本发明专利技术提供一种测试金属材料在流体高压下应力腐蚀行为的装置，属于金属材料试验设备技术领域。该装置包括高压釜、电化学工作站、计时器、集束导线、螺柱、加载螺母、加载装置顶板、收口螺纹套筒、高强度绝缘垫片、螺纹套筒、加载装置底板、辅助电极、参比电极、钢丝绳、强力速干胶、绝缘涂敷层和矩形弹簧，用于测试金属材料在流体高压下的应力腐蚀行为。其加载方式是用弹簧实现的应力大小可方便调节的恒载荷加载方式。该装置能够解决现有技术中存在的加载设备与高压釜之间应力传导密封性要求高的问题，加载应力不方便调节的问题和在高压环境应力腐蚀试验过程中同时研究电化学性能的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料试验设备
，特别是指一种测试金属材料在流体高压下应力腐蚀行为的装置。
技术介绍
随着人们探索海洋的深度不断加大，海洋工程材料在深海腐蚀环境下的适用性也面临着巨大的考验。深海实海环境腐蚀试验又有着高难度、高投入、高失败风险、实验周期长的天然缺点。因此目前材料在深海条件下的腐蚀实验主要以实验室模拟环境为主，所模拟的环境主要有高压、低温、低溶解氧以及不同溶液成分等。其中高压环境的模拟主要依靠各种类型的高压釜，由于选用的釜体材料以及制造工艺、安全性能、密封性能等的限制，一般耐压性能越高的高压釜其有效容积就会相对较小，否则制造成本将成倍增加，而适当的有效容积是材料腐蚀性能试验所必须的。因此这种情况是制约高压釜设备广泛应用于材料在高压下腐蚀性能研究的主要因素之一。在材料的腐蚀破坏现象当中，应力腐蚀是破坏性和危害性最大的一种腐蚀。所谓应力腐蚀是指受应力的材料在特定环境介质中产生的低应力脆性断裂现象，其特点是门槛应力低，裂纹扩展速度快，事故易突发。因此材料的应力腐蚀敏感性是材料腐蚀性能的研究热点之一。根据应力加载方式的不同，可分为恒载荷、恒变形、慢应变速率等加载方式。恒变形试样是直接弯曲试样使之变形而产生拉应力，如U型弯曲试样，C型环试样等。其加载装置结构简单、紧凑、操作方便，是高压条件下常用的试样形式，但其在试验过程中当裂纹产生后会引起应力松弛，使裂纹扩展变慢或终止，因此可能观察不到试样完全断裂的情况，其实验结果也很难定量化。慢应变速率加载方法是以一个恒定不变的或相当缓慢的应变速率对置于腐蚀环境中的试样施加应力，通过强化应变状态来加速应力腐蚀的发生和发展过程，该方法能够快速确定材料的应力腐蚀敏感性，是目前应力腐蚀研究常用的一种加速试验方法。该方法的缺点是所需慢应变速率拉伸设备造价较高，体积较大，其应力传导部件与腐蚀环境室之间有相对移动的接触界面，因此一般用于常压或低压试验。中国专利“一种带高温高压循环水的慢拉伸实验装置及使用方法”(CN103499502A)提出了一种可用于高压环境试验的慢拉伸装置，该装置是将慢拉伸试验机与高压釜相结合，可以在高压下进行慢应变速率拉伸试验。其缺点仍然是应力传导部件与高压釜盖之间有相对移动的接触界面，该界面的密封可靠性是制约高压釜所能提供的内压强大小以及设备制造成本高低的主要因素。恒载荷加载方式是利用拉伸试验机、砝码、力矩、弹簧等对试样施加一定的载荷，用于模拟工程构件可能受到的工作应力或加工应力。其优点是外加载荷恒定，试样在腐蚀介质当中由于腐蚀和产生裂纹使其横截面积不断减小，从而使开裂面上的有效应力不断增加，与恒变形试样相比，可以获得更多的应力腐蚀性能参数，如应力腐蚀开裂临界应力、断裂时间、裂纹扩展速率等。由于金属材料的抗拉强度一般很高，因此采用拉伸试验机、砝码、力矩等加载方式所需要的辅助加载机构一般也很大，不适用于高压环境下应力腐蚀行为的研究。中国专利“一种便携式轴向拉伸应力加载装置”(CN203224399U)公开了一种便携式轴向拉伸应力加载装置，其采用矩形承力框架，通过旋转加载螺母使承力框架发生弹性变形从而对试样加载轴向拉伸应力，该装置虽然结构简单、紧凑，但由于其应力来源于承力框架的弹性变形，有一定的弹性极限因此不能大幅度调节所需施加应力，且框架存在需要反复标定的问题。中国专利“一种高温高压恒载荷应力腐蚀实验方法及装置”(CN102706750A)公开了一种用于高温高压环境下恒载荷应力腐蚀试验的方法及装置，该方法是将预加载一定应力的试样用夹具固定在承力框架内，该装置虽然结构简单、紧凑，可整体放入高温高压环境中，但是试样的加载仍然需要使用拉伸试验机，而且，承力框架存在的问题是，框架材料本身高温蠕变会引起应力局部松弛，当试样形成裂纹后也会发生应力松弛，因此并不是一种严格的恒载荷试验条件，从而影响实验结果。用弹簧加载一定应力的试样是否属于恒载荷试样，人们目前仍有分歧。根据胡克定律F＝K·ΔX，弹簧的伸长量或压缩量ΔX正比于应力F，因此弹簧长度的变化直接影响试样受力即载荷的变化。但是，当金属材料发生应力腐蚀开裂时，其断口一般为脆性断口，没有明显的塑性变形，断裂伸长率一般很低，当选用劲度系数K较小的弹簧时其应力变化也相应较小，可以近似认为试样所受载荷为恒载荷。因此用弹簧加载应力方式在某些研究应力腐蚀的实验条件下是可以满足要求的。尤其是在高压环境下，试验装置可充分发挥不需高压釜外界应力传导的优势。中国专利“一种恒载荷拉伸试验装置”(CN104749029A)公开了一种弹簧加载恒载荷拉伸试验装置，主要由加载弹簧，承力框架和夹头组成。该装置仍然采用承力框架，与弹簧通过试样存在应力传导。在弹簧加载应力的同时也许还会有承力框架与弹簧的应力叠加的问题。弹珠销钉外侧虽然套装绝缘衬套来防止销钉与试样发生电偶腐蚀，但其衬套材料为聚四氟乙烯，材质较软，易发生蠕变，并且销钉与试样的加载孔为圆形内切接触，因此加载时会对绝缘衬套产生极大的局部压强，从而降低其绝缘可靠性。目前，金属材料的应力腐蚀行为试验除了上述提到的单纯对试样加载应力进行测试的方法以外，还有对应力腐蚀过程中的试样施加电化学信号的影响，如施加恒电位使其阴极极化、阳极极化，测试交流阻抗谱，测试电化学噪声等。目前这些测试手段已在常压条件下的应力腐蚀行为试验中得到了广泛的应用。但是在高压环境下，需要克服高压釜有效容积问题，应力传导密封性问题，试样应力加载方式可靠性问题以及如何施加电化学信号等问题。因此研发一种测试金属材料在流体高压下应力腐蚀行为的装置很有科研价值。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种测试金属材料在流体高压下应力腐蚀行为的装置，可以测试金属材料在流体高压下的应力腐蚀行为。其加载方式是用弹簧实现的应力大小可方便调节的恒载荷加载方式。优点是加载装置可整体放入高压釜中，在应力腐蚀行为测试的同时还可进行相关电化学性能测试。该装置包括高压釜、电化学工作站、计时器、计时器电源、集束导线、螺柱、加载螺母、加载装置顶板、收口螺纹套筒一、高强度绝缘带孔圆垫片一、螺纹套筒一、高强度绝缘带孔圆垫片二、试样、收口螺纹套筒二、高强度绝缘带孔圆垫片三、螺纹套筒二、高强度绝缘无孔圆垫片、加载装置底板、辅助电极、参比电极、钢丝绳一、钢丝绳二、强力速干胶二、绝缘涂敷层二、矩形弹簧、绝缘涂敷层一、强力速干胶一；其中，高压釜釜盖上安装集束导线，通过集束导线将高压釜外电化学工作站、计时器和计时器电源的导线延伸至高压釜内；螺柱、加载螺母、加载装置顶板、收口螺纹套筒一、高强度绝缘带孔圆垫片一、螺纹套筒一、高强度绝缘带孔圆垫片二、试样、收口螺纹套筒二、高强度绝缘带孔圆垫片三、螺纹套筒二、高强度绝缘无孔圆垫片、加载装置底板和矩形弹簧共同组成金属材料应力腐蚀行为测试的应力加载装置；螺柱中心有通孔，导线从螺柱中心通孔通过，螺柱侧面对称开槽；加载装置顶板一面开圆形凹槽，用于限制矩形弹簧的横向移动；加载装置顶板中心开有带凸台的圆孔，用于保证螺柱上下移动的同时防止将旋转加载螺母时产生的扭力传递给试样；加载装置底板一面开圆形凹槽，用于限制矩形弹簧的横向移动，加载装置底板中心设有带螺纹的圆柱凸台；试样上下两端分别旋入螺纹套筒一和螺纹套筒二；螺纹套筒一和螺纹套本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测试金属材料在流体高压下应力腐蚀行为的装置，其特征在于：包括高压釜(1)、电化学工作站(2)、计时器(3)、计时器电源(4)、集束导线(5)、螺柱(6)、加载螺母(7)、加载装置顶板(8)、收口螺纹套筒一(9)、高强度绝缘带孔圆垫片一(10)、螺纹套筒一(11)、高强度绝缘带孔圆垫片二(12)、试样(13)、收口螺纹套筒二(14)、高强度绝缘带孔圆垫片三(15)、螺纹套筒二(16)、高强度绝缘无孔圆垫片(17)、加载装置底板(18)、辅助电极(19)、参比电极(20)、钢丝绳一(21)、钢丝绳二(22)、强力速干胶二(23)、绝缘涂敷层二(24)、矩形弹簧(25)、绝缘涂敷层一(26)、强力速干胶一(27)；其中，高压釜(1)釜盖上安装集束导线(5)，通过集束导线(5)将高压釜(1)外电化学工作站(2)、计时器(3)和计时器电源(4)的导线延伸至高压釜(1)内；螺柱(6)、加载螺母(7)、加载装置顶板(8)、收口螺纹套筒一(9)、高强度绝缘带孔圆垫片一(10)、螺纹套筒一(11)、高强度绝缘带孔圆垫片二(12)、试样(13)、收口螺纹套筒二(14)、高强度绝缘带孔圆垫片三(15)、螺纹套筒二(16)、高强度绝缘无孔圆垫片(17)、加载装置底板(18)和矩形弹簧(25)共同组成金属材料应力腐蚀行为测试的应力加载装置；螺柱(6)中心有通孔，导线从螺柱(6)中心通孔通过，螺柱(6)侧面对称开槽；加载装置顶板(8)一面开圆形凹槽，用于限制矩形弹簧(25)的横向移动；加载装置顶板(8)中心开有带凸台的圆孔，用于保证螺柱(6)上下移动的同时防止将旋转加载螺母(7)时产生的扭力传递给试样(13)；加载装置底板(18)一面开圆形凹槽，用于限制矩形弹簧(25)的横向移动，加载装置底板(18)中心设有带螺纹的圆柱凸台；试样(13)上下两端分别旋入螺纹套筒一(11)和螺纹套筒二(16)；螺纹套筒一(11)和螺纹套筒二(16)外侧表面分别涂敷绝缘涂敷层一(26)和绝缘涂敷层二(24)；高强度绝缘带孔圆垫片二(12)、螺纹套筒一(11)和高强度绝缘带孔圆垫片一(10)依次放入收口螺纹套筒一(9)中，收口螺纹套筒一(9)再旋入螺柱(6)并拧紧；高强度绝缘带孔圆垫片三(15)、螺纹套筒二(16)和高强度绝缘无孔圆垫片(17)依次放入收口螺纹套筒二(14)中，收口螺纹套筒二(14)再旋入加载装置底板(18)中心的凸台并拧紧；加载装置顶板(8)和加载装置底板(18)边缘对称位置分别开通孔，用于穿过钢丝绳一(21)和钢丝绳二(22)；辅助电极(19)和参比电极(20)通过集束导线(5)连接电化学工作站(2)；试样(13)一端连接导线穿过螺柱(6)中心的通孔，再通过集束导线(5)连接电化学工作站(2)；加载装置顶板(8)和加载装置底板(18)侧面分别点涂强力速干胶一(27)和强力速干胶二(23)，在两点之间粘贴一段细导线，并通过集束导线(5)与计时器(3)、计时器电源(4)共同形成导电回路。...
【技术特征摘要】
1.一种测试金属材料在流体高压下应力腐蚀行为的装置，其特征在于：包括高压釜(1)、电化学工作站(2)、计时器(3)、计时器电源(4)、集束导线(5)、螺柱(6)、加载螺母(7)、加载装置顶板(8)、收口螺纹套筒一(9)、高强度绝缘带孔圆垫片一(10)、螺纹套筒一(11)、高强度绝缘带孔圆垫片二(12)、试样(13)、收口螺纹套筒二(14)、高强度绝缘带孔圆垫片三(15)、螺纹套筒二(16)、高强度绝缘无孔圆垫片(17)、加载装置底板(18)、辅助电极(19)、参比电极(20)、钢丝绳一(21)、钢丝绳二(22)、强力速干胶二(23)、绝缘涂敷层二(24)、矩形弹簧(25)、绝缘涂敷层一(26)、强力速干胶一(27)；其中，高压釜(1)釜盖上安装集束导线(5)，通过集束导线(5)将高压釜(1)外电化学工作站(2)、计时器(3)和计时器电源(4)的导线延伸至高压釜(1)内；螺柱(6)、加载螺母(7)、加载装置顶板(8)、收口螺纹套筒一(9)、高强度绝缘带孔圆垫片一(10)、螺纹套筒一(11)、高强度绝缘带孔圆垫片二(12)、试样(13)、收口螺纹套筒二(14)、高强度绝缘带孔圆垫片三(15)、螺纹套筒二(16)、高强度绝缘无孔圆垫片(17)、加载装置底板(18)和矩形弹簧(25)共同组成金属材料应力腐蚀行为测试的应力加载装置；螺柱(6)中心有通孔，导线从螺柱(6)中心通孔通过，螺柱(6)侧面对称开槽；加载装置顶板(8)一面开圆形凹槽，用于限制矩形弹簧(25)的横向移动；加载装置顶板(8)中心开有带凸台的圆孔，用于保证螺柱(6)上下移动的同时防止将旋转加载螺母(7)时产生的扭力传递给试样(13)；加载装置底板(18)一面开圆形凹槽，用于限制矩形弹簧(25)的横向移动，加载装置底板(18)中心设有带螺纹的圆柱凸台；试样(13)上下两端分别旋入螺纹套筒一(11)和螺纹套筒二(16)；螺纹套筒一(11)和螺纹套筒二(16)外侧表面分别涂敷绝缘涂敷层一(26)和绝缘涂敷层二(24)；高强度绝缘带孔圆垫片二(12)、螺纹套筒一(11)和高强度绝缘带孔圆垫片一(10)依次放入收口螺纹套筒一(9)中，收口螺纹套筒一(9)再旋入螺...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晓刚，吴晓光，黄运华，刘智勇，李佳，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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