專利名稱：高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫高壓楔形張開加載(WOL)預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗裝置，用于進行各種高強度鋼的高溫高壓應(yīng)力腐蝕試驗，用于壓力容器用鋼的應(yīng)力腐蝕裂紋敏感性測量。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，壓力容器呈現(xiàn)出向大型化、高參數(shù)方向發(fā)展的趨勢，若采用一般的低強度鋼來制造大型反應(yīng)器，將導(dǎo)致容器壁太厚，總質(zhì)量過大，給制造、運輸和安裝造成難度，也使綜合投資增加。為此，大量采用低合金高強度鋼來制造大型容器。然而，大量采用低合金高強度鋼也帶來了許多應(yīng)用問題，如敏感介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕問題。應(yīng)力腐蝕是指由殘余應(yīng)力或外加應(yīng)力和腐蝕聯(lián)合作用所產(chǎn)生的材料破壞過程，該過程導(dǎo)致的材料開裂 稱為應(yīng)力腐蝕開裂(Stress Corrosion Cracking, SCC)。應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象在化工、煉油等企業(yè)的設(shè)備及管道中經(jīng)常發(fā)生。應(yīng)力腐蝕開裂是危害最大的腐蝕形態(tài)之一，往往導(dǎo)致應(yīng)力脆斷，是一種災(zāi)難性的腐蝕。例如飛機失事、橋梁斷裂、油氣管的爆炸等危害極大。工程上常用的奧氏體不銹鋼、銅合金、鈦合金及高強度鋼和高強度鋁合金等，對應(yīng)力腐蝕都很敏感。在石油化工行業(yè)中，針對高強度鋼的應(yīng)力腐蝕研究主要集中在常見的濕H2S環(huán)境與含O2及CO2的液氨環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕開裂等方面，低合金高強度鋼在高溫鍋爐水中的應(yīng)力腐蝕開裂問題并未引起足夠的重視。高強度鋼在腐蝕介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕裂紋擴展速度是衡量該鋼種是否可以在化工設(shè)備中安全使用的主要指標(biāo)，該數(shù)值一般采用GB/T 15970. 6-2007《金屬和合金的腐蝕應(yīng)力腐蝕試驗第6部分恒載荷或恒位移下預(yù)裂紋試樣的制備和應(yīng)用》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗方法來測定；試驗中所加的載荷一般采用標(biāo)定螺栓載荷和刀口張開位移的關(guān)系來確定，由于刀口張開位移的微小變化對應(yīng)的是載荷的大幅波動，而刀口張開位移的精確測量又是十分困難的；而且這種測量方法需要將試樣從試驗環(huán)境中取出進行測量，從而導(dǎo)致試驗過程的中斷，影響試驗結(jié)果。對于高溫高壓的試驗環(huán)境，測量刀口張開位移的過程將十分麻煩，而且過程也十分漫長；因此需要一種直接測量螺栓載荷的方式，同時，高溫高壓介質(zhì)環(huán)境的模擬需要一套完整的介質(zhì)加熱、參數(shù)測量和安全防護等組成的系統(tǒng)，但是，現(xiàn)有技術(shù)中沒有相關(guān)技術(shù)的公開報導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗裝置，用于模擬現(xiàn)場高溫環(huán)境，連續(xù)進行應(yīng)力腐蝕試驗，以提高試驗的精度和試驗結(jié)果的可靠性。本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗裝置的結(jié)構(gòu)特點是由高溫高壓容器、密封引線接頭、數(shù)據(jù)采集箱、溫度控制器和工業(yè)計算機構(gòu)成；
所述高溫高壓容器是由鋼板焊接而成的具有夾套結(jié)構(gòu)的密閉容器，夾套內(nèi)充有導(dǎo)熱油，針對導(dǎo)熱油設(shè)置電加熱器件；所述密閉容器的頂蓋設(shè)置為法蘭蓋，在所述法蘭蓋上安裝密封引線接頭，并分別設(shè)置溫度傳感器、安全閥、壓力表和壓力變送器；在所述密閉容器內(nèi)部設(shè)置用于放置WOL試樣的試樣架；以所述密封引線接頭將所述WOL試樣上的應(yīng)變片信號引出密閉容器；所述數(shù)據(jù)采集箱用于分別接收由所述密封引線接頭引出的應(yīng)變片信號和由壓力變送器檢測得到的密閉容器中的壓力信號；所述工業(yè)計算機在試驗開始后實時接收數(shù)據(jù)采集箱傳送來的應(yīng)變信號，并將其轉(zhuǎn)化為供裂紋擴展速率計算用的載荷值；所述工業(yè)計算機還通過串行通訊口接收溫度控制器傳遞過來的溫度傳感器檢測信號；由所述工業(yè)計算機輸出控制信號用于控制密閉容器中的溫度和壓力范圍。本發(fā)明高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗裝置的結(jié)構(gòu)特點也在于所述密封引線接頭是以碳鋼棒加工成中空柱塞，在中空柱塞的內(nèi)腔中填充CPS氧化銅無機膠形·成密封，在中空柱塞的頂蓋上開設(shè)引線孔，信號引線由高溫膠連劑固結(jié)在內(nèi)腔中，并自引線孔引出，在密封引線接頭與法蘭蓋之間設(shè)置銅墊片以保證密封性能。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在I、本發(fā)明設(shè)置由鋼板焊接而成的具有夾套結(jié)構(gòu)的密閉容器，可以實現(xiàn)高溫高壓環(huán)境下的WOL應(yīng)力腐蝕試驗。2、本發(fā)明設(shè)置密封引線接頭將應(yīng)變片信息引出，可以實現(xiàn)試驗載荷的連續(xù)測量，確保試驗數(shù)據(jù)的可靠性。3、本發(fā)明采用工業(yè)計算機來控制試驗過程，實現(xiàn)試驗過程中載荷、溫度、壓力等信息的實時記錄。極大地方便了利用試驗結(jié)果對試驗數(shù)據(jù)進行分析。


圖I為本發(fā)明試驗系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；圖2a為本發(fā)明中引線密封接頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b為本發(fā)明中引線密封接頭上引線孔示意圖；圖中標(biāo)號1密閉容器；2導(dǎo)熱油；3電加熱器件；4法蘭蓋；5密封引線接頭；5a引線孔；5b為CPS氧化銅無機膠；6溫度傳感器；7安全閥；8壓力表；9壓力變送器；10試樣架;11為WOL試樣。
具體實施例方式參見圖1，本實施例中高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗裝置是由高溫高壓容器、密封引線接頭、數(shù)據(jù)采集箱、溫度控制器和工業(yè)計算機構(gòu)成；高溫高壓容器是由鋼板焊接而成的具有夾套結(jié)構(gòu)的密閉容器1，夾套內(nèi)充有導(dǎo)熱油2，針對導(dǎo)熱油2設(shè)置電加熱器件3 ;密閉容器I的頂蓋設(shè)置為法蘭蓋4，在法蘭蓋4上安裝密封引線接頭5，并分別設(shè)置溫度傳感器6、安全閥7、壓力表8和壓力變送器9 ;在密閉容器內(nèi)部設(shè)置用于放置WOL試樣11的試樣架10 ；以密封引線接頭5將WOL試樣上的應(yīng)變片信號引出密閉容器；
數(shù)據(jù)采集箱用于分別接收由密封引線接頭引出的應(yīng)變片信號和由壓力變送器檢測得到的密閉容器I內(nèi)的壓力信號；工業(yè)計算機在試驗開始后實時接收數(shù)據(jù)采集箱傳送來的應(yīng)變信號，并將其轉(zhuǎn)化為供裂紋擴展速率計算用的載荷值；工業(yè)計算機還通過串行通訊口接收溫度控制器傳遞過來的溫度傳感器檢測信號；由工業(yè)計算機輸出控制信號用于控制密閉容器中的溫度和壓力范圍。如圖2a和圖2b所示，本實施例中密封引線接頭5是以碳鋼棒加工成中空柱塞，在中空柱塞的內(nèi)腔中填充CPS氧化銅無機膠5b形成密封，在中空柱塞的頂蓋上開設(shè)引線孔5a，信號引線由高溫膠連劑固結(jié)在內(nèi)腔中，并自引線孔引出，在密封引線接頭與法蘭蓋之間設(shè)置銅墊片以保證密封性能。本實施例中的高溫高壓容器是指溫度為250°C和壓力為4MPa的工作環(huán)境。 試驗過程I、預(yù)先按GB/T 15970. 6-2007《金屬和合金的腐蝕應(yīng)力腐蝕試驗第6部分恒載荷或恒位移下預(yù)裂紋試樣的制備和應(yīng)用》制作帶預(yù)制裂紋的WOL試樣，安裝測力螺栓并粘貼應(yīng)變片，利用拉力試驗機進行加載，所加的初始載荷是通過粘貼的應(yīng)變片、數(shù)據(jù)采集箱和工業(yè)計算機測出。2、打開試驗容器的法蘭蓋，在容器內(nèi)裝入待試驗的介質(zhì)，安裝好試樣架，將加工好的WOL試樣放置在試樣架上，注意保持試樣上粘貼應(yīng)變片的螺栓應(yīng)暴露在試驗介質(zhì)的上方。安裝引線連接接頭，注意引線連接接頭與法蘭蓋的密封墊應(yīng)完好，接好各應(yīng)變片連線；檢查溫度傳感器以及各路管口是否正常，然后合上法蘭蓋，打開工業(yè)計算機系統(tǒng)，開啟溫度控制器，設(shè)定好試驗溫度及加熱速度，開始對試驗容器進行加熱。加熱過程中對于溫度、載荷、壓力等進行實時采集并判斷是否在正常范圍內(nèi)。如超過正常范圍時，系統(tǒng)發(fā)出報警。3、當(dāng)試驗參數(shù)達到試驗要求的規(guī)范時，溫度控制器將進行恒溫控制，此時保持容器內(nèi)的溫度和壓力基本穩(wěn)定，由工業(yè)計算機監(jiān)測和記錄試驗容器內(nèi)的溫度、載荷、壓力，通過應(yīng)變片測量試樣上的載荷變化，根據(jù)載荷的變化情況判斷預(yù)制裂紋的擴展情況，計算裂紋擴展速度，待裂紋擴展速度降低到設(shè)定的范圍時，試驗結(jié)束。這時先關(guān)閉溫度控制器，待密閉容器內(nèi)的溫度降低到接近環(huán)境溫度時，打開法蘭蓋，取出WOL試樣進行觀察和測量。
權(quán)利要求
1.一種高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗裝置，其特征是由高溫高壓容器、密封引線接頭、數(shù)據(jù)采集箱、溫度控制器和工業(yè)計算機構(gòu)成； 所述高溫高壓容器是由鋼板焊接而成的具有夾套結(jié)構(gòu)的密閉容器，夾套內(nèi)充有導(dǎo)熱油，針對導(dǎo)熱油設(shè)置電加熱器件；所述密閉容器的頂蓋設(shè)置為法蘭蓋，在所述法蘭蓋上安裝密封引線接頭，并分別設(shè)置溫度傳感器、安全閥、壓力表和壓力變送器；在所述密閉容器內(nèi)部設(shè)置用于放置WOL試樣的試樣架；以所述密封引線接頭將所述WOL試樣上的應(yīng)變片信號引出密閉容器； 所述數(shù)據(jù)采集箱用于分別接收由所述密封引線接頭引出的應(yīng)變片信號和由壓力變送器檢測得到的密閉容器中的壓力信號； 所述工業(yè)計算機在試驗開始后實時接收數(shù)據(jù)采集箱傳送來的應(yīng)變信號，并將其轉(zhuǎn)化為供裂紋擴展速率計算用的載荷值；所述工業(yè)計算機還通過串行通訊口接收溫度控制器傳遞過來的溫度傳感器檢測信號；由所述工業(yè)計算機輸出控制信號用于控制密閉容器中的溫度和壓力范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗裝置，其特征是所述密封弓I線接頭是以碳鋼棒加工成中空柱塞，在中空柱塞的內(nèi)腔中填充CPS氧化銅無機膠形成密封，在中空柱塞的頂蓋上開設(shè)引線孔，信號引線由高溫膠連劑固結(jié)在內(nèi)腔中，并自引線孔引出，在密封引線接頭與法蘭蓋之間設(shè)置銅墊片以保證密封性能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗裝置，其特征是由高溫高壓容器、密封引線接頭、數(shù)據(jù)采集箱、溫度控制器和工業(yè)計算機構(gòu)成；高溫高壓容器是由鋼板焊接而成的具有夾套結(jié)構(gòu)的密閉容器，夾套內(nèi)充有導(dǎo)熱油，針對導(dǎo)熱油設(shè)置電加熱器件；密閉容器的頂蓋設(shè)置為法蘭蓋，在法蘭蓋上安裝密封引線接頭，并分別設(shè)置溫度傳感器和壓力變送器；在密閉容器內(nèi)部設(shè)置用于放置WOL試樣的試樣架；以密封引線接頭將WOL試樣上的應(yīng)變片信號引出密閉容器；由工業(yè)計算機控制密閉容器中溫度和壓力范圍。本發(fā)明可用于模擬現(xiàn)場高溫環(huán)境，連續(xù)進行應(yīng)力腐蝕試驗。
文檔編號G01N3/18GK102944482SQ201210453909
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者陳龍, 羅雪梅, 秦宗川, 陳學(xué)東, 崔軍, 卜華全 申請人:合肥通用機械研究院