图像、声发射、电化学一体化应力腐蚀开裂原位测试装置制造方法及图纸

一种图像、声发射、电化学一体化的应力腐蚀开裂原位测试装置。其包括应力腐蚀加载系统、数字图像相关测试系统、声发射测试系统、电化学测试系统和计算机；应力腐蚀加载系统包括慢应变拉伸试验机、拉伸夹具和腐蚀溶液池；数字图像相关测试系统包括工业CCD相机、三脚架和图像采集卡；声发射测试系统包括声发射探头、放大器和声发射卡；电化学测试系统包括拉伸试件、参比电极、辅助电极和电化学工作站。本发明专利技术效果：具有结构简单、操作灵活、试件尺寸可调、加载条件可变、腐蚀介质可更换等特点，可广泛应用于研究不同载荷条件、不同腐蚀介质对金属材料应力腐蚀开裂行为的影响。

In-situ Testing Device for Stress Corrosion Cracking Based on Image, Acoustic Emission and Electrochemistry

【技术实现步骤摘要】
图像、声发射、电化学一体化应力腐蚀开裂原位测试装置
本专利技术属于实验力学、应力腐蚀
，尤其涉及一种图像、声发射、电化学一体化应力腐蚀开裂原位测试装置。
技术介绍
材料的应力腐蚀开裂是石油运输管道、核电站设备、飞机结构等工程结构的重要失效形式之一，给结构安全带来极大隐患，是石油工程、核电、航空工程等领域备受关注的多学科交叉科学技术问题。针对工程材料的应力腐蚀开裂问题开发一套原位测试系统，实现力学、光学(图像)、声学、电化学等多源信息的同步监测，分析材料裂纹萌生与扩展规律，对于预防工程结构失效、改进腐蚀管理方法、提高结构使用寿命具有重要意义。针对材料应力腐蚀开裂行为，现有的原位测试装置以电化学测试居多，例如公开号为CN105300874的中国专利“慢应变速率条件下的应力腐蚀和测氢电化学原位测量装置”，该装置通过三电极监测慢速率拉伸过程中金属试件的电位电流变化，实现试件应力腐蚀的电化学原位测试。尽管电化学原位测试方法可以从电化学角度分析材料在应力腐蚀过程中的腐蚀与开裂行为，但是单一的电化学信息仍无法全面有效地描述材料损伤的时空演化特征，例如无法给出试件表面裂纹萌生位置、裂纹扩展方向、内部损伤演化特征等信息。由此可见，单一功能的原位测试装置限制了对材料应力腐蚀开裂行为的进一步认识，迫切需要开发多功能一体化的原位测试装置。数字图像相关(DIC)是一种基于数字图像灰度分析的光测方法，具有非接触、全场全过程、测量精度高等优点，是监测材料表面裂纹萌生与扩展的有效方法。声发射技术(AE)通过监听材料内部由于能量释放产生的弹性波来检测材料腐蚀和裂纹的发生和发展，能有效地表征材料内部损伤演化信息。将数字图像相关、声发射与电化学方法相结合，用于材料应力腐蚀开裂的原位测试，可给出力学、光学(图像)、声学、电化学相结合的多源实验信息，在时间尺度和空间尺度上全面有效地描述材料损伤演化，有助于深入认识材料应力腐蚀裂纹萌生与扩展规律。但目前尚缺少上述功能一体化的实验装置。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种图像、声发射、电化学一体化应力腐蚀开裂原位测试装置。为了达到上述目的，本专利技术提供的图像、声发射、电化学一体化的应力腐蚀开裂原位测试装置包括应力腐蚀加载系统、数字图像相关测试系统、声发射测试系统、电化学测试系统和计算机；其中，所述的应力腐蚀加载系统包括慢应变拉伸试验机、拉伸夹具和腐蚀溶液池；慢应变拉伸试验机的上下部分别设有一个拉伸夹具；腐蚀溶液池设置在两个拉伸夹具之间，是由透明有机玻璃制成的长方体形箱体结构，内部盛有腐蚀溶液，侧壁留有用于外接液体循环装置的入水口和出水口，顶面与底面设有矩形孔，用于插入拉伸试样，并且底面的矩形孔与拉伸试样之间的空隙利用泛塞封密封，以防止实验时腐蚀溶液泄露；拉伸试样的中部位于腐蚀溶液池内部，上下端分别由两个拉伸夹具夹持住；所述的数字图像相关测试系统包括工业CCD相机、三脚架和图像采集卡；工业CCD相机通过三脚架固定，并且镜头正对拉伸试样的前表面，因此能够透过腐蚀溶液池的有机玻璃和腐蚀溶液拍摄拉伸试样的表面图像；图像采集卡内嵌在计算机内部，通过导线与工业CCD相机相连；所述的声发射测试系统包括声发射探头、放大器和声发射卡；两个声发射探头分别设置在拉伸试件的上下端，分别通过导线与一个放大器相连；声发射卡内嵌在计算机内部，通过导线与放大器相连；电化学测试系统包括作为工作电极的拉伸试件、参比电极、辅助电极和电化学工作站；拉伸试件的中部、参比电极和辅助电极均放置在腐蚀溶液池中，并且拉伸试件、参比电极和辅助电极分别通过导线与电化学工作站相连。所述的拉伸试样为哑铃形板状结构，两端设有用于连接拉伸夹具的通孔。所述的参比电极采用甘汞电极，末端为玻璃毛细管，管口接近拉伸试件。所述的辅助电极由碳棒制成，与拉伸试件保持平行状态。本专利技术提供的图像、声发射、电化学一体化应力腐蚀开裂原位测试装置具有以下效果：可实现材料在应力腐蚀过程中力学、光学(图像)、声学、电化学等多源信息的同步原位监测，给出宏观力学性能、表面裂纹萌生与扩展时空演化特征、内部损伤累积、电位电流变化等实验信息，基于多学科协同测量，分析材料损伤演化规律。本装置具有结构简单、操作灵活、试件尺寸可调、加载条件可变、腐蚀介质可更换等特点，可广泛应用于研究不同载荷条件、不同腐蚀介质对金属材料应力腐蚀开裂行为的影响。附图说明图1是本专利技术提供的图像、声发射、电化学一体化应力腐蚀开裂原位测试装置结构示意图。图2是本专利技术提供的图像、声发射、电化学一体化应力腐蚀开裂原位测试装置中拉伸试件示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术提供的图像、声发射、电化学一体化应力腐蚀开裂原位测试装置进行详细说明。如图1、图2所示，本专利技术提供的图像、声发射、电化学一体化的应力腐蚀开裂原位测试装置包括应力腐蚀加载系统、数字图像相关测试系统、声发射测试系统、电化学测试系统和计算机6；其中，所述的应力腐蚀加载系统包括慢应变拉伸试验机1、拉伸夹具2和腐蚀溶液池3；慢应变拉伸试验机1的上下部分别设有一个拉伸夹具2；腐蚀溶液池3设置在两个拉伸夹具2之间，是由透明有机玻璃制成的长方体形箱体结构，内部盛有腐蚀溶液，侧壁留有用于外接液体循环装置的入水口和出水口，顶面与底面设有矩形孔，用于插入拉伸试样4，并且底面的矩形孔与拉伸试样4之间的空隙利用泛塞封密封，以防止实验时腐蚀溶液泄露；拉伸试样4的中部位于腐蚀溶液池3内部，上下端分别由两个拉伸夹具2夹持住；所述的数字图像相关测试系统包括工业CCD相机5、三脚架和图像采集卡；工业CCD相机5通过三脚架固定，并且镜头正对拉伸试样4的前表面，因此能够透过腐蚀溶液池3的有机玻璃和腐蚀溶液拍摄拉伸试样4的表面图像；图像采集卡内嵌在计算机6内部，通过导线与工业CCD相机5相连；所述的声发射测试系统包括声发射探头7、放大器8和声发射卡；两个声发射探头7分别设置在拉伸试件4的上下端，分别通过导线与一个放大器8相连；声发射卡内嵌在计算机6内部，通过导线与放大器8相连；电化学测试系统包括作为工作电极的拉伸试件4、参比电极9、辅助电极10和电化学工作站11；拉伸试件4的中部、参比电极9和辅助电极10均放置在腐蚀溶液池3中，并且拉伸试件4、参比电极9和辅助电极10分别通过导线与电化学工作站11相连。所述的拉伸试样4为哑铃形板状结构，两端设有用于连接拉伸夹具2的通孔。所述的参比电极9采用甘汞电极，末端为玻璃毛细管，管口接近拉伸试件4。所述的辅助电极10由碳棒制成，与拉伸试件4保持平行状态。现将本专利技术提供的图像、声发射、电化学一体化应力腐蚀开裂原位测试装置的使用方法阐述如下：实验人员首先在拉伸试件4的前表面喷涂一层哑光白底漆，随后喷涂一层哑光黑漆，由此形成黑白相间的随机散斑图像。然后按上述结构设置好本装置中的各部件，之后开始进行实验。实验时，利用慢应变拉伸试验机1通过拉伸夹具2对拉伸试件4进行慢应变速率拉伸，加载时试件拉伸4与腐蚀溶液池3处于准静态，利用慢应变拉伸试验机1记录加载曲线。在应力腐蚀加载过程中，利用电化学测试系统中的电化学工作站11监测拉伸试件4的电化学数据；通过声发射系统中的发射探头7获取声发射信号，然后经放大器8放大后传输给声发射卡并存储，最后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像、声发射、电化学一体化的应力腐蚀开裂原位测试装置，其特征在于：所述的应力腐蚀开裂原位测试装置包括应力腐蚀加载系统、数字图像相关测试系统、声发射测试系统、电化学测试系统和计算机(6)；其中，所述的应力腐蚀加载系统包括慢应变拉伸试验机(1)、拉伸夹具(2)和腐蚀溶液池(3)；慢应变拉伸试验机(1)的上下部分别设有一个拉伸夹具(2)；腐蚀溶液池(3)设置在两个拉伸夹具(2)之间，是由透明有机玻璃制成的长方体形箱体结构，内部盛有腐蚀溶液，侧壁留有用于外接液体循环装置的入水口和出水口，顶面与底面设有矩形孔，用于插入拉伸试样(4)，并且底面的矩形孔与拉伸试样(4)之间的空隙利用泛塞封密封，以防止实验时腐蚀溶液泄露；拉伸试样(4)的中部位于腐蚀溶液池(3)内部，上下端分别由两个拉伸夹具(2)夹持住；所述的数字图像相关测试系统包括工业CCD相机(5)、三脚架和图像采集卡；工业CCD相机(5)通过三脚架固定，并且镜头正对拉伸试样(4)的前表面，因此能够透过腐蚀溶液池(3)的有机玻璃和腐蚀溶液拍摄拉伸试样(4)的表面图像；图像采集卡内嵌在计算机(6)内部，通过导线与工业CCD相机(5)相连；所述的声发射测试系统包括声发射探头(7)、放大器(8)和声发射卡；两个声发射探头(7)分别设置在拉伸试件(4)的上下端，分别通过导线与一个放大器(8)相连；声发射卡内嵌在计算机(6)内部，通过导线与放大器(8)相连；电化学测试系统包括作为工作电极的拉伸试件(4)、参比电极(9)、辅助电极(10)和电化学工作站(11)；拉伸试件(4)的中部、参比电极(9)和辅助电极(10)均放置在腐蚀溶液池(3)中，并且拉伸试件(4)、参比电极(9)和辅助电极(10)分别通过导线与电化学工作站(11)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种图像、声发射、电化学一体化的应力腐蚀开裂原位测试装置，其特征在于：所述的应力腐蚀开裂原位测试装置包括应力腐蚀加载系统、数字图像相关测试系统、声发射测试系统、电化学测试系统和计算机(6)；其中，所述的应力腐蚀加载系统包括慢应变拉伸试验机(1)、拉伸夹具(2)和腐蚀溶液池(3)；慢应变拉伸试验机(1)的上下部分别设有一个拉伸夹具(2)；腐蚀溶液池(3)设置在两个拉伸夹具(2)之间，是由透明有机玻璃制成的长方体形箱体结构，内部盛有腐蚀溶液，侧壁留有用于外接液体循环装置的入水口和出水口，顶面与底面设有矩形孔，用于插入拉伸试样(4)，并且底面的矩形孔与拉伸试样(4)之间的空隙利用泛塞封密封，以防止实验时腐蚀溶液泄露；拉伸试样(4)的中部位于腐蚀溶液池(3)内部，上下端分别由两个拉伸夹具(2)夹持住；所述的数字图像相关测试系统包括工业CCD相机(5)、三脚架和图像采集卡；工业CCD相机(5)通过三脚架固定，并且镜头正对拉伸试样(4)的前表面，因此能够透过腐蚀溶液池(3)的有机玻璃和腐蚀溶液拍摄拉伸试样(4)的表面图像；图像采集卡内嵌在计...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱添，宋海鹏，杜娟，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津,12