本发明专利技术设计了一种氢渗透/泄漏/疲劳一体化测定装备及工艺，包括进气增压系统、温控系统、测试模具、抽真空系统、氢渗透/泄漏量检测系统、氢循环系统以及安全系统，能够针对不同储氢瓶内胆材料、碳纤维复合材料、密封圈或其他实验室样本开展氢渗透性能测定、氢循环裂纹扩展性能测定以及快速减压过程的鼓包性能测定。同时，本发明专利技术设计了多种测试模具结构，可提供材料在氢环境、不同温度、压力条件下的多种性能数据，如渗透率、泄漏量、循环使用寿命等。本发明专利技术适用于高压氢阻隔检测，并具有结构简单，测试模具易于更换，温度、压力易调节的优点。此外，本发明专利技术通过循环使用氢气，可减少单次实验的氢损耗。实验的氢损耗。实验的氢损耗。
【技术实现步骤摘要】
一种氢渗透/泄漏/疲劳一体化测定装备及工艺
[0001]本专利技术涉及材料氢渗透
，具体是一种氢渗透/泄漏/疲劳一体化测定装备及工艺。
技术介绍
[0002]随着制氢前端装备与航空航天、燃料电池汽车等用氢终端装备的优化升级，发展安全、高效的氢能储运技术及装备是推动氢能产业链的升级的重要因素。常温高压储氢因氢气制备能耗低、充装速度快，是目前的主流技术路线。但高压储氢瓶存在质量储氢密度偏低的短板，研发塑料内胆碳纤维全缠绕复合材料(IV型)气瓶是提高质量储氢密度的重要途径之一。
[0003]在高压、极限使用环境温度以及快速充放氢的苛刻条件下，氢气不可避免地会从高压侧向低压侧渗透/泄漏，并且会因为高压、高低压循环、高低温环境等对材料本身造成一定的伤害，例如促进裂纹扩展、产生鼓包缺陷和疲劳失效等。此外，渗透/泄漏至外部的氢气可能导致高压储氢容器失效、提升环境氢浓度而发生爆炸危险等。因此，在储氢瓶制造的前端研究过程中，知悉和严格控制高压储氢气瓶材料的氢渗透性能、疲劳性能和储氢瓶密封件、密封结构的密封性能是提高储氢安全性、提高储氢密度、节约成本的重要手段和需求。
[0004]目前已有的针对储氢气瓶的氢渗透率测定装置及方法，例如CN202010253265.8等，需要在整瓶成型后才能判定气瓶是否达标，经济成本高，且干扰因素多，难以判定缺陷具体成因。因此该检测方法不适用于材料前端和密封结构的性能研究判定。
[0005]对材料的氢气老化/疲劳性能测试，通常将材料放置于高压釜中，使其全部经受高压循环的作用后再检定老化/疲劳性能。该方法对材料研究具有重要意义；但无法获取压力
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温度
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时间协同作用下样品内部结构变化对渗透量影响的过程数据；此外，没有真正实现实际情况中单侧高压差对材料的破坏，与精确的寿命预测还有差距。
[0006]在材料的渗透性能测试方面，一些专利中提出了一种氢渗透测量系统的解决办法。其可检定垂直于片状样品方向上的压差造成的氢气渗透量，并能通过加热模具为样品创造一个温度模拟环境，比较适用于在不同模具温度环境条件下对渗透至样品容器中的检测介质量做精确检定。然而，因为其所针对的目标检测样品与储氢瓶的样品检测需求不同，其仅能被用于材料在超低真空条件下的渗透量测试，测试能力单一；其提出的模具结构没有考虑密封结构等对测试过程中渗透数据的影响，不适用于高压及超高压条件下的气体介质渗透测试；此外，测试介质的压力、温度、正压控制精度没有被考虑；额外地，相关系统对氢气等使用没有明确的回收方案，容易导致测试成本过高。此外，一些研究机构也提出了在高压釜中溶胀材料之后再测试氢含量的方法间接测试材料氢渗透性能，这与实际情况下氢渗透存在一定的测试误差。
[0007]综上，针对储氢瓶用内胆材料和碳纤维复合材料的渗透系数测试、密封材料及密封结构的密封性能测试、以及各种材料样品在高低温和氢循环等条件下的性能测试，现役
的检测装置均存在较大的局限性(测试压力低、温压控制精度低、测试性能单一、难以适用于特定密封结构测试、对样品结构尺寸要求高)或仅能用于间接测量。仍需要一种集成性的测试装备和工艺方法支撑储氢瓶用材料的前端研发。
技术实现思路
[0008]为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种氢渗透/泄漏/疲劳一体化测定装备及工艺。能够针对不同储氢瓶内胆材料、碳纤维复合材料、密封圈或其他实验室样本开展氢渗透性能测定、氢循环裂纹扩展性能测定以及快速减压过程的鼓包性能测定；此外，通过模具结构调整还能对非金属材料
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金属材料密封结构的密封性能进行测定。本专利技术可提供材料在氢环境、不同温度条件下的多种性能数据，如渗透率、泄漏量、循环使用寿命等。相较于现有测试装置，本专利技术氢渗透/泄漏/疲劳一体化测定装备及工艺适用于高压氢阻隔检测，具有安全性好，结构简单、模具易于更换调整的优点。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]本专利技术所述一种氢渗透/泄漏/疲劳一体化测定装备，包括进气增压系统、温控系统、测试模具、抽真空系统、氢渗透/泄漏量检测系统、氢循环系统以及安全系统。本专利技术所述进气增压系统包括储氢瓶组、调压阀、单向阀、压缩机、温压传感器、缓冲管道、溢流阀、调速调压阀。本专利技术所述温控系统包括缓冲管道加热冷却设备、温控系统、模具加热冷却系统、温压传感器。本专利技术所述测试模具的基本结构包括高压腔模具、低压腔模具、密封圈、多孔支撑板、多孔烧结陶瓷。本专利技术所述抽真空系统包括真空泵、温压传感器、真空压力表。本专利技术所述氢渗透/泄漏量检测系统包括氢质谱仪、吹扫系统、惰性气源。本专利技术所述氢循环系统包括压缩机、调速阀、氢回收罐、单向阀、调压阀。本专利技术所述安全系统包括防爆试验箱。
[0011]本专利技术一种氢渗透/泄漏/疲劳一体化测定装备的具体连接方式为：储氢瓶组与缓冲管道之间设置多条不同级别的压力控制通道，并通过调压阀和单向阀控制进入缓冲管道的氢气压力。对于低压的测试需求，由储氢瓶组经过调压阀和单向阀连接直接进入缓冲管道进行加热冷却；对于中高压测试需求，储氢瓶组的氢气经过调压阀后，由多级压缩机依据不同压力需求分别从中压压缩机和高压压缩机出口经过单向阀进入缓冲管道加热冷却。缓冲管道出口与溢流阀相连，防止出现超压危险。氢气经过缓冲管道的温度处理后，再经过调压调速阀进入测试模具。在测试过程中，从密封圈/密封结构泄漏的氢气将从低压腔模具的侧边被吹扫进氢质谱仪检定质量；从测试样品渗透的氢气将从低压腔模具的尾部被吹扫进氢质谱仪检定质量。测试完成后的高压氢气可通过针阀排出或进入下一循环。针对需要循环的氢气，在单次测试结束后，由测试模具的高压腔室经过调速阀后从单向阀或压缩机进入氢回收罐。此外，氢回收罐还通过调压阀接入储氢瓶组调压阀的出口位置。针对测试前的抽真空需求，各腔室、管路及环境箱分别通过针阀与真空泵相连排出管路或腔室中的气体。针对缓冲管道和测试模具的加热冷却需求，温控系统可直接对缓冲管道和通过环境箱对测试模具进行加热冷却处理。
[0012]本专利技术一种氢渗透/泄漏/疲劳一体化测定装备及工艺所述的测试模具由高压腔模具和低压腔模具两部分组成，连接可靠。材料优选为疲劳强度较高的316L不锈钢。备选地，材料选择使用导热系数较好的6061铝合金。
[0013]本专利技术一种氢渗透/泄漏/疲劳一体化测定装备及工艺所述的测试模具具体连接方式为：高压腔模具和低压腔模具通过轴对称的紧固螺栓连接，紧固螺栓数量优选6个或8个。高压腔模具与低压腔模具通过定位面定位，通过密封面环向密封并形成密封圈测试的通道。样品安装的方式自低压腔室向高压腔室的轴向方向分别为金属支撑板、多孔烧结陶瓷或多孔玻片、密封圈、样品、密封圈、多孔烧结陶瓷或多孔玻片(可选)。
[0014]对于某些脆性材料例如尼龙6，其在成型后具有某种特殊结构，例如从圆筒上裁取的样品，难以在测试模具中被强制压平和密封，极易导致测试过程中结果不准确。因此，作为优化地，本专利技术所述测试模具的高压腔模具或低压腔模具可以由可替换的模本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氢渗透/泄漏/疲劳一体化测定装备及工艺，其特征在于：包括进气增压系统、温控系统、测试模具、抽真空系统、氢渗透/泄漏量检测系统、氢循环系统以及安全系统；所述进气增压系统包括储氢瓶组、调压阀、单向阀、压缩机、温压传感器、缓冲管道、溢流阀、调速调压阀；所述温控系统包括缓冲管道加热冷却设备、温控系统、模具加热冷却系统、温压传感器；所述测试模具包括高压腔模具、低压腔模具、密封圈、多孔支撑板、多孔烧结陶瓷；所述抽真空系统包括真空泵、温压传感器、真空压力表；所述氢渗透/泄漏量检测系统包括氢质谱仪、吹扫系统、惰性气源；所述氢循环系统包括压缩机、调速阀、氢回收罐、单向阀、调压阀；所述安全系统包括防爆试验箱。2.根据权利1所述的一种氢渗透/泄漏/疲劳一体化测定装备及工艺，其特征在于：所述测试模具由高压腔模具和低压腔模具组成；高压腔模具与低压腔模具通过定位面定位，通过密封面环向密封并形成密封圈测试的通道；样品安装的方式自低压腔室向高压腔室的轴向方向分别为金属支撑板、多孔烧结陶瓷或多孔玻片、密封圈、样品、密封圈、多孔烧结陶瓷或多孔玻片。3.根据权利1所述的一种氢渗透/泄漏/疲劳一体化测定装备及工艺，其特征在于：所述测试模具的高压腔模具或低压腔模具可以由可替换的模芯和用于紧固和承压的模芯压板组成，模芯可依据样品形貌定制；模芯压板可限制高压腔室模芯的轴向运动；所述单侧的模芯和模芯压板的组合方式有至少两种，其一是模芯与外部管路直接相连，其二是外部管路与模芯压板相连；两种连接方式可以依据具体需求调整；当测试样品为异形面且需要定位时，模芯与模芯压板之间应当采用止转结构连接，且模芯压板与另一侧模具或模芯压板优选采用螺栓紧固连接；所述测试模具的模芯可依据密封圈大小、非金属
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金属连接的密封结构形式、检测样品的曲面形状等更换。4.根据权利3所述的一种氢渗透/泄漏/疲劳一体化测定装备及工艺，其特征在于：当需要测定非金属材料
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金...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈学东，王修磊，范志超，陶家辉，徐双庆，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院特种设备检验站有限公司，
类型：发明
国别省市：
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