專利名稱：一種高溫高壓原位高速劃傷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐蝕材料表面劃傷技術(shù)，具體為一種高溫高壓原位高速劃傷裝置。
背景技術(shù)：
依賴表面形成致密鈍化膜而具有腐蝕抗力的耐蝕合金，當(dāng)局部表面的鈍化膜因機(jī)械破壞露出新鮮表面時(shí)，則會(huì)加劇新鮮表面腐蝕的發(fā)生，從而在該位置形成新的鈍化膜，且再鈍化的發(fā)生依賴材料本身和環(huán)境因素的共同作用。因此，金屬材料在特定環(huán)境中再鈍化能力的原位表征對(duì)于評(píng)定材料在工況下的耐腐蝕性能具 有重要作用。目前，材料再鈍化能力的表征主要通過劃傷電極法來實(shí)現(xiàn)。在高溫高壓環(huán)境中材料新鮮表面的重新成膜是一個(gè)快速過程，那么這就要求劃傷速度必須快，否則將會(huì)導(dǎo)致試樣表面邊劃傷、邊鈍化，那么采集得到的信號(hào)也是新鮮表面的鈍化信號(hào)和稍早前劃傷表面鈍化信號(hào)的一系列疊加，不能準(zhǔn)確反映材料在特定環(huán)境中的再鈍化能力。然而，由于高溫高壓原位高速劃傷裝置復(fù)雜，不僅要實(shí)現(xiàn)高溫高壓下材料表面鈍化膜的原位高速劃傷，還要考慮到高溫高壓下劃頭高速運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)、高速運(yùn)動(dòng)軸和高壓釜之間的壓力平衡、密封、高精度計(jì)時(shí)、試樣和金屬容器的絕緣、信號(hào)線的引出等一系列問題。正是因?yàn)檫@些實(shí)驗(yàn)設(shè)備上的技術(shù)困難，限制了對(duì)核電和火電等高溫高壓環(huán)境中使用的耐蝕材料鈍化能力的原位表征。目前，相關(guān)設(shè)備還未見有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高溫高壓原位高速劃傷裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中高溫高壓環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)原位高速劃傷、劃傷試樣的固定、絕緣、信號(hào)線的引出、高速運(yùn)動(dòng)軸的壓力平衡和密封等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種聞溫聞壓原位聞速劃傷裝置，該裝置設(shè)有聞溫聞壓工作電極、聞溫聞壓輔助電極、高溫高壓參比電極、上下高壓釜蓋、高壓釜體、高速運(yùn)動(dòng)軸、劃頭、環(huán)形加熱器，具體結(jié)構(gòu)如下高壓釜體和上下兩個(gè)高壓釜蓋構(gòu)成高壓釜，高壓釜體設(shè)置于上下兩個(gè)高壓釜蓋之間，高壓釜體和上下兩個(gè)高壓釜蓋連接；在上高壓釜蓋上設(shè)置熱電偶、高溫高壓工作/輔助電極座和高溫高壓參比電極，高壓釜體內(nèi)設(shè)置輔助電極、劃頭、工作電極，輔助電極和工作電極分別通過導(dǎo)線穿過高溫高壓工作/輔助電極座，高溫高壓參比電極的導(dǎo)液管伸至高壓釜體內(nèi)；高速運(yùn)動(dòng)軸上部穿過導(dǎo)向板中心的高速運(yùn)動(dòng)軸孔,與導(dǎo)向板連接，導(dǎo)向板外周通過孔與高壓釜體內(nèi)的支架桿配合，即以支架桿為導(dǎo)桿上下運(yùn)動(dòng)，高速運(yùn)動(dòng)軸和高壓釜之間設(shè)有壓力平衡機(jī)構(gòu)，并通過密封圈進(jìn)行密封，高速運(yùn)動(dòng)軸下部與氣動(dòng)裝置的氣動(dòng)活塞連桿相連接，高速運(yùn)動(dòng)軸上裝有劃頭，試樣固定槽設(shè)置于固定平臺(tái)上；高壓釜體的外側(cè)設(shè)置環(huán)形加熱器，高壓釜外設(shè)置雙立柱支架，雙立柱支架上的兩個(gè)立柱立柱I和立柱II平行設(shè)置于上下兩個(gè)高壓釜蓋、高壓釜體、環(huán)形加熱器的兩側(cè)；立柱I上設(shè)置滑塊I，為液壓驅(qū)動(dòng)，立柱II上設(shè)置滑塊II，為手動(dòng)升降盤驅(qū)動(dòng)；滑塊I連有高壓釜體和配重，高壓釜體外側(cè)設(shè)有環(huán)形加熱器，滑塊II連有上高壓釜蓋。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，還包括控制箱，控制箱內(nèi)設(shè)置加熱電源開關(guān)、加熱指示燈、超溫報(bào)警燈、超壓報(bào)警燈、計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕、溫度控制器、加熱電壓調(diào)節(jié)器、壓力顯示器和精密計(jì)時(shí)器；其中，精密計(jì)時(shí)器連有計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕，壓力顯示器連有超壓報(bào)警燈，超溫報(bào)警燈與溫度控制器相連，加熱電源開關(guān)與加熱電壓調(diào)節(jié)器連接，加熱電源開關(guān)連有加熱指示燈，加熱電壓調(diào)節(jié)器與溫度控制器連接，壓力顯示器和溫度控制器連至控制箱內(nèi)部繼電器，控制箱內(nèi)部繼電器通過導(dǎo)線連接環(huán)形加熱器的電爐絲，形成超溫?cái)嚯娂訜峤Y(jié)構(gòu)和超壓斷電加熱結(jié)構(gòu)。
所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，滑塊I的高度通過液壓機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，立柱I的下部設(shè)有液壓油缸，液壓油缸采用腳踏油泵，在液壓油缸底部外側(cè)連有踏板及彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)；滑塊II與立柱之間采用螺母絲杠的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，立柱II的頂部設(shè)置手動(dòng)升降盤，通過調(diào)節(jié)手動(dòng)升降盤使滑塊II在立柱II上下運(yùn)動(dòng)。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，通過壓力平衡機(jī)構(gòu)維持高速運(yùn)動(dòng)軸在高壓釜內(nèi)外的平衡，高速運(yùn)動(dòng)軸采用分段連接的方式，在下高壓釜蓋上設(shè)有高速運(yùn)動(dòng)軸軸套，軸套外部設(shè)有冷卻水套。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，上高壓釜蓋上的熱電偶伸入高壓釜體中，高壓釜?dú)庀嗫诜秩?，分別連接壓力表、安全閥、壓力變送器；上高壓釜蓋設(shè)有與高壓釜體內(nèi)腔相通的排氣通道，所述排氣通道的出氣端裝有高壓釜排氣閥；下高壓釜蓋上設(shè)有與高壓釜體內(nèi)腔相通的進(jìn)氣通道和進(jìn)液通道，所述進(jìn)氣通道的進(jìn)氣端裝有進(jìn)氣閥，所述進(jìn)液通道的進(jìn)液端裝有進(jìn)液閥，進(jìn)液通道伸至與高壓釜體內(nèi)腔的上部。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，輔助電極通過外部套有聚四氟乙烯熱縮管的鉬絲作為導(dǎo)線點(diǎn)焊在鉬片后面，工作電極通過外部套有聚四氟乙烯熱縮管的純鎳絲或不銹鋼絲作為導(dǎo)線點(diǎn)焊在金屬試樣上；高溫高壓工作/輔助電極座中設(shè)有高溫膠塞，輔助電極上的導(dǎo)線和工作電極上的導(dǎo)線從高溫高壓工作/輔助電極座中引出。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，還設(shè)有電化學(xué)工作站，電化學(xué)工作站上的工作電極、輔助電極和參比電極的引線夾頭分別與高溫高壓工作電極導(dǎo)線、高溫高壓輔助電極導(dǎo)線和高溫高壓參比電極導(dǎo)線連接。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，平臺(tái)上開有平臺(tái)升降孔，高壓釜內(nèi)支架桿穿設(shè)于平臺(tái)升降孔，平臺(tái)通過與平臺(tái)平行的平臺(tái)固定螺栓固定于高壓釜內(nèi)支架桿上，高壓釜內(nèi)支架桿兩端設(shè)有螺紋，高壓釜內(nèi)支架桿通過螺紋固定于下高壓釜蓋上。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，劃頭后部設(shè)有彈簧，在劃頭側(cè)面設(shè)置劃頭固定螺栓，試樣固定在試樣固定槽中，在試樣背部設(shè)有試樣緊固螺栓于試樣固定槽上，試樣和固定試樣的裝置之間采用絕緣結(jié)構(gòu)聚四氟乙烯槽，聚四氟乙烯槽安裝于試樣固定槽的凹形槽中，凹形槽為收口形狀，其開口頂部寬度小于底部寬度，便于將工作電極固定于聚四氟乙烯槽中。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，氣動(dòng)活塞連桿的一端與高速運(yùn)動(dòng)軸下端相連接，氣動(dòng)活塞連桿的另一端設(shè)有在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，進(jìn)氣口和排氣口分別通過換向閥與氣缸中的兩個(gè)腔連通，通過換向閥實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸的高速上下運(yùn)動(dòng)；高速運(yùn)動(dòng)軸和氣動(dòng)裝置的氣動(dòng)活塞連桿連接處設(shè)有磁鋼，磁鋼與霍爾傳感器相對(duì)應(yīng)，配合霍爾傳感器和精密計(jì)時(shí)器將高速運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)間精確記錄。本發(fā)明的有益效果是I、本發(fā)明裝置實(shí)現(xiàn)了試樣在高溫高壓下原位高速劃傷和再鈍化行為研究。通過使試樣和裝置間絕緣，利用安裝在高壓釜上的 高溫高壓參比電極和高溫高壓工作、輔助電極配合電化學(xué)工作站可將劃傷過程中試樣表面膜由發(fā)生破壞到再鈍化這一過程的信號(hào)檢測出來。2、本發(fā)明通過將高速運(yùn)動(dòng)軸和外部氣缸的活塞連桿相連接，具有劃傷速度快的特點(diǎn)，并可調(diào)節(jié)氣動(dòng)裝置進(jìn)口處氣壓改變高速運(yùn)動(dòng)軸的劃傷速度。3、本發(fā)明在高速運(yùn)動(dòng)軸和外部氣缸活塞連桿的連接處設(shè)有磁鋼，配合霍爾傳感器和精密計(jì)時(shí)器可將高速運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)間精確測量，便于劃傷實(shí)驗(yàn)結(jié)果的量化對(duì)比。4、本發(fā)明通過在劃頭后部設(shè)置彈簧，可以通過調(diào)節(jié)劃頭和試樣之間的距離來控制劃頭劃過試樣表面時(shí)的力度大小。5、本發(fā)明通過更換不同角度的劃頭和調(diào)節(jié)劃頭和試樣間的距離，可以產(chǎn)生不同寬度和不同深度的劃痕。6、本發(fā)明通過壓力平衡的方式解決了高速運(yùn)動(dòng)軸的壓力平衡和密封的問題。7、本發(fā)明中的劃軸通過分段連接，易于拆卸和維護(hù)。8、本發(fā)明通過在控制部分分別設(shè)置超溫自動(dòng)斷電和超壓自動(dòng)斷電，使該裝置在工作時(shí)更加安全可靠。9、本發(fā)明在高壓釜外設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)接口，可通過卡套與外部具有自動(dòng)控制功能的高溫高壓水循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(參見中國發(fā)明專利201010275276. 2，申請(qǐng)日2010年09月08日；中國實(shí)用新型專利201020521040. 8，申請(qǐng)日2010年09月08日，授權(quán)日2011年06月01日)連接，從而可精確控制高壓釜內(nèi)的水化學(xué)環(huán)境。


圖I為聞溫聞壓原位聞速劃傷裝置結(jié)構(gòu)不意圖。圖中，I參比電極；2手動(dòng)升降盤；3電極冷卻水入口 ；4立柱II ;5熱電偶；6滑塊
II;7導(dǎo)向板；8工作電極(試樣)；9環(huán)形加熱器；10高速運(yùn)動(dòng)軸；11劃頭；12進(jìn)氣閥；13高速運(yùn)動(dòng)軸冷卻水入口 ； 14換向閥開關(guān)；15換向閥；16氣動(dòng)活塞連桿；17活塞；18進(jìn)氣口； 19排氣口 ；20放氣閥；21踏板；22液壓油缸；23霍爾傳感器；24高速運(yùn)動(dòng)軸冷卻水出口 ；25進(jìn)液閥；26輔助電極；27配重；28滑塊I ;29高壓釜排氣閥；30上高壓釜蓋；31立柱I ;32電極冷卻水出口 ；33壓力變送器；34壓力表；35安全閥；36磁鋼；37下高壓釜蓋；38高壓釜體；39高溫高壓工作/輔助電極座；40導(dǎo)液管；41氣缸；42支架桿；62軸套；63冷卻水套。圖2為圖I中高壓釜體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，11劃頭；38高壓釜體；43平臺(tái)；44平臺(tái)升降孔；45平臺(tái)固定螺栓；46彈簧；47試樣固定槽；49試樣緊固螺栓；50聚四氟乙烯槽；51劃頭固定螺栓。圖3為圖I中導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，7導(dǎo)向板；52高速運(yùn)動(dòng)軸孔；53導(dǎo)向孔。
圖4為高溫高壓原位高速劃傷裝置控制箱。圖中，48加熱指示燈；54加熱電壓調(diào)節(jié)器；55壓力顯示器；56精密計(jì)時(shí)器；57計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕；58超壓報(bào)警燈；59超溫報(bào)警燈；60加熱電源開關(guān)；61溫度控制器。
具體實(shí)施例方式如圖I-圖4所示，本發(fā)明高溫高壓原位高速劃傷裝置，該裝置設(shè)有參比電極I、手動(dòng)升降盤2、電極冷卻水入口 3、立柱II 4、熱 電偶5、滑塊II 6、導(dǎo)向板7、工作電極(試樣)
8、環(huán)形加熱器9、高速運(yùn)動(dòng)軸10、劃頭11、進(jìn)氣閥12、高速運(yùn)動(dòng)軸冷卻水入口 13、換向閥開關(guān)14、換向閥15、氣動(dòng)活塞連桿16、活塞17、進(jìn)氣口 18、排氣口 19、放氣閥20、踏板21、液壓油缸22、霍爾傳感器23、高速運(yùn)動(dòng)軸冷卻水出口 24、進(jìn)液閥25、輔助電極26、配重27、滑塊
I28、高壓釜排氣閥29、上高壓釜蓋30、立柱I 31、電極冷卻水出口 32、壓力變送器33、壓力表34、安全閥35、磁鋼36、下高壓釜蓋37、高壓釜體38、高溫高壓工作/輔助電極座39、導(dǎo)液管40、氣缸41、支架桿42、平臺(tái)43、平臺(tái)升降孔44、平臺(tái)固定螺栓45、彈簧46、試樣固定槽47、加熱指示燈48、試樣緊固螺栓49、聚四氟乙烯槽50、劃頭固定螺栓51、高速運(yùn)動(dòng)軸孔52、導(dǎo)向孔53、加熱電壓調(diào)節(jié)器54、壓力顯示器55、精密計(jì)時(shí)器56、計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕57、超壓報(bào)警燈58、超溫報(bào)警燈59、加熱電源開關(guān)60、溫度控制器61、軸套62、冷卻水套63等，具體結(jié)構(gòu)如下高壓釜體38和上下兩個(gè)高壓釜蓋(上高壓釜蓋30、下高壓釜蓋37)構(gòu)成高壓釜，高壓釜體38設(shè)置于上下兩個(gè)高壓釜蓋之間，高壓釜體38和上下兩個(gè)高壓釜蓋連接；在上高壓釜蓋30上設(shè)置熱電偶5、高溫高壓工作/輔助電極座39和高溫高壓參比電極1，高壓釜體38內(nèi)設(shè)置輔助電極26、劃頭11、工作電極(試樣)8，輔助電極26和工作電極(試樣)8分別通過導(dǎo)線穿過高溫高壓工作/輔助電極座39，高溫高壓參比電極I的導(dǎo)液管40伸至高壓釜體38內(nèi)；高溫高壓工作/輔助電極座39和高溫高壓參比電極I之間設(shè)置循環(huán)冷卻水通道，高溫高壓參比電極I上設(shè)有電極冷卻水入口 3，高溫高壓工作/輔助電極座39上設(shè)有電極冷卻水出口 32。高速運(yùn)動(dòng)軸10上部穿過導(dǎo)向板7中心的高速運(yùn)動(dòng)軸孔52，通過螺母與導(dǎo)向板7連接，導(dǎo)向板7的四周分別設(shè)有導(dǎo)向孔53 (圖3)，導(dǎo)向板7通過導(dǎo)向孔53與高壓釜體38內(nèi)的支架桿42配合，即以支架桿42為導(dǎo)桿上下運(yùn)動(dòng)，高速運(yùn)動(dòng)軸10和高壓釜之間設(shè)有壓力平衡機(jī)構(gòu)，并通過密封圈進(jìn)行密封，高速運(yùn)動(dòng)軸10下部與氣動(dòng)裝置的氣動(dòng)活塞連桿16相連接，高速運(yùn)動(dòng)軸10上裝有劃頭11 ；高壓釜體38的外側(cè)設(shè)置環(huán)形加熱器9，高壓釜外設(shè)置雙立柱支架，雙立柱支架上的兩個(gè)立柱立柱I 31、立柱II 4平行設(shè)置于上下兩個(gè)高壓釜蓋、高壓釜體38、環(huán)形加熱器9的兩側(cè)；立柱I 31上設(shè)置滑塊I 28，為液壓驅(qū)動(dòng)；立柱II 4上設(shè)置滑塊II 6，為手動(dòng)升降盤驅(qū)動(dòng)?；瑝KI 28連有高壓釜體38和配重27，高壓釜體38外側(cè)設(shè)有環(huán)形加熱器9，滑塊
II6連有上高壓釜蓋30。另外，如圖4所示，還包括控制箱，控制箱內(nèi)設(shè)置加熱電源開關(guān)60、加熱指示燈48、超溫報(bào)警燈59、超壓報(bào)警燈58、計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕57、溫度控制器61、加熱電壓調(diào)節(jié)器54、壓力顯示器55和精密計(jì)時(shí)器56 ;其中，精密計(jì)時(shí)器56連有計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕57，壓力顯示器55連有超壓報(bào)警燈58，超溫報(bào)警燈59與溫度控制器61相連。加熱電源開關(guān)60與加熱電壓調(diào)節(jié)器54連接，加熱電源開關(guān)60連有加熱指示燈48，加熱電壓調(diào)節(jié)器54與溫度控制器61連接，壓力顯示器55和溫度控制器61連至控制箱內(nèi)部繼電器，控制箱內(nèi)部繼電器通過導(dǎo)線連接環(huán)形加熱器9的電爐絲，形成超溫?cái)嚯娂訜峤Y(jié)構(gòu)和超壓斷電加熱結(jié)構(gòu)?；瑝KI 28的高度通過液壓機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，立柱I 31的下部設(shè)有液壓油缸22，液壓油缸22采用腳踏油泵，在液壓油缸22底部外側(cè)連有踏板21及彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)，液壓油缸22通過其底部外側(cè)的踏板21并配合其中部的手動(dòng)閥門啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑塊I 28沿著立柱I 31上下運(yùn)動(dòng)；滑塊II 6與立柱II 4之間采用螺母 絲杠的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，立柱II 4的頂部設(shè)置手動(dòng)升降盤2，通過調(diào)節(jié)手動(dòng)升降盤2使滑塊II 6在立柱II 4上下運(yùn)動(dòng)。通過壓力平衡機(jī)構(gòu)維持高速運(yùn)動(dòng)軸在高壓釜內(nèi)外的平衡，高速運(yùn)動(dòng)軸10采用分段連接的方式，在下高壓釜蓋37上設(shè)有高速運(yùn)動(dòng)軸軸套62，軸套62外部設(shè)有冷卻水套63，冷卻水套63上分別設(shè)有高速運(yùn)動(dòng)軸冷卻水入口 13和高速運(yùn)動(dòng)軸冷卻水出口 24。上高壓釜蓋30上設(shè)有熱電偶5伸入高壓釜體38中，上高壓釜蓋30上設(shè)有高壓釜?dú)庀嗫冢邏焊獨(dú)庀嗫诜秩?，分別連接壓力表34、安全閥35、壓力變送器33。上高壓釜蓋30設(shè)有與高壓釜體38內(nèi)腔相通的排氣通道，所述排氣通道的出氣端裝有高壓釜排氣閥29 ;下高壓釜蓋37上設(shè)有與高壓釜體38內(nèi)腔相通的進(jìn)氣通道和進(jìn)液通道，所述進(jìn)氣通道的進(jìn)氣端裝有進(jìn)氣閥12，所述進(jìn)液通道的進(jìn)液端裝有進(jìn)液閥25，進(jìn)液通道伸至與高壓釜體38內(nèi)腔的上部。輔助電極26通過外部套有聚四氟乙烯熱縮管的鉬絲作為導(dǎo)線點(diǎn)焊在鉬片后面，工作電極(試樣)8通過外部套有聚四氟乙烯熱縮管的純鎳絲或不銹鋼絲作為導(dǎo)線點(diǎn)焊在金屬試樣上；高溫高壓工作/輔助電極座39中設(shè)有四孔高溫膠塞，輔助電極26上的導(dǎo)線和工作電極(試樣)8上的導(dǎo)線從高溫高壓工作/輔助電極座39中引出。另外，還設(shè)有電化學(xué)工作站，電化學(xué)工作站上的工作電極、輔助電極和參比電極的引線夾頭分別與高溫高壓工作電極(試樣)8導(dǎo)線、高溫高壓輔助電極26導(dǎo)線和高溫高壓參比電極I導(dǎo)線連接。如圖2所示，平臺(tái)43上開有平臺(tái)升降孔44，高壓釜內(nèi)支架桿42穿設(shè)于平臺(tái)升降孔44，平臺(tái)43通過與平臺(tái)43平行的四個(gè)平臺(tái)固定螺栓45固定于高壓釜內(nèi)支架桿42上，高壓釜內(nèi)支架桿42兩端設(shè)有螺紋，高壓釜內(nèi)支架桿42通過螺紋固定于下高壓釜蓋37上。劃頭11后部設(shè)有彈簧46，在劃頭側(cè)面設(shè)置劃頭固定螺栓51，試樣固定槽47設(shè)置于平臺(tái)43上，工作電極(試樣)8固定在試樣固定槽47中，在工作電極(試樣)8背部設(shè)有試樣緊固螺栓49于試樣固定槽47上，工作電極(試樣)8和固定試樣的裝置之間采用絕緣結(jié)構(gòu)聚四氟乙烯槽50，聚四氟乙烯槽50安裝于試樣固定槽47的凹形槽中，凹形槽為收口形狀，其開口頂部寬度小于底部寬度，便于將工作電極(試樣)8固定于聚四氟乙烯槽50中。氣動(dòng)活塞連桿16的一端與高速運(yùn)動(dòng)軸10下端相連接，氣動(dòng)活塞連桿16的另一端設(shè)有在氣缸41中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞17，進(jìn)氣口 18和排氣口 19分別通過換向閥15與氣缸41中的兩個(gè)腔連通，從而通過換向閥實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸的上下運(yùn)動(dòng)。氣缸41下部還設(shè)有放氣閥20，其作用是進(jìn)一步加快高速運(yùn)動(dòng)軸向下運(yùn)動(dòng)的速度。高速運(yùn)動(dòng)軸10和氣動(dòng)裝置連桿16連接處設(shè)有磁鋼36，磁鋼36與霍爾傳感器23相對(duì)應(yīng)，配合霍爾傳感器23和精密計(jì)時(shí)器56可將高速運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)間精確記錄。本發(fā)明中，高溫高壓是指最高工作溫度為350°C，最高工作壓力為20MPa。
本發(fā)明中，高速運(yùn)動(dòng)軸單次向下運(yùn)動(dòng)的最快運(yùn)動(dòng)速度為4m/s。本發(fā)明中，高壓釜中的高溫高壓溶液會(huì)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)軸產(chǎn)生一個(gè)向下的作用力，而高速運(yùn)動(dòng)軸軸套下部與高壓釜相連通的腔內(nèi)高壓液體則會(huì)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)軸產(chǎn)生一個(gè)向上的作用力。壓力平衡機(jī)構(gòu)主要是指這兩個(gè)力之間的平衡。此外，高速運(yùn)動(dòng)軸還受其與密封圈之間的摩擦力以及自身重力作用，高速運(yùn)動(dòng)軸的平衡主要是這受這四個(gè)力的共同作用。本發(fā)明中，精密計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)分辨率為O. Ims0
本發(fā)明中，高溫膠塞的最高工作溫度為260°C。因?yàn)楦邷馗邏汗ぷ?輔助電極座中通有冷卻水，所以高溫膠塞在正常工作時(shí)處于常溫狀態(tài)。本發(fā)明高溫高壓原位高速劃傷裝置的工作過程如下—、當(dāng)聞溫聞壓原位聞速劃傷裝置不與外部具有自動(dòng)控制功能的聞溫聞壓水循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相連時(shí)I、將純鎳絲或不銹鋼絲外表面套一層聚四氟乙烯熱縮管，用熱風(fēng)槍熱縮后作為導(dǎo)線焊接在工作電極(試樣)8表面；2、將工作電極(試樣)8安裝在設(shè)有聚四氟乙烯槽50的試樣固定槽47中，并將工作電極(試樣)8背部的試樣緊固螺栓49擰緊；3、將輔助電極26安裝在高壓釜中，并保持與試樣正對(duì)；4、將高溫高壓參比電極I標(biāo)定后安裝在上高壓釜蓋30上，并保持高溫高壓參比電極I上部的出液口關(guān)閉；5、調(diào)節(jié)劃頭11和工作電極(試樣)8的距離及劃頭背部的彈簧46，保證劃頭11的在滑動(dòng)的過程中能與工作電極(試樣)8接觸，且不會(huì)觸及輔助電極26 ；6、調(diào)節(jié)液壓升降機(jī)構(gòu)(液壓油缸22)，將高壓釜體38和下高壓釜蓋37調(diào)節(jié)到合適的高度，擰緊下高壓釜蓋37上的螺栓；7、往高壓釜中加入體積為高壓釜容積1/2到2/3的溶液，溶液可以根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境選擇，如模擬核電站一回路含硼酸和氫氧化鋰的水溶液等，并保證工作電極(試樣)8、輔助電極26和高溫高壓參比電極導(dǎo)液管40的下端能完全浸沒在溶液中；8、調(diào)節(jié)手動(dòng)升降盤2，將上高壓釜蓋30和高壓釜體38調(diào)節(jié)到合適的高度，并將工作電極(試樣)8和輔助電極26導(dǎo)線從上高壓釜蓋的高溫高壓工作/輔助電極座39中引出，擰緊上高壓釜蓋30上的螺栓；9、根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要從下高壓釜蓋38的進(jìn)氣口向高壓釜體38中通入氮?dú)獬?，然后從上高壓釜蓋30的高壓釜排氣閥29中排出。除氣結(jié)束后，將下高壓釜蓋37的進(jìn)氣閥12和上高壓釜蓋30的高壓釜排氣閥29依次關(guān)閉，并打開高溫高壓參比電極I上部的出液口 ；10、設(shè)定溫度控制器61上的目標(biāo)溫度、超溫自動(dòng)斷電的溫度上限、加熱調(diào)節(jié)電壓以及超壓自動(dòng)斷電的壓力上限等參數(shù)；11、打開冷卻水開關(guān)，往高溫高壓電極冷卻水入口 3和高速運(yùn)動(dòng)軸軸套外部的冷卻水套63中通入冷卻水；12、打開加熱電源開關(guān)60，待高溫高壓參比電極I出液口連續(xù)出水后，將出液口處閥門抒緊關(guān)閉；13、待溫度達(dá)到設(shè)定值，并趨于穩(wěn)定后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要利用恒電位儀給試樣上加一恒電位，并穩(wěn)定一段時(shí)間使其處于鈍化狀態(tài)。按下計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕57，打開氣缸41下部的放氣閥20。然后，按動(dòng)換向閥開關(guān)14，使氣缸41上部快速充氣，進(jìn)而推動(dòng)氣缸內(nèi)活塞、與活塞桿連接的高速運(yùn)動(dòng)軸10快速向下運(yùn)動(dòng)，由此帶動(dòng)劃頭11從上往下高速劃過工作電極(試樣)8表面，破壞試樣表面鈍化膜。通過電化學(xué)工作站快速采集和記錄試樣表面鈍化膜重新成膜過程中的電流變化，便可獲知材料的再鈍化能力。14、完成單次高速劃傷后，關(guān)閉氣動(dòng)部分的放氣閥20，拉開換向閥開關(guān)14，使氣缸41下部充氣，進(jìn)而推動(dòng)氣缸內(nèi)活塞、與活塞桿連接的高速運(yùn)動(dòng)軸10向上運(yùn)動(dòng)，使劃頭11位置恢復(fù)到初始位置。待工作電極(試樣)8表面劃 傷位置重新生成鈍化膜后，重復(fù)步驟13可再次進(jìn)行再鈍化實(shí)驗(yàn)研究。二、當(dāng)高溫高壓原位高速劃傷裝置與外部具有自動(dòng)控制功能的高溫高壓水循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相連時(shí)I、將純鎳絲或不銹鋼絲外表面套一層聚四氟乙烯熱縮管，用熱風(fēng)槍熱縮后作為導(dǎo)線焊接在工作電極(試樣)8表面；2、將工作電極(試樣)8安裝在設(shè)有聚四氟乙烯槽50的試樣固定槽中，并將工作電極(試樣)8背部的試樣緊固螺栓49擰緊；3、將輔助電極26安裝在高壓釜中，并保持與試樣正對(duì)；4、將高溫高壓參比電極I標(biāo)定后安裝在上高壓釜蓋30上，并保持高溫高壓參比電極I上部的出液口打開；5、調(diào)節(jié)劃頭11和工作電極(試樣)8的距離及劃頭背部的彈簧46，保證劃頭11的在滑動(dòng)的過程中能與工作電極(試樣)8接觸，且不會(huì)觸及輔助電極26 ；6、調(diào)節(jié)液壓升降機(jī)構(gòu)(液壓油缸22)，將高壓釜體38和下高壓釜蓋37調(diào)節(jié)到合適的高度，擰緊下高壓釜蓋37上的螺栓；7、調(diào)節(jié)手動(dòng)升降盤2，將上高壓釜蓋30和高壓釜體38調(diào)節(jié)到合適的高度，并將工作電極(試樣)8和輔助電極26導(dǎo)線從上高壓釜蓋的高溫高壓工作/輔助電極座39中引出，擰緊上高壓釜蓋30上的螺栓；8、通過卡套將下高壓釜蓋37上的進(jìn)液口和進(jìn)氣口處管路與外部具有自動(dòng)控制功能的高溫高壓水循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相連，溶液可以根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境選擇，如模擬核電站一回路含硼酸和氫氧化鋰的水溶液等；9、待整個(gè)高溫高壓水循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的各項(xiàng)水化學(xué)參數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，打開下高壓釜蓋37上的進(jìn)液閥25和上高壓釜蓋30上的高壓釜排氣閥29，待上高壓釜蓋30上的高壓釜排氣閥29處連續(xù)出水后將排氣閥關(guān)閉，待高溫高壓參比電極I出液口連續(xù)出水后，將參比電極I出液口處閥門擰緊關(guān)閉。然后打開下高壓釜蓋37上的進(jìn)氣閥12 ；10、通過高壓泵和背壓閥的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)使系統(tǒng)高壓部分的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值；11、觀察整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)部分運(yùn)行正常，無泄漏后，設(shè)定溫度控制器61上的目標(biāo)溫度、超溫自動(dòng)斷電的溫度上限、加熱調(diào)節(jié)電壓以及超壓自動(dòng)斷電的壓力上限等參數(shù)；12、打開冷卻水開關(guān)，往高溫高壓電極冷卻水入口 3和高速運(yùn)動(dòng)軸軸套外部的冷卻水套63中通入冷卻水，然后打開高溫高壓水循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的預(yù)熱器和高壓釜的加熱電源開關(guān)60 ；13、待溫度達(dá)到設(shè)定值，并趨于穩(wěn)定后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要利用恒電位儀給試樣上加一恒電位，并穩(wěn)定一段時(shí)間使其處于鈍化狀態(tài)。按下計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕，打開氣缸41下部的放氣閥20。然后，按動(dòng)換向閥開關(guān)14，使氣缸41上部快速充氣，進(jìn)而推動(dòng)氣缸內(nèi)活塞、與活塞桿連接的高速運(yùn)動(dòng)軸10快速向下運(yùn)動(dòng)，由此帶動(dòng)劃頭11從上往下高速劃過工作電極(試樣)8表面，破壞試樣表面鈍化膜。通過電化學(xué)工作站快速采集和記錄試樣表面鈍化膜重新成膜過程中的電流變化，便可獲知材料的再鈍化能力。 14、完成單次高速劃傷后，關(guān)閉氣動(dòng)部分的放氣閥20，拉開換向閥開關(guān)14，使氣缸41下部充氣，進(jìn)而推動(dòng)氣缸內(nèi)活塞、與活塞桿連 接的高速運(yùn)動(dòng)軸10向上運(yùn)動(dòng)，使劃頭11位置恢復(fù)到初始位置。待工作電極(試樣)8表面劃傷位置重新生成鈍化膜后，重復(fù)步驟13可再次進(jìn)行再鈍化實(shí)驗(yàn)研究。
權(quán)利要求
1.一種高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于，該裝置設(shè)有高溫高壓工作電極、高溫高壓輔助電極、高溫高壓參比電極、上下高壓釜蓋、高壓釜體、高速運(yùn)動(dòng)軸、劃頭、環(huán)形加熱器，具體結(jié)構(gòu)如下 高壓釜體和上下兩個(gè)高壓釜蓋構(gòu)成高壓釜，高壓釜體設(shè)置于上下兩個(gè)高壓釜蓋之間，高壓釜體和上下兩個(gè)高壓釜蓋連接；在上高壓釜蓋上設(shè)置熱電偶、高溫高壓工作/輔助電極座和高溫高壓參比電極，高壓釜體內(nèi)設(shè)置輔助電極、劃頭、工作電極，輔助電極和工作電極分別通過導(dǎo)線穿過高溫高壓工作/輔助電極座，高溫高壓參比電極的導(dǎo)液管伸至高壓釜體內(nèi)； 高速運(yùn)動(dòng)軸上部穿過導(dǎo)向板中心的高速運(yùn)動(dòng)軸孔，與導(dǎo)向板連接，導(dǎo)向板外周通過孔與高壓釜體內(nèi)的支架桿配合，即以支架桿為導(dǎo)桿上下運(yùn)動(dòng)，高速運(yùn)動(dòng)軸和高壓釜之間設(shè)有壓力平衡機(jī)構(gòu)，并通過密封圈進(jìn)行密封，高速運(yùn)動(dòng)軸下部與氣動(dòng)裝置的氣動(dòng)活塞連桿相連接，高速運(yùn)動(dòng)軸上裝有劃頭，試樣固定槽設(shè)置于固定平臺(tái)上； 高壓釜體的外側(cè)設(shè)置環(huán)形加熱器，高壓釜外設(shè)置雙立柱支架，雙立柱支架上的兩個(gè)立柱立柱I和立柱II平行設(shè)置于上下兩個(gè)高壓釜蓋、高壓釜體、環(huán)形加熱器的兩側(cè)；立柱I上設(shè)置滑塊I，為液壓驅(qū)動(dòng)，立柱II上設(shè)置滑塊II，為手動(dòng)升降盤驅(qū)動(dòng)；滑塊I連有高壓釜體和配重，高壓釜體外側(cè)設(shè)有環(huán)形加熱器，滑塊II連有上高壓釜蓋。
2.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于還包括控制箱，控制箱內(nèi)設(shè)置加熱電源開關(guān)、加熱指示燈、超溫報(bào)警燈、超壓報(bào)警燈、計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕、溫度控制器、加熱電壓調(diào)節(jié)器、壓力顯示器和精密計(jì)時(shí)器；其中，精密計(jì)時(shí)器連有計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕，壓力顯示器連有超壓報(bào)警燈，超溫報(bào)警燈與溫度控制器相連，加熱電源開關(guān)與加熱電壓調(diào)節(jié)器連接，加熱電源開關(guān)連有加熱指示燈，加熱電壓調(diào)節(jié)器與溫度控制器連接，壓力顯示器和溫度控制器連至控制箱內(nèi)部繼電器，控制箱內(nèi)部繼電器通過導(dǎo)線連接環(huán)形加熱器的電爐絲，形成超溫?cái)嚯娂訜峤Y(jié)構(gòu)和超壓斷電加熱結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于滑塊I的高度通過液壓機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，立柱I的下部設(shè)有液壓油缸，液壓油缸采用腳踏油泵，在液壓油缸底部外側(cè)連有踏板及彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)；滑塊II與立柱之間采用螺母絲杠的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，立柱II的頂部設(shè)置手動(dòng)升降盤，通過調(diào)節(jié)手動(dòng)升降盤使滑塊II在立柱II上下運(yùn)動(dòng)。
4.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于通過壓力平衡機(jī)構(gòu)維持高速運(yùn)動(dòng)軸在高壓釜內(nèi)外的平衡，高速運(yùn)動(dòng)軸采用分段連接的方式，在下高壓釜蓋上設(shè)有高速運(yùn)動(dòng)軸軸套，軸套外部設(shè)有冷卻水套。
5.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于上高壓釜蓋上的熱電偶伸入高壓釜體中，高壓釜?dú)庀嗫诜秩?，分別連接壓力表、安全閥、壓力變送器；上高壓釜蓋設(shè)有與高壓釜體內(nèi)腔相通的排氣通道，所述排氣通道的出氣端裝有高壓釜排氣閥；下高壓釜蓋上設(shè)有與高壓釜體內(nèi)腔相通的進(jìn)氣通道和進(jìn)液通道，所述進(jìn)氣通道的進(jìn)氣端裝有進(jìn)氣閥，所述進(jìn)液通道的進(jìn)液端裝有進(jìn)液閥，進(jìn)液通道伸至與高壓釜體內(nèi)腔的上部。
6.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于輔助電極通過外部套有聚四氟乙烯熱縮管的鉬絲作為導(dǎo)線點(diǎn)焊在鉬片后面，工作電極通過外部套有聚四氟乙烯熱縮管的純鎳絲或不銹鋼絲作為導(dǎo)線點(diǎn)焊在金屬試樣上；高溫高壓工作/輔助電極座中設(shè)有高溫膠塞，輔助電極上的導(dǎo)線和工作電極上的導(dǎo)線從高溫高壓工作/輔助電極座中引出。
7.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于還設(shè)有電化學(xué)エ作站，電化學(xué)工作站上的工作電極、輔助電極和參比電極的引線夾頭分別與高溫高壓工作電極導(dǎo)線、高溫高壓輔助電極導(dǎo)線和高溫高壓參比電極導(dǎo)線連接。
8.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于平臺(tái)上開有平臺(tái)升降孔，高壓釜內(nèi)支架桿穿設(shè)于平臺(tái)升降孔，平臺(tái)通過與平臺(tái)平行的平臺(tái)固定螺栓固定于高壓釜內(nèi)支架桿上，高壓釜內(nèi)支架桿兩端設(shè)有螺紋，高壓釜內(nèi)支架桿通過螺紋固定于下高壓爸蓋上。
9.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于劃頭后部設(shè)有彈簧，在劃頭側(cè)面設(shè)置劃頭固定螺栓，試樣固定在試樣固定槽中，在試樣背部設(shè)有試樣緊固螺栓于試樣固定槽上，試樣和固定試樣的裝置之間采用絕緣結(jié)構(gòu)聚四氟こ烯槽，聚四氟こ烯槽安裝于試樣固定槽的凹形槽中，凹形槽為收ロ形狀，其開ロ頂部寬度小于底部寬度，便于將工作電極固定于聚四氟こ烯槽中。
10.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于氣動(dòng)活塞連桿的一端與高速運(yùn)動(dòng)軸下端相連接，氣動(dòng)活塞連桿的另一端設(shè)有在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，進(jìn)氣口和排氣ロ分別通過換向閥與氣缸中的兩個(gè)腔連通，通過換向閥實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸的高速上下運(yùn)動(dòng)；高速運(yùn)動(dòng)軸和氣動(dòng)裝置的氣動(dòng)活塞連桿連接處設(shè)有磁鋼，磁鋼與霍爾傳感器相對(duì)應(yīng)，配合霍爾傳感器和精密計(jì)時(shí)器將高速運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)間精確記錄。
全文摘要
本發(fā)明涉及劃傷裝置，具體為一種高溫高壓原位高速劃傷裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)在高溫高壓環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)原位高速劃傷、劃傷試樣的固定、絕緣、信號(hào)線的引出、高速運(yùn)動(dòng)軸的壓力平衡、密封和劃傷過程高精度計(jì)時(shí)等一系列問題。該裝置設(shè)有高壓釜、環(huán)形加熱器、手動(dòng)/液壓雙立柱固定支架、控制箱、高速運(yùn)動(dòng)軸、劃頭、試樣固定裝置、氣缸、換向閥、磁鋼、霍爾傳感器和精密計(jì)時(shí)器等，能實(shí)現(xiàn)在高溫高壓環(huán)境中對(duì)金屬試樣表面進(jìn)行原位高速劃傷研究并精確記錄高速劃傷過程所用時(shí)間，還可通過安裝在高壓釜上釜蓋的高溫高壓參比電極、高溫高壓工作、輔助電極配合電化學(xué)工作站將劃傷過程中試樣表面膜由發(fā)生破壞到再鈍化這一過程的信號(hào)檢測出來。
文檔編號(hào)G01N1/28GK102768133SQ201210250420
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者柯偉, 王儉秋, 酈曉慧, 韓恩厚 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院金屬研究所