本发明专利技术公开了一种腐蚀充氢动态加载拉伸试验装置及方法，涉及金属拉伸试验技术领域，解决现有试验方法无法利用电化学噪声技术对裂纹及材料断裂过程进行深入分析的技术问题，装置包括电位测试组件、密闭溶液池、两个充氢夹具以及中空棒状试样，中空棒状试样贯穿密闭溶液池的上下两端并与充氢夹具相连接，充氢夹具连接慢应变速率拉伸试验机，充氢夹具内设有将外部充氢循环装置与中空棒状试样的中心通孔连通的充氢孔，密闭溶液池内设有模拟土壤溶液。通过电位测试组件实时监测中空棒状试样的电位变化数据，建立含有缓蚀剂的硫酸腐蚀充氢与阴极电位充氢下在材料中氢含量的对应关系，能够在较短时间内得到氢致开裂敏感性与电位及氢含量的对应关系。及氢含量的对应关系。及氢含量的对应关系。
【技术实现步骤摘要】
一种腐蚀充氢动态加载拉伸试验装置及方法
[0001]本专利技术涉及利用金属拉伸试验技术表征材料的应力腐蚀开裂明感性领域，更具体地说，它涉及一种腐蚀充氢动态加载拉伸试验来测试材料在含氢条件下开裂敏感性的装置及方法。
技术介绍
[0002]石油、天然气长输领域常采用阴极保护技术预防管道腐蚀，但阴极过保护会导致阴极过量析氢是威胁管道安全的重要问题。
[0003]氢原子是最小的原子，具有极强的渗透性，氢原子进入材料后通过应力诱导或位错通道进行扩散并在某些缺陷处产生富集，导致管线钢抗氢性能大幅下降，甚至引起突发性的断裂，严重危害国家能源安全和周边居民声明财产安全。
[0004]氢的脆化敏感性取决于应变速率，常规力性检测手段由于应变速率过高，无法准确反映材料的氢脆敏感性。慢应变速率拉伸技术(SSRT)是种能够快速评价材料的抗氢脆、抗应力腐蚀的试验方法，在外加应变加载条件下设计密闭的模拟土壤的溶液环境，并结合实际工况对材料进行不同程度的充氢，最大程度接近管线钢实际服役工况。
[0005]根据电化学噪声技术，利用裂纹生长过程中的电位变化，反应裂纹的萌生过程是裂纹监测的有效手段。通过实时检测工作电极的电位信号，经过快速傅里叶变换等时频转换技术可探寻试样表面的裂纹生长规律。
[0006]现有动态充氢测试技术均采用电化学充氢，并配合引伸计测试材料形变，准确反映试样的抗氢脆性，如专利公开文件CN201810265309.1及CN202010664678.5的技术方案。但由于电化学充氢已引入阴极电流，其电信号会对电化学噪声技术产生干扰，因此无法对材料裂纹萌生、扩展的过程进行全方位监测，也无法材料真实应力腐蚀(氢致开裂)裂纹萌生及扩展机理进行分析。
技术实现思路
[0007]本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本专利技术的目的一是提供一种腐蚀充氢动态加载拉伸试验装置及方法，可以实现慢应变速率拉伸技术与电化学噪声检测技术的结合，实时检测工作电极的电位信号，并通过快速傅里叶变换时频转换技术探寻拉伸试样表面的裂纹生长规律。
[0008]本专利技术提供一种腐蚀充氢动态加载拉伸试验装置，包括慢应变速率拉伸试验机，还包括电位测试组件、密闭溶液池、两个充氢夹具以及中空棒状试样，所述中空棒状试样贯穿所述密闭溶液池的上下两端并与所述充氢夹具相连接，所述充氢夹具连接所述慢应变速率拉伸试验机，所述充氢夹具内设有将外部充氢循环装置与所述中空棒状试样的中心通孔连通的充氢孔，所述密闭溶液池内设有模拟土壤溶液，所述电位测试组件包括万用表、参比电极，所述参比电极的一端穿入所述密闭溶液池内并连接有L型鲁金毛细管，所述L型鲁金毛细管接近所述中空棒状试样的表面，所述中空棒状试样作为工作电极，所述万用表电性
连接所述参比电极、中空棒状试样。
[0009]作为进一步地改进，所述密闭溶液池包括柱状结构的池体，所述池体的上下两端分别设有池盖。
[0010]进一步地，所述池盖的端面设有用于安装所述池体的嵌入槽，所述嵌入槽内设有第一密封圈。
[0011]进一步地，所述池体为透明材料制成，两个所述池盖通过螺栓连接，两个所述池盖的外围设有与螺栓对应的连接孔。
[0012]进一步地，所述中空棒状试样包括标距段，所述标距段的两端分别设有光滑夹持段，所述光滑夹持段通过螺纹夹持段螺纹连接所述充氢夹具。
[0013]进一步地，所述光滑夹持段穿过所述池盖，所述光滑夹持段与池盖之间设有第二密封圈。
[0014]进一步地，所述光滑夹持段的表面以及光滑夹持段与标距段的过渡段表面镀镍或涂漆。
[0015]进一步地，所述池盖设有用于安装所述参比电极的安装孔，所述池盖还设有出气孔。
[0016]本专利技术提供一种腐蚀充氢动态加载拉伸试验方法，通过充氢循环装置对中空棒状试样充氢；通过慢应变速率拉伸试验机对所述中空棒状试样施加载荷；通过万用表实时监测工作电极相对参比电极的电位变化数据；根据所述电位变化数据建立通过充氢循环装置进行充氢与通过阴极电位充氢下所述中空棒状试样中氢含量的对应关系，间接模拟管线钢实际阴保工况中过电位造成的H含量增加。
[0017]作为进一步地改进，按照以下公式确定所述中空棒状试样中的H浓度C及每个位置点的氢含量J：
[0018][0019][0020]其中C为样品中的浓度，C1为中心孔内表面的浓度，C2为棒状样品外表面的浓度，r为棒状样品的半径，r1为棒状样品的内孔半径，r2为棒状样品平行段的直径，D为扩散系数，J为扩散通量。
[0021]有益效果
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有的优点为：
[0023]本专利技术采用腐蚀充氢的实验方法，设计中空棒状拉伸试样，建立硫酸腐蚀充氢与阴极电位充氢下在材料中氢含量的对应关系，实现了慢应变速率拉伸技术与电化学噪声检测技术的结合，能够在较短时间内得到氢致开裂敏感性与电位及氢含量的对应关系，对揭示管线钢材料氢致开裂机理具有重要意义。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的结构示意图；
[0025]图2为本专利技术中池盖的结构示意图；
[0026]图3为图2中A
‑
A线的剖视图。
[0027]其中：1
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密闭溶液池、2
‑
充氢夹具、3
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中空棒状试样、4
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中心通孔、5
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充氢孔、6
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参比电极、7
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L型鲁金毛细管、8
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池体、9
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池盖、10
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嵌入槽、11
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连接孔、12
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标距段、13
‑
光滑夹持段、14
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螺纹夹持段、15
‑
第二密封圈、16
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安装孔、17
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气孔。
具体实施方式
[0028]下面结合附图中的具体实施例对本专利技术做进一步的说明。
[0029]参阅图1～3，一种腐蚀充氢动态加载拉伸试验装置，包括慢应变速率拉伸试验机，电位测试组件、密闭溶液池1、两个充氢夹具2以及中空棒状试样3。中空棒状试样3贯穿密闭溶液池1的上下两端并与充氢夹具2相连接，充氢夹具2连接慢应变速率拉伸试验机，用于施加载荷。充氢夹具2内设有将外部充氢循环装置与中空棒状试样3的中心通孔4连通的充氢孔5，可以形成充氢循环，充氢循环装置为硫酸化学充氢或者氢气物理充氢的装置。密闭溶液池1内设有模拟土壤溶液，可以根据管道实际服役环境添加对应的模拟土壤溶液。电位测试组件包括万用表、参比电极6，万用表为多通道万用表，参比电极6的一端穿入密闭溶液池1内并连接有L型鲁金毛细管7，L型鲁金毛细管7接近中空棒状试样3的表面，参比电极6通过L型鲁金毛细管7与中空棒状试样3的表面尽可能接近但不接触，中空棒状试样3作为工作电极，万用表电性连接参比电极6、中空棒状试样3，万用表与工作电极和参比电极6串联通后本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种腐蚀充氢动态加载拉伸试验装置，包括慢应变速率拉伸试验机，其特征在于，还包括电位测试组件、密闭溶液池(1)、两个充氢夹具(2)以及中空棒状试样(3)，所述中空棒状试样(3)贯穿所述密闭溶液池(1)的上下两端并与所述充氢夹具(2)相连接，所述充氢夹具(2)连接所述慢应变速率拉伸试验机，所述充氢夹具(2)内设有将外部充氢循环装置与所述中空棒状试样(3)的中心通孔(4)连通的充氢孔(5)，所述密闭溶液池(1)内设有模拟土壤溶液，所述电位测试组件包括万用表、参比电极(6)，所述参比电极(6)的一端穿入所述密闭溶液池(1)内并连接有L型鲁金毛细管(7)，所述L型鲁金毛细管(7)接近所述中空棒状试样(3)的表面，所述中空棒状试样(3)作为工作电极，所述万用表电性连接所述参比电极(6)、中空棒状试样(3)。2.根据权利要求1所述的一种腐蚀充氢动态加载拉伸试验装置，其特征在于，所述密闭溶液池(1)包括柱状结构的池体(8)，所述池体(8)的上下两端分别设有池盖(9)。3.根据权利要求2所述的一种腐蚀充氢动态加载拉伸试验装置，其特征在于，所述池盖(9)的端面设有用于安装所述池体(8)的嵌入槽(10)，所述嵌入槽(10)内设有第一密封圈。4.根据权利要求2所述的一种腐蚀充氢动态加载拉伸试验装置，其特征在于，所述池体(8)为透明材料制成，两个所述池盖(9)通过螺栓连接，两个所述池盖(9)的外围设有与螺栓对应的连接孔(11)。5.根据权利要求2所述的一种腐蚀充氢动态加载拉伸试验装置，其特征在于，所述中空棒状试样(3)包括标距段(12)，所述标距段(12)的两端分别设有光滑...
【专利技术属性】
技术研发人员：王现中，熊道英，张晨，谢成，王垚，郑文跃，张慈，周洪宇，
申请(专利权)人：国家石油天然气管网集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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