溫濕度試驗機加載系統(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)力腐蝕實驗第7部分：慢應(yīng)變速率實驗》進(jìn)行X80管線鋼試樣的SSRT測試，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時出現(xiàn)明顯的波動，此時對應(yīng)的變形量約為0.9 mm，隨后，變形量瞬時突增至14.2 mm，如圖3所示。進(jìn)一步檢查溫濕度試驗機，發(fā)現(xiàn)2支位移傳感器已從托板位置滑落。由此推斷，在拉伸實驗過程中，加載系統(tǒng)的整體或局部相對溫濕度試驗機機架發(fā)生偏轉(zhuǎn)，致使載荷和位移波動，當(dāng)偏轉(zhuǎn)的位移傳感器從托板上滑落時，監(jiān)測的變形量瞬時增大至其測量限。

為了確定加載系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)的原因，沿溫濕度試驗機中軸線方向?qū)虞d系統(tǒng)可能發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)的各個部件之間進(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)實驗，結(jié)果仍有上述拉伸系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)問題的發(fā)生。圖4為實驗完成后溫濕度試驗機拉伸系統(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)生相對轉(zhuǎn)動，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。

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)生相對轉(zhuǎn)動，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，便確定了實驗過程中加載系統(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，也會沿絲杠齒面產(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，采取了焊接的方法。當(dāng)定位接頭與絲杠之間的焊點沒有失效時，可通過銷釘限制絲杠的轉(zhuǎn)動。但是，當(dāng)絲杠承受的拉伸載荷較大時，可導(dǎo)致切向力的增加，超過某一值后致使焊點開裂失效，且焊點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轉(zhuǎn)動，終導(dǎo)致絲杠及其下方的各個部件發(fā)生偏轉(zhuǎn)。加載系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)會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。

按照制定的焊接方法和工藝，對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機上，采用SSRT實驗對溫濕度試驗機進(jìn)行應(yīng)力-應(yīng)變曲線測試。實驗材料為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。測試過程中，溫濕度試驗機工作狀態(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，絲杠運行連續(xù)無卡磨現(xiàn)象，載荷、位移數(shù)據(jù)無波動，且未出現(xiàn)加載系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)的問題。

SSRT實驗效率高，可以在短時間內(nèi)得到延遲斷裂的結(jié)果，實驗包括應(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)力腐蝕實驗教學(xué)。由于應(yīng)力腐蝕敏感性的評定指標(biāo)均以試樣的拉伸載荷和變形信息為基礎(chǔ)，因而實驗對這兩個參數(shù)測量結(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機頂端的絲杠與定位接頭之間發(fā)生脫焊。采用TIG焊方法對脫焊部位進(jìn)行補焊，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、對稱的原則。后續(xù)測試確定溫濕度試驗機工作狀態(tài)良好，保證了教學(xué)實驗的順利進(jìn)行。