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加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置及测试方法制造方法及图纸

技术编号:15539614 阅读:275 留言:0更新日期:2017-06-05 09:17
本发明专利技术公开了一种加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置及测试方法,其中装置包括双向拉伸应力加载机构、十字试样、腐蚀反应池、电化学测试系统和控制系统,所述的十字试样安装于双向拉伸应力加载机构的夹具中,可以设置受不同比例双向应力模拟管道工作实际情况,所述的腐蚀反应池可提供多种组分实验介质以及工作环境。利用该装置及其测试方法,可以研究模拟多种工况金属材料在受双向应力下的腐蚀行为与规律。

【技术实现步骤摘要】
加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置及测试方法
本专利技术属于应力腐蚀电化学测量
,具体地说是一种模拟金属试样加载双向拉伸应力时腐蚀实验及电化学测试的装置,以及使用该装置进行原位电化学实时监测的方法,即一种加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置及测试方法。
技术介绍
金属材料在实际使用过程中,不仅会受到腐蚀介质的作用,同时还会受到各种应力的作用,并常常因此造成更为严重的腐蚀破坏。石油天然气行业普遍使用埋地管线高压输送介质,在复杂的工作环境下,腐蚀介质与应力的协同作用致使管线钢存在应力腐蚀开裂(StressCorrosionCracking,SCC)问题,已成为其发生突发性破裂事故的主要危险之一。并且,拉应力还对腐蚀速率有较明显加速作用。由此,研究高压管线输送介质工作时应力对金属腐蚀行为的影响就十分必要和重要。现有的技术中,多是使用万能实验机或慢应变速率实验机等单向拉伸装置进行金属应力腐蚀实验。如公开号CN105300874-《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》,是在慢应变拉伸实验基础上简单增加腐蚀反应箱体与电化学检测模块,以完成单方向拉伸应力腐蚀试验研究;CN106053325-《一种应力耦合作用下的电化学腐蚀实验装置》,是利用自制杠杆系统模仿剪式千斤顶原理以提供单向拉应力;CN104458559-《应力-电化学腐蚀测试装置》,为利用重物提供恒定拉力,可研究不同温度下厌氧菌存在时的应力腐蚀情况。但是管道实际使用中,纵向应力与环向应力同时存在,根据薄壳应力分析,其大小呈1:2关系,所以需要实验装置可同时提供两种应力,以更贴合现场生产实际情况。目前为止,双向拉伸实验还没有形成统一标准和方法,较多研究者采用冲模式双向拉伸、薄膜凸胀双向拉伸等实验方法,取得一定成果。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:为了克服现有金属应力腐蚀实验装置的不足,本专利技术提供一种加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置及测试方法,该实验装置不仅能进行常规的双向应力腐蚀电化学检测,实时监测试样电位状态,且能实现温度、压力、介质等多种腐蚀因素控制,研究多种工作环境中对应力腐蚀行为与规律。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置,包括十字试样,为十字形金属材料,且试样中心区域为均匀应力场;双向拉伸应力加载机构,安装在十字试样的四端,加载十字试样所受的双向拉伸应力;腐蚀反应池,具有内腔,内腔中为腐蚀实验环境,十字试样的中心区域与内腔的腐蚀实验环境接触;电化学测试系统,与十字试样构成电极体系,对所述十字试样施加极化电流和正弦波电位,进行极化并测试和交流阻抗图谱测试,并实时监测记录电位数据;和控制系统,包括应力控制模块、温度控制模块和流速控制模块,控制腐蚀反应池内腔中实现多种腐蚀实验环境调节。所述的双向拉伸应力加载机构,包括四个夹具、四个拉压力传感器、四个滑块和四个弯臂,以及加力螺母、支柱、工作台和轨道;夹具安装在工作台上,工作台的四周延伸出四条所述的轨道;所述的十字试样的四个端头各与一个夹具固定连接,十字试样与夹具之间通过聚四氟乙烯垫片隔开;每个夹具的外端面上固定连接有一个所述的拉压力传感器,拉压力传感器的一端与夹具连接,拉压力传感器的另一端固定于滑块上,每个滑块分别安装在工作台延伸出的轨道之上,轨道与滑块通过凸凹槽匹配,以通过滑块将来自于弯臂上的力分解为平行于轨道方向,弯臂与滑块底部铰接,所述支柱固定于工作台背部中心位置,四个弯臂中相对的两个弯臂两两向支柱汇聚后分别通过一个加力螺母与固定架连接,使弯臂与工作台平面呈20°~70°夹角,通过调节加力螺母位置完成对应应力调节。所述的腐蚀反应池,包括箱体、轴流泵自循环模块和气体充装模块;所述的箱体一端具有开孔,所述开孔处均安装有密封绝缘垫片,所述密封绝缘垫片的形状尺寸与十字试样的中心区域匹配,以与十字试样形成密封,箱体上还开设有入水口和排水口,排水口处连接排水管;所述轴流泵自循环模块包括电机和主体部分,所述轴流泵自循环模块的主体部分固定安装于箱体内部的轴心位置,所述电机安装在箱体外部;所述的气体充装模块,包括气瓶、进气管、出气口和排气管,气瓶上设置有减压阀,出气口位于箱体内部,排气管连接箱体内部和废气处理系统。所述的轴流泵自循环模块包括电机、传动轴、叶轮、导叶和轴流管;所述的电机为变频电机;电机驱动传动轴转动,叶轮和导叶同轴固定在传动轴上,传动轴、叶轮和导叶均位于轴流管内,轴流管位于箱体内,所述的导叶与叶轮的弯曲方向相反;所述的轴流管包括三段,前段呈喇叭口状,中段平直,后端为喷嘴状。所述电化学测试系统包括三电极体系、电化学工作站和电位差计,所述三电极体系包括工作电极、参比电极和辅助电极,所述工作电极为十字试样,参比电极和辅助电极均安装于箱体内,所述电位差计检测工作电极相对于辅助电极的电位,所述工作电极、参比电极和辅助电极通过导线连接至电化学工作站和电位差计。所述参比电极为饱和甘汞电极或银/氯化银电极,置于鲁金毛细管之中以减小欧姆降影响,所述辅助电极为铂片。所述的应力控制模块包括控制计算机,拉压力传感器与控制计算机信号连接;温度控制模块和流速控制模块也均连接至控制计算机上;所述的温度控制模块包括热电偶、温度控制器和加热丝;所述的温度控制器用于设置实验温度,当箱体内的介质温度低于设置温度一定范围时,自动对加热丝供电使其工作;当介质温度达到设置温度时,断开加热丝供电;所述的流速控制模块包括流速传感器和流速控制器;所述的流速控制器依据流速传感器反馈信号控制电机频率,完成相应流速调整;所述热电偶、加热丝和流速传感器位于箱体内。一种采用所述的加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置的测试方法,实现步骤如下:步骤一,根据所需模拟现场工况条件设计实验腐蚀介质、流速、温度、气体含量,以及试样加载双向拉伸应力大小;步骤二,安装十字试样,将十字试样的四个加载臂分别置于四个夹具内聚四氟乙烯垫片之中并进行固定,分别轻轻拧紧加力螺母,观察对应滑块上拉压力传感器反馈的数据,调节得到实验要求工况应力加载;步骤三,将实验介质加入腐蚀反应池,达到要求位置后,关闭排气管段,打开实验设计对应气瓶上的减压阀,完成腐蚀介质除氧或充气,关闭减压阀;步骤四,实验工况调节与测试,打开电机,开启加热丝,调节温度控制模块和流速控制模块,待流速传感器与热电偶监测数据与实验设计相符后,记录时间开始实验;电位差计实时监测十字试样相对于参比电极的电位状态,并将信号通过模数转换存储记录于控制计算机之中;在浸泡测试体系稳定后,将三电极体系导线连接到电化学工作站,按一定实验周期进行电化学测试;步骤五,实验结束后,将排气管连接废气处理系统,放出实验介质,将十字试样卸下,进行表面腐蚀形貌观察、腐蚀产物分析以及整个实验过程中电化学参数分析。本专利技术的有益效果是,本专利技术的一种加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置及测试方法,测定金属材料在一定的双向拉伸应力状态下,处于复杂工作环境中腐蚀过程的电化学参数,以及进行原位电位实时监测,通过对电化学试验结果进行归纳总结,并结合腐蚀形貌观察以及腐蚀产物特征的分析,从而探究双向拉伸应力对金属材料腐蚀行为的影响及作用机制:1.本专利技术选用双向拉伸应力加载机构,可调节弯本文档来自技高网
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加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置及测试方法

【技术保护点】
一种加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置,其特征在于:包括十字试样,为十字形金属材料,且试样中心区域为均匀应力场;双向拉伸应力加载机构,安装在十字试样的四端,加载十字试样所受的双向拉伸应力;腐蚀反应池,具有内腔,内腔中为腐蚀实验环境,十字试样的中心区域与内腔的腐蚀实验环境接触;电化学测试系统,与十字试样构成电极体系,对所述十字试样施加极化电流和正弦波电位,进行极化并测试和交流阻抗图谱测试,并实时监测记录电位数据;和控制系统,包括应力控制模块、温度控制模块和流速控制模块,控制腐蚀反应池内腔中实现多种腐蚀实验环境调节。

【技术特征摘要】
1.一种加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置,其特征在于:包括十字试样,为十字形金属材料,且试样中心区域为均匀应力场;双向拉伸应力加载机构,安装在十字试样的四端,加载十字试样所受的双向拉伸应力;腐蚀反应池,具有内腔,内腔中为腐蚀实验环境,十字试样的中心区域与内腔的腐蚀实验环境接触;电化学测试系统,与十字试样构成电极体系,对所述十字试样施加极化电流和正弦波电位,进行极化并测试和交流阻抗图谱测试,并实时监测记录电位数据;和控制系统,包括应力控制模块、温度控制模块和流速控制模块,控制腐蚀反应池内腔中实现多种腐蚀实验环境调节。2.如权利要求1所述的加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置,其特征在于:所述的双向拉伸应力加载机构,包括四个夹具、四个拉压力传感器、四个滑块和四个弯臂,以及加力螺母、支柱、工作台和轨道;夹具安装在工作台上,工作台的四周延伸出四条所述的轨道;所述的十字试样的四个端头各与一个夹具固定连接,十字试样与夹具之间通过聚四氟乙烯垫片隔开;每个夹具的外端面上固定连接有一个所述的拉压力传感器,拉压力传感器的一端与夹具连接,拉压力传感器的另一端固定于滑块上,每个滑块分别安装在工作台延伸出的轨道之上,轨道与滑块通过凸凹槽匹配,以通过滑块将来自于弯臂上的力分解为平行于轨道方向,弯臂与滑块底部铰接,所述支柱固定于工作台背部中心位置,四个弯臂中相对的两个弯臂两两向支柱汇聚后分别通过一个加力螺母与固定架连接,使弯臂与工作台平面呈20°~70°夹角,通过调节加力螺母位置完成对应应力调节。3.如权利要求2所述的加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置,其特征在于:所述的腐蚀反应池,包括箱体、轴流泵自循环模块和气体充装模块;所述的箱体一端具有开孔,所述开孔处均安装有密封绝缘垫片,所述密封绝缘垫片的形状尺寸与十字试样的中心区域匹配,以与十字试样形成密封,箱体上还开设有入水口和排水口,排水口处连接排水管;所述轴流泵自循环模块包括电机和主体部分,所述轴流泵自循环模块的主体部分固定安装于箱体内部的轴心位置,所述电机安装在箱体外部;所述的气体充装模块,包括气瓶、进气管、出气口和排气管,气瓶上设置有减压阀,出气口位于箱体内部,排气管连接箱体内部和废气处理系统。4.如权利要求3所述的加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置,其特征在于:所述的轴流泵自循环模块包括电机、传动轴、叶轮、导叶和轴流管;所述的电机为变频电机;电机驱动传动轴转动,叶轮和导叶同轴固定在传动轴上,传动轴、叶轮和导叶均位于轴流管内,轴流管位于箱体内,所述的导叶与叶轮的弯曲...

【专利技术属性】
技术研发人员:彭浩平刘军苏旭平赵会军王建华涂浩
申请(专利权)人:常州大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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