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温湿度试验机加载系统故障分析

参考标准《GB/T 15970.7—2000 金属和合金的腐蚀—应力腐蚀实验第7部分:慢应变速率实验》进行X80管线钢试样的SSRT测试,应变速率选为1×10-6 s-1。拉伸过程中发现,当拉伸载荷达到35 kN时出现明显的波动,此时对应的变形量约为0.9 mm,随后,变形量瞬时突增至14.2 mm,如图3所示。进一步检查温湿度试验机,发现2支位移传感器已从托板位置滑落。由此推断,在拉伸实验过程中,加载系统的整体或局部相对温湿度试验机机架发生偏转,致使载荷和位移波动,当偏转的位移传感器从托板上滑落时,监测的变形量瞬时增大至其测量限。

为了确定加载系统偏转的原因,沿温湿度试验机中轴线方向对加载系统可能发生相对旋转的各个部件之间进行标记,自上而下依次为“丝杠—上夹头”“上夹头—力传感器”“力传感器—下夹头”“下夹头—拉伸杆”“拉伸杆—釜盖”。采用同种类型的试样进行重复实验,结果仍有上述拉伸系统偏转问题的发生。图4为实验完成后温湿度试验机拉伸系统的标记情况,可以确认,拉伸杆至丝杠之间的连接并未发生相对转动,而拉伸杆与釜盖之间却发生较大程度的偏转,且2支位移传感器已从托板位置滑落。进一步检查拉伸杆顶端的防护罩和定位销钉,确认防护罩和销钉均没有发生松动。

综合考虑上述情况,拉伸杆和釜盖之间发生了偏转,而拉伸杆至丝杠之间的拉伸系统各部件之间并没有发生相对转动,且丝杠防护罩和销钉定位良好。因此,有可能是丝杠与定位销钉之间发生了偏转。为了验证上述推断,取下防护罩,检查丝杠与销钉定位接头之间的连接,发现二者之间已经脱焊,相互之间可以旋转,如图5所示。至此,便确定了实验过程中加载系统发生偏转的根源。

拉伸过程中丝杠承受拉伸力(F拉)作用的同时,也会沿丝杠齿面产生正向力(F正)和切向力(F切),切向力的存在会导致丝杠出现旋转倾向。由于定位接头与丝杠之间采用正向螺纹连接,其旋松方向恰好为丝杠承受切向力的方向。因此,为了避免使用过程中定位接头与丝杠之间出现松动,采取了焊接的方法。当定位接头与丝杠之间的焊点没有失效时,可通过销钉限制丝杠的转动。但是,当丝杠承受的拉伸载荷较大时,可导致切向力的增加,超过某一值后致使焊点开裂失效,且焊点失效后定位接头与丝杠之间的螺纹连接不能限制二者之间的相对转动,终导致丝杠及其下方的各个部件发生偏转。加载系统的偏转会影响力传感器和位移传感器的稳定性,因而出现了图3所示的载荷和变形量波动。

按照制定的焊接方法和工艺,对丝杠和定位接头之间进行了焊接修复,接头未出现裂纹缺陷。将焊好的丝杠与定位接头重新安装到温湿度试验机上,采用SSRT实验对温湿度试验机进行应力-应变曲线测试。实验材料为X80管线钢,应变速率选为1×10-6 s-1,图7为10 MPa高压环境下获得的应力-应变曲线。测试过程中,温湿度试验机工作状态良好,高压釜的密封性也并未受加载系统二次装配精度的影响,丝杠运行连续无卡磨现象,载荷、位移数据无波动,且未出现加载系统偏转的问题。

SSRT实验效率高,可以在短时间内得到延迟断裂的结果,实验包括应力腐蚀断裂的全过程,相比恒载荷和恒位移方法更适合应力腐蚀实验教学。由于应力腐蚀敏感性的评定指标均以试样的拉伸载荷和变形信息为基础,因而实验对这两个参数测量结果的准确性和稳定性提出了严格的要求。针对教学过程中遇到的加载系统偏转问题,采用排除法确定故障的根源在于温湿度试验机顶端的丝杠与定位接头之间发生脱焊。采用TIG焊方法对脱焊部位进行补焊,为减小接头部位的残余应力和变形,采用606镍合金焊丝进行小电流施焊,并遵循分段、对称的原则。后续测试确定温湿度试验机工作状态良好,保证了教学实验的顺利进行。

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