头之间;所述盐雾发生装置通过盐雾进气管连通所述环境箱，用于向环境箱中输送盐雾;所述干燥装置通过进风管连通所述环境箱，用于向环境箱中输送干燥空气;所述排气排液装置通过排液管与排气管连通所述环境箱，用于排除环境箱中的废气与废液;
[0027]所述进风管和所述排气管上分别设置有电磁控制阀;所述干燥装置、所述盐雾发生装置和所述电磁控制阀分别连接时控装置。
[0028]时控装置的作用为控制其所连接装置的开启/关断时间，通过以上设置，能够实现干湿交替循环这一关键环境因素的可调可控，使环境箱内的测试环境更贴近实际服役环境，从而使测试结果更符合实际状态。
[0029]所述时控装置包括多个定时开关，所述定时开关分别设置于所述干燥装置、所述盐雾发生装置与所述电磁控制阀门上，所述电磁控制阀门能够控制所述进风管、所述排气管的通断状态，实现干燥过程中空气的迅速流通，用于实现环境箱中不同干湿交替比的模拟大气环境;排液管上不设置电磁控制阀门，一方面可以保证环境箱与外界的压强平衡，防止盐雾无法持续泵入环境箱腔体，另一方面可以防止溶液积累影响模拟条件。
[0030]可选的，所述环境箱中设置有温湿度传感器，所述温湿度传感器设置于所述环境箱上盖板处，用于实时监测环境箱内所模拟环境的温湿度变化。
[0031]可选的，所述环境箱包括上下盖板和侧板，上下盖板上分别设置有开口，所述盐雾进气管、所述进风管和所述排气管分别在侧板上设置有开口，所述排液管在下盖板上设置有开口;上下盖板的开口用于使试件的夹持端伸出环境箱，与疲劳试验机的夹头连接，侧板开口用于使设定的气体，包括干燥空气和盐雾进入环境箱中，排液管用于排出环境箱中积累的凝结液体。
[0032]可选的，所述盐雾发生装置包括溶液腔室、超声波震荡片和鼓风装置，所述溶液腔室用于储存环境模拟溶液，所述超声波震荡片用于使环境模拟溶液生成盐雾，所述鼓风装置用于使盐雾通过盐雾进气管输送入环境箱。
[0033]可选的，所述干燥装置包括鼓风干燥机，所述鼓风干燥机用于向环境箱中通入干燥空气，能够快速置换环境箱中的气体，使干湿状态能够快速切换。
[0034]可选的，所述测试装置包括控制器，所述控制器分别连通时控装置、干燥装置、盐雾发生装置与温湿度传感器，用于根据传感器检测的温湿度与设定的温湿度对比，并且根据对比结果调节所述干燥装置和所述盐雾发生装置的功率，使环境箱内部的温湿度在规定时间内快速转变至设定条件。
[0035]基于上述的模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置的测试方法，包括以下过程：
[0036]S1、将金属腐蚀疲劳试件安装在环境箱中，并将试件夹持端夹持在疲劳试验机夹头上;
[0037]S2、根据设定的干湿交替时间比设置时控装置，试验进入干湿交替时间中的湿润阶段时，干燥装置关闭且盐雾发生装置开启;试验进入干湿交替时间中的干燥阶段时，干燥装置开启且盐雾发生装置关闭，实现干湿交替环境自动循环;
[0038]S3、进行金属腐蚀疲劳试验，通过温湿度传感器实时监测环境箱中的环境，并通过流量控制旋钮调节所述盐雾发生装置和所述盐雾发生装置的功率。
[0039]可选的，S3中，通过电磁控制阀门与鼓风干燥机调节所述排气排液装置，辅助调节环境箱中的环境。
[0040]上述的模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置的应用，包括：用于海洋平台结构、输电线路、航空航天、油气装备、桥梁领域的金属结构在大气环境下的腐蚀疲劳性能的测试与寿命评估。
[0041]相较于腐蚀后再进行疲劳试验，本装置实现了腐蚀与疲劳的同步进行，更加符合材料真实的服役工况，且通过干湿交替的精准调控与不同环境溶液的搭配可以实现纯盐雾、不同干湿交替比等众多大气工况的模拟。
[0042]实施例1
[0043]一种模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置，如图1所示，包括环境箱15、盐雾发生装置9、干燥装置6、排气排液装置10、时控装置和温湿度监测装置17;
[0044]环境箱15设置于疲劳试验机1的上夹头2和下夹头12之间;盐雾发生装置9通过盐雾进气管13连通环境箱15，用于向环境箱15中输送盐雾;干燥装置6通过进风管5连通环境箱15，用于向环境箱15中输送干燥空气;排气排液装置10通过排液管11与排气管14连通环境箱15，用于排除环境箱15中的废气与废液。
[0045]时控装置包括由导线3连接的多个定时开关7与电磁控制阀门4，定时开关7连接分别设置于所述干燥装置6、盐雾发生装置9与电磁控制阀门4上，多个电磁控制阀门4分别设置于进风管5、排气管14上，用于实现环境箱中不同干湿交替比的模拟大气环境;
[0046]温湿度监测装置包括温湿度传感器17，设置于环境箱15上盖板19处，用于实时监测环境箱内所模拟环境的温湿度变化。
[0047]通过以上设置，能够实现不同干湿交替比、湿度、环境溶液浓度的精确调控，并通过温湿度监控装置实时监控试验过程中温湿度变化，实现关键环境因素的可调可控与实时监测。
[0048]环境箱如图2所示，包括上下盖板19和侧板20，上下盖板19的面积大于侧板20的空腔截面，能够在侧板20空腔的上下端实现封堵作用;上下盖板19分别设置有螺栓孔，通过螺杆18将上下盖板19连接，从而挤压中间的侧板20，获得环境箱15;环境箱15的材料为透明亚克力板，易于在试验过程中观察环境箱15内部情况;上下盖板19上分别设置有开口，开口用于使金属腐蚀疲劳试件16的夹持端伸出环境箱15并且与疲劳试验机1连接，为保证环境箱15内气体不泄露，开口与试件16的夹持端之间的间隙通过硅橡胶封闭，选用的硅橡胶的弹性模量较小，避免对试件的形变造成阻力;盐雾进气管13、进风管5和排气管14分别在侧板20上设置开口，使环境箱15中补充的气体与试件16充分接触;排液管11在下盖板设置有开口，用于排出环境箱15中凝结的液体。
[0049]盐雾发生装置9包括超声波加湿器，超声波加湿器包括流量控制旋钮8，超声波加湿器包括溶液腔室、超声波震荡片和鼓风装置，溶液腔室用于储存环境模拟溶液，超声波震荡片用于使环境模拟溶液生成盐雾，鼓风装置用于使盐雾通过盐雾进气管13输送入环境箱15，鼓风装置的功率受到控制器的调节，保障腔体内湿度及环境模拟的准确性。
[0050]干燥装置6包括鼓风干燥机，鼓风干燥机与控制器连接，能够向环境箱15中输送干燥空气，鼓风干燥机的功率受到控制器的调节，通过调节进入环境箱15中的干燥风和盐雾的比例实现腔体内湿度及环境模拟的准确性。
[0051]时控装置包括多个定时开关7与电磁控制阀门4，用于实现不同干湿交替状态的调控。
[0052]温湿度监测装置包括温湿度传感器17，用于实时监测环境箱内所模拟环境的温湿度变化。
[0053]基于本实施例的模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置的测试方法，包括以下过程：
[0054]S1、将金属腐蚀疲劳试件16安装在环境箱15的侧板20空腔中，并在侧板20空腔的上下端用上下盖板19封堵后，用螺杆18固定上下盖板19和侧板20，使其成为环境箱15;使试件16的夹持端穿过环境箱15的上下盖板19的开口伸出，并在试件16与开口之间的间隙填充硅橡胶，将试件16夹持端夹持在疲劳试验机1的夹头上。
[0055]S2、根据设定的干湿交替时间比设置时控装置，试验进入干湿交替时间中的湿润阶段时，干燥装置6关闭且盐雾发生装置9开启;试验进入干湿交替时间中的干燥阶段时，干燥装置6开启且盐雾发生装置9关闭，实现干湿交替环境自动循环。
[0056]S3、进行金属腐蚀疲劳试验，通过温湿度传感器17实时监测环境箱15中的环境，并通过控制器调节盐雾发生装置9的功率;记录试件16断裂时的疲劳寿命。
[0057]实施例2
[0058]利用实施例1的模拟干湿交替大气环境下金属腐蚀疲劳的测试装置的金属疲劳腐蚀测试方法，包括以下步骤：
[0059]S1、将Q420B钢试件16沿长度方向逐级打磨，并用酒精清洗、干燥;将试样装入至环境箱15上下盖板预留的试样位置，并使用硅橡胶进行密封，两端预留出上夹头2与下夹头12的夹持部分。
[0060]S2、准备工作完成后，将密封好的环境箱15放置于疲劳试验机1中间，试样两端分别夹持于上夹头2与下夹头12;依次将干燥装置6、盐雾发生装置9连接至环境箱15;盐雾发生装置9的溶液腔室腔体溶液为3.5wt%NaCl水溶液;设定好疲劳试验机相关试验参数。
[0061]S2、设置控制器中定时开关7的相关参数，设定干湿交替比为1:1，干燥装置干燥时长为1h，盐雾发生装置9产生盐雾时长亦为1h;开启时控装置、盐雾发生装置9与干燥装置6;当进入润湿阶段时，鼓风干燥机关闭，盐雾通过盐雾进气管13进入环境箱15时，连接排气管14、进风管5的电磁控制阀门4关闭;当进入干燥阶段时，盐雾发生器9关闭，连接排气管14、进风管5的电磁控制阀门4开启，干燥装置工作;通过时控装置，实现干湿交替环境自动循环。
[0062]S3、开始腐蚀疲劳试验，通过时控装置、干燥装置6与盐雾发生装置9实现多种复合环境因素下的腐蚀疲劳测试，通过温湿度传感器17实时监测环境箱15温湿度变化，并记录试样16断裂时的疲劳寿命。
[0063]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
说明书附图(2)
