本发明专利技术公开了一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，包括形成有容腔的测试容器，还包括：分隔板，其将容腔分隔为测试腔和平衡腔；充排气管路，其向容腔充入氢气及排出容腔内的氢气；加载轴，其上端位于测试容器外、下端位于测试腔内；载荷传感器，其监测待测试样品所受载荷；以及位移测量传感器，其用于测量加载轴的位移量；加载轴设置有用于承受测试腔内的氢气施压的第一受压面以及用于承受平衡腔内的氢气施压的第二受压面，以使得加载轴在设定压差的作用下向待测试样品施加设定载荷。还公开了应用该测试装置实施的测试方法。应用本发明专利技术能够采用载荷控制法进行氢致开裂测试，成本较低且能够获得氢致滞后开裂的时间等关键数据。键数据。键数据。
【技术实现步骤摘要】
一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置及方法
[0001]本专利技术涉及材料检测
，具体涉及一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置及方法。
技术介绍
[0002]氢能承压设备是氢能产业的关键核心设备，该类设备通常在一定压力下运行，对于加氢站用固定式储氢容器、车载氢气瓶等氢能承压设备，其设计压力和公称工作压力分别可达到98MPa和70MPa。尽管更高的储氢压力使得储氢密度增加，但也使得设备材料可能面临因高压氢脆引起的力学性能劣化现象，这给氢能承压设备的安全带来极大威胁。为了保障氢能承压设备的安全运行，在设备设计时需对材料与高压氢环境的相容性进行判定。
[0003]氢致开裂应力强度因子门槛值是表征材料氢相容性的基础数据，根据该数据不但可以判断材料是否存在氢致开裂的风险，而且还可将其作为设备疲劳裂纹扩展分析的基础数据。美国标准ASME
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10给出了的恒位移和恒载荷测试方法。位移控制法是指在高压氢环境中对带有初始裂纹的待测试样品加载一个初始载荷并保持裂纹张开位移恒定，然后将待测试样品放置在高压氢气中至少1000h，试验结束后检查裂纹扩展量，进而根据初始载荷确定。载荷控制法与位移控制法的总体步骤类似，但其加载方式为设定载荷加载，即在对带有初始裂纹的待测试样品加载一个初始载荷后，该载荷将持续加载在待测试样品上，并保持大小不变。位移控制法在加载时载荷会随着裂纹的扩展而逐渐减小，而载荷控制法在加载时裂纹张开位移会随着裂纹的扩展持续增加。尽管以上两种方法在原理上都可用于测试材料的，但目前几乎所有测试均采用位移控制法。这是由于位移控制法可通过WOL待测试样品实现恒位移加载，而载荷控制法虽然在非高压氢环境下（如常压腐蚀环境下）可通过砝码的重力等实现待测试样品的恒载荷加载，但高压氢环境下涉及到密封等问题，难以通过常规方法实现恒载荷加载。目前，尚无文献通过设定载荷法对材料在高压氢环境下的进行测试，这使得恒载荷测试方法处于原理上行的通但实际无法运用的境地。此外，恒载荷和恒位移测试方法都需要将待测试样品加载后放置在氢气环境中一段较长的时间（不小于1000h），这样一方面增加了该类试验的成本，另一方面导致即使在放置时间内发生开裂，也无法获得待测试样品开裂与时间的准确对应关系等关键信息。
[0004]综上所述，现有高压氢环境下材料氢致开裂应力强度因子门槛值难以采用恒载荷方法进行测试，且该类测试方法在测试成本、关键信息获得等方面存在不足。
技术实现思路
[0005]本专利技术旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置及方法。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，包括测试容器，所述测试容器形成有用于充入高压氢气的密封容腔，还包
括：分隔板，其定位于所述密封容腔内且将密封容腔分隔为测试腔和平衡腔；充排气管路，其与密封容腔连通以向密封容腔充入氢气及排出密封容腔内的氢气，以使得所述测试腔内具有设定压力且测试腔与平衡腔之间具有设定压差；加载轴，其伸入测试容器并穿过分隔板，所述加载轴的上端位于测试容器外、下端位于测试腔内，并且所述测试容器和分隔板均设置有供加载轴穿过的穿孔，所述加载轴与穿孔之间设置有往复式动密封结构；载荷传感器，其与待测试样品连接以在测试过程中实时监测待测试样品所受载荷；以及，位移测量传感器，其用于在测试过程中测量加载轴的位移量；其中，所述加载轴设置有用于承受测试腔内的氢气施压的第一受压面以及用于承受平衡腔内的氢气施压的第二受压面，以使得所述加载轴在设定压差的作用下向待测试样品施加设定载荷。
[0007]应用本专利技术具有以下有益效果：1、通过设置分隔板将测试容器分隔为测试腔和平衡腔，利用测试腔达到设定压力来为待测试样品提供一个高压氢气环境，利用测试腔和平衡腔的设定压差以及加载轴上设置的受压面结构来通过加载轴对待测试样品施加设定载荷，从而满足实验所要求的条件；2、应用在常压腐蚀环境下的利用砝码施加设定载荷的方案中，其是通过滑轮结构传递力，因此其使用的是柔性索结构对待测试试样施加载荷，本方案中由于采用了利用压差提供设定载荷的方案，就可以使用加载轴这样的刚性结构，因此就可以应用往复式动密封结构解决高压环境的密封问题；3、由于本方案中可通过充排气管路对测试腔和平衡腔之间的压力差进行调节，因此对于待测试样品所施加的载荷是可控且可调节的，结合位移测量传感器对加载轴位移量的监测，就能够在相对较短的时间内确定所施加的载荷是否能够造成裂纹扩展。如发现不能，则可以适当的调大施加载荷，也即在更大的载荷下观察是否可以造成裂纹扩展，因此可显著缩减测试时间。并且可以获得氢致滞后开裂的时间等关键数据。
[0008]可选的，所述充排气管路设置有用于测量测试腔的压力的第一压力表以及用于测试平衡腔的压力的第二压力表。
[0009]可选的，所述充排气管路包括对测试腔充气的第一充气管路、对测试腔排气的第一排气管路、对平衡腔充气的第二充气管路以及对平衡腔排气的第二排气管路，所述第一充气管路、第二充气管路、第一排气管路及第二排气管路均设置有阀门。
[0010]可选的，所述第一排气管路与第二充气管路连通，或，所述第二排气管路与第一充气管路连通。
[0011]可选的，所述测试腔位于下部且其内部压力向上施压于第一受压面，所述平衡腔位于上部且其内部压力向下施压于第二受压面。
[0012]可选的，所述加载轴位于测试腔内的部分包括靠上的第一轴段和靠下的第二轴段，所述第一轴段的直径大于第二轴段的直径以形成环状的第一受压面；所述加载轴位于平衡腔内的部分包括靠上的第三轴段和靠下的第四轴段，所述第三轴段的直径小于第四轴段的直径以形成环状的第二受压面。
[0013]可选的，所述测试腔内设置有用于定位待测试样品的连接件，所述载荷传感器设置于连接件上。
[0014]可选的，所述加载轴固定设置有用于夹紧待测试样品的第一夹具，所述连接件固定设置有用于夹紧待测试样品的第二夹具。
[0015]可选的，所述加载轴位于测试腔内的部分形成有限位部，所述限位部与分隔板之间具有设定间距，以防止加载轴从密封容腔内脱出。
[0016]此外，本专利技术还提供了一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试方法，应用如上述技术方案中任一项所述的用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置实现，包括以下步骤：S100：将待测试样品定位于加载轴的下端与载荷传感器之间；S200：通过充排气管路向密封容腔内充入气体直至平衡腔内的压力值达到计算压力值且测试腔内的压力值达到高于设定压力；S300：根据载荷传感器的读数与设定载荷的比较结果，通过充排气管路调节所述测试腔与平衡腔之间的压力差达到设定压差；S400：测试过程中通过观察位移测量传感器的读数来判断加载轴是否移动；S500：若加载轴移动，则在其移动至设定位置后终止测试并记录加载轴开始移动时的测试时长。
[0017]本专利技术所提供的测试方法与前述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，包括测试容器（1），所述测试容器（1）形成有用于充入高压氢气的密封容腔（10），其特征在于，还包括：分隔板（2），其定位于所述密封容腔（10）内且将密封容腔（10）分隔为测试腔（100）和平衡腔（101）；充排气管路（3），其与密封容腔（10）连通以向密封容腔（10）充入氢气及排出密封容腔（10）内的氢气，以使得所述测试腔（100）内具有设定压力且测试腔（100）与平衡腔（101）之间具有设定压差；加载轴（4），其伸入测试容器（1）并穿过分隔板（2），所述加载轴（4）的上端位于测试容器（1）外、下端位于测试腔（100）内，并且所述测试容器（1）和分隔板（2）均设置有供加载轴（4）穿过的穿孔，所述加载轴（4）与穿孔之间设置有往复式动密封结构（8）；载荷传感器（5），其与待测试样品（9）连接以在测试过程中实时监测待测试样品（9）所受载荷；以及，位移测量传感器（6），其用于在测试过程中测量加载轴（4）的位移量；其中，所述加载轴（4）设置有用于承受测试腔（100）内的氢气施压的第一受压面以及用于承受平衡腔（101）内的氢气施压的第二受压面，以使得所述加载轴（4）在设定压差的作用下向待测试样品（9）施加设定载荷。2.如权利要求1所述的用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，其特征在于，所述充排气管路（3）设置有用于测量测试腔（100）的压力的第一压力表（310）以及用于测试平衡腔（101）的压力的第二压力表（320）。3.如权利要求1或2所述的用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，其特征在于，所述充排气管路（3）包括对测试腔（100）充气的第一充气管路（31）、对测试腔（100）排气的第一排气管路（33）、对平衡腔（101）充气的第二充气管路（32）以及对平衡腔（101）排气的第二排气管路（34），所述第一充气管路（31）、第二充气管路（32）、第一排气管路（33）及第二排气管路（34）均设置有阀门（30）。4.如权利要求3所述的用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，其特征在于，所述第一排气管路（33）与第二充气管路（32）连通，或，所述第二排气管路（34）与第一充气管路（31）连通。5.如权利要求1所述的用于高压氢环境下的材料氢致开裂测试装置，其特征在于，所述测试腔（100）位于下部且其内部压力向上施压于第一受压面，所述平衡腔（101）位于上部且其内部压力向下施...
【专利技术属性】
技术研发人员：马凯，彭文珠，吉文超，李洋，郑津洋，顾超华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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