溫濕度試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)故障分析

參考標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 15970.7—2000 金屬和合金的腐蝕—應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)第7部分：慢應(yīng)變速率實(shí)驗(yàn)》進(jìn)行X80管線鋼試樣的SSRT測(cè)試，應(yīng)變速率選為1×10-6 s-1。拉伸過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拉伸載荷達(dá)到35 kN時(shí)出現(xiàn)明顯的波動(dòng)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的變形量約為0.9 mm，隨后，變形量瞬時(shí)突增至14.2 mm，如圖3所示。進(jìn)一步檢查溫濕度試驗(yàn)機(jī)，發(fā)現(xiàn)2支位移傳感器已從托板位置滑落。由此推斷，在拉伸實(shí)驗(yàn)過程中，加載系統(tǒng)的整體或局部相對(duì)溫濕度試驗(yàn)機(jī)機(jī)架發(fā)生偏轉(zhuǎn)，致使載荷和位移波動(dòng)，當(dāng)偏轉(zhuǎn)的位移傳感器從托板上滑落時(shí)，監(jiān)測(cè)的變形量瞬時(shí)增大至其測(cè)量限。

為了確定加載系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)的原因，沿溫濕度試驗(yàn)機(jī)中軸線方向?qū)虞d系統(tǒng)可能發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)的各個(gè)部件之間進(jìn)行標(biāo)記，自上而下依次為“絲杠—上夾頭”“上夾頭—力傳感器”“力傳感器—下夾頭”“下夾頭—拉伸桿”“拉伸桿—釜蓋”。采用同種類型的試樣進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果仍有上述拉伸系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)問題的發(fā)生。圖4為實(shí)驗(yàn)完成后溫濕度試驗(yàn)機(jī)拉伸系統(tǒng)的標(biāo)記情況，可以確認(rèn)，拉伸桿至絲杠之間的連接并未發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，而拉伸桿與釜蓋之間卻發(fā)生較大程度的偏轉(zhuǎn)，且2支位移傳感器已從托板位置滑落。進(jìn)一步檢查拉伸桿頂端的防護(hù)罩和定位銷釘，確認(rèn)防護(hù)罩和銷釘均沒有發(fā)生松動(dòng)。

綜合考慮上述情況，拉伸桿和釜蓋之間發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，而拉伸桿至絲杠之間的拉伸系統(tǒng)各部件之間并沒有發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，且絲杠防護(hù)罩和銷釘定位良好。因此，有可能是絲杠與定位銷釘之間發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。為了驗(yàn)證上述推斷，取下防護(hù)罩，檢查絲杠與銷釘定位接頭之間的連接，發(fā)現(xiàn)二者之間已經(jīng)脫焊，相互之間可以旋轉(zhuǎn)，如圖5所示。至此，便確定了實(shí)驗(yàn)過程中加載系統(tǒng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的根源。

拉伸過程中絲杠承受拉伸力(F拉)作用的同時(shí)，也會(huì)沿絲杠齒面產(chǎn)生正向力(F正)和切向力(F切)，切向力的存在會(huì)導(dǎo)致絲杠出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)傾向。由于定位接頭與絲杠之間采用正向螺紋連接，其旋松方向恰好為絲杠承受切向力的方向。因此，為了避免使用過程中定位接頭與絲杠之間出現(xiàn)松動(dòng)，采取了焊接的方法。當(dāng)定位接頭與絲杠之間的焊點(diǎn)沒有失效時(shí)，可通過銷釘限制絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)。但是，當(dāng)絲杠承受的拉伸載荷較大時(shí)，可導(dǎo)致切向力的增加，超過某一值后致使焊點(diǎn)開裂失效，且焊點(diǎn)失效后定位接頭與絲杠之間的螺紋連接不能限制二者之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，終導(dǎo)致絲杠及其下方的各個(gè)部件發(fā)生偏轉(zhuǎn)。加載系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)會(huì)影響力傳感器和位移傳感器的穩(wěn)定性，因而出現(xiàn)了圖3所示的載荷和變形量波動(dòng)。

按照制定的焊接方法和工藝，對(duì)絲杠和定位接頭之間進(jìn)行了焊接修復(fù)，接頭未出現(xiàn)裂紋缺陷。將焊好的絲杠與定位接頭重新安裝到溫濕度試驗(yàn)機(jī)上，采用SSRT實(shí)驗(yàn)對(duì)溫濕度試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行應(yīng)力-應(yīng)變曲線測(cè)試。實(shí)驗(yàn)材料為X80管線鋼，應(yīng)變速率選為1×10-6 s-1，圖7為10 MPa高壓環(huán)境下獲得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。測(cè)試過程中，溫濕度試驗(yàn)機(jī)工作狀態(tài)良好，高壓釜的密封性也并未受加載系統(tǒng)二次裝配精度的影響，絲杠運(yùn)行連續(xù)無卡磨現(xiàn)象，載荷、位移數(shù)據(jù)無波動(dòng)，且未出現(xiàn)加載系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)的問題。

SSRT實(shí)驗(yàn)效率高，可以在短時(shí)間內(nèi)得到延遲斷裂的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)包括應(yīng)力腐蝕斷裂的全過程，相比恒載荷和恒位移方法更適合應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)教學(xué)。由于應(yīng)力腐蝕敏感性的評(píng)定指標(biāo)均以試樣的拉伸載荷和變形信息為基礎(chǔ)，因而實(shí)驗(yàn)對(duì)這兩個(gè)參數(shù)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性提出了嚴(yán)格的要求。針對(duì)教學(xué)過程中遇到的加載系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)問題，采用排除法確定故障的根源在于溫濕度試驗(yàn)機(jī)頂端的絲杠與定位接頭之間發(fā)生脫焊。采用TIG焊方法對(duì)脫焊部位進(jìn)行補(bǔ)焊，為減小接頭部位的殘余應(yīng)力和變形，采用606鎳合金焊絲進(jìn)行小電流施焊，并遵循分段、對(duì)稱的原則。后續(xù)測(cè)試確定溫濕度試驗(yàn)機(jī)工作狀態(tài)良好，保證了教學(xué)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。