微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置和微試樣應(yīng)力腐蝕實驗方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置和微試樣應(yīng)力腐蝕實驗方法，所述微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置包括一用于對試樣施加載荷的應(yīng)力加載機構(gòu)、一用于放置試樣的支座、一腐蝕容器、一恒溫水浴、一用于測量試樣變形的撓度測量裝置，其中，所述支座設(shè)置于所述腐蝕容器內(nèi)，所述恒溫水浴用于控制和調(diào)節(jié)所述腐蝕容器內(nèi)的溫度。本發(fā)明實現(xiàn)了腐蝕環(huán)境下的微試樣恒載荷實驗，且保證了實驗的精確有效，通過實驗，提早了解在役設(shè)備的服役情況，可以防止重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。
【專利說明】微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置和微試樣應(yīng)力腐蝕實驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置和微試樣應(yīng)力腐蝕實驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在應(yīng)力的作用下，金屬材料在特定的腐蝕環(huán)境中可能會發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂，這種低應(yīng)力下毫無征兆的脆斷將導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。在火電、核電、石化和煉油等高能耗行業(yè)中，如何保證相關(guān)設(shè)備在腐蝕環(huán)境下的安全穩(wěn)定運行成為重大的研究課題。比如在石油化工企業(yè)的設(shè)備中，41.6%的腐蝕失效是應(yīng)力腐蝕，在特定的工況下，載荷作用與腐蝕環(huán)境存在著一定的交互作用，從而影響服役設(shè)備的使用壽命和安全運行。因此，需要充分了解在役設(shè)備的載荷和腐蝕環(huán)境間的交互作用，從而準(zhǔn)確有效的進行壽命評估。
[0003]目前，在役設(shè)備的腐蝕性能評估主要通過在線監(jiān)測和微試樣實驗。但現(xiàn)在的在線監(jiān)測技術(shù)主要檢驗材料的腐蝕速度,而對于材料的應(yīng)力腐蝕性能主要采用微試樣實驗。GB-T15970-1995《金屬和合金的腐蝕應(yīng)力腐蝕實驗》對各種形式的應(yīng)力腐蝕實驗有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但試樣尺寸普遍較大，無法滿足對在役設(shè)備取樣進行實驗的要求。目前，已有一些微試樣蠕變實驗系統(tǒng)，如軒福貞、郎欣等人的發(fā)明實現(xiàn)了三點彎、四點彎等不同類型的微試樣彎曲蠕變實驗裝置等，但目前還未發(fā)現(xiàn)可用于腐蝕環(huán)境下的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)沒有可用于腐蝕環(huán)境下的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗系統(tǒng)的缺陷，提供一種微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置和微試樣應(yīng)力腐蝕實驗方法。
[0005]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題:
[0006]—種微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置，其特點在于，其包括一用于對試樣施加載荷的應(yīng)力加載機構(gòu)、一用于放置試樣的支座、一腐蝕容器、一恒溫水浴、一用于測量試樣變形的撓度測量裝置，其中，所述支座設(shè)置于所述腐蝕容器內(nèi)，所述恒溫水浴用于控制和調(diào)節(jié)所述腐蝕容器內(nèi)的溫度。恒溫水浴為現(xiàn)有的產(chǎn)品，可以保持穩(wěn)定的溫度。腐蝕容器內(nèi)則設(shè)有腐蝕液，而試樣浸泡在腐蝕液中，從而完成了腐蝕環(huán)境的模擬。恒溫水浴通過保證腐蝕容器的溫度，從而控制腐蝕液的溫度，保證穩(wěn)定的實驗條件。本方案的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置實現(xiàn)了腐蝕環(huán)境下的微試樣恒載荷實驗，解決了在役設(shè)備取樣難的問題，通過實驗得出在役設(shè)備的應(yīng)力腐蝕性能，提早了解在役設(shè)備的服役情況，可以防止重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。
[0007]較佳地，所述腐蝕容器包括一腐蝕槽和一槽蓋，所述支座設(shè)置于所述腐蝕槽底部。通過槽蓋的設(shè)置，可以避免腐蝕液直接暴露在空氣中而導(dǎo)致的大量蒸發(fā)。同時也保證了腐蝕環(huán)境不受外界干擾。
[0008]較佳地，所述槽蓋上設(shè)置有一回流冷凝器。通過回流冷凝器可以將氣化的液體冷凝后重新收集，保證內(nèi)腐蝕液濃度的恒定。
[0009]較佳地,所述腐蝕槽設(shè)置有一密封槽，一密封圈嵌設(shè)于所述密封槽內(nèi)，且所述密封圈的上表面貼設(shè)于所述槽蓋。通過密封圈保證了腐蝕環(huán)境的密封，進一步的保證了腐蝕環(huán)境的長久穩(wěn)定。
[0010]較佳地，所述槽蓋與所述腐蝕槽通過若干螺紋件連接在一起。螺紋件可以是螺栓等常規(guī)緊固件。通過螺紋件施加了預(yù)緊力，保證了腐蝕槽的密封。而且也防止槽蓋被輕易打開。
[0011]較佳地，所述槽蓋包括一突出部，所述應(yīng)力加載機構(gòu)包括一載重臺和一連接在所述載重臺下方的施力桿，所述施力桿穿透于所述突出部。所述施力桿為外部塑料中間金屬的雙層結(jié)構(gòu)，以保證施力桿的剛度和與試樣的絕緣性。由于試樣處于腐蝕環(huán)境中，如果撓度測量裝置直接在試樣上進行測量，必定會受到腐蝕。而通過本方案使得載重臺遠離腐蝕環(huán)境，避免精密測量設(shè)備被腐蝕，而在產(chǎn)生上述效果的同時，本方案又保證了應(yīng)力的正常加載和腐蝕槽的密封。
[0012]較佳地，所述施力桿和所述突出部之間夾設(shè)有一定位套。通過定位套可以保證施力桿具有穩(wěn)定的施力方向，而不會產(chǎn)生不同施力方向，且保證了應(yīng)力的正常加載和腐蝕槽的密封。
[0013]較佳地，所述施力桿和所述突出部之間夾設(shè)有一密封塊。通過密封塊可以保證腐蝕環(huán)境的穩(wěn)定。
[0014]較佳地，所述撓度測量裝置包括一磁感應(yīng)接頭、一與所述磁感應(yīng)接頭電連接的磁感應(yīng)傳感器和一感應(yīng)板，所述磁感應(yīng)接頭和所述感應(yīng)板在垂直方向上分布，其中，所述磁感應(yīng)接頭設(shè)置在所述載重臺上，或者所述感應(yīng)板設(shè)置在所述載重臺上。本方案的感應(yīng)板的材料是磁感材料，如鐵，鈷，鎳等，當(dāng)試樣發(fā)生撓度變化時，施力桿會帶動載重臺產(chǎn)生變化，這時磁感應(yīng)接頭與感應(yīng)板的距離發(fā)生變化，磁感應(yīng)傳感器就會收到不同的電勢值，并記錄下來。
[0015]較佳地，所述磁感應(yīng)傳感器和一計算機電連接。計算機可以實時顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，使得操作人員能清楚看到撓度的變化。
[0016]一種微試樣應(yīng)力腐蝕實驗方法，其特點在于，其采用所述的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置，所述的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置包括一回流冷凝器，所述微試樣應(yīng)力腐蝕實驗方法包括以下步驟:
[0017]步驟1、進行位移測試系統(tǒng)的標(biāo)定，改變磁感應(yīng)接頭和感應(yīng)板間的距離，獲得不同的電勢值對應(yīng)的變形值。
[0018]步驟2、將腐蝕槽放入恒溫水浴，將微試樣放在支座上，蓋上槽蓋，將施力桿插入密封塊和定位套，并穿過突出部。
[0019]步驟3、將回流冷凝器裝在槽蓋上。
[0020]步驟4、在載重臺上加入砝碼為微試樣施加載荷，加入砝碼后，通過磁感應(yīng)板和感應(yīng)接頭間的距離來測量微試樣的變形情況。
[0021 ] 步驟5、使恒溫水浴升溫。
[0022]步驟6、設(shè)置計算機信號采集系統(tǒng)，確保位移值的正常采集。
[0023]本發(fā)明中，上述優(yōu)選條件在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上可任意組合，即得本發(fā)明的各較佳實施例。
[0024]本發(fā)明的積極進步效果在于:本發(fā)明實現(xiàn)了腐蝕環(huán)境下的微試樣恒載荷實驗，且保證了實驗的精確有效，通過實驗，提早了解在役設(shè)備的情況，可以防止重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明較佳實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明較佳實施例的槽蓋結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3為本發(fā)明較佳實施例的腐蝕槽結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4為本發(fā)明較佳實施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖5為本發(fā)明較佳實施例的位移測試標(biāo)定曲線示意圖。
[0030]圖6為本發(fā)明較佳實施例的微試樣撓度-時間曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面舉出較佳實施例，并結(jié)合附圖來更清楚完整地說明本發(fā)明。
[0032]如圖1-4所示,本實施例包括計算機I,磁感應(yīng)傳感器2,磁感應(yīng)接頭3,破碼4,載重臺5，回流冷凝器6，密封圈7，恒溫水浴8，鐵架臺9，感應(yīng)板10，施力桿11，定位套12，密封塊13，槽蓋14，試樣15，支座16，腐蝕槽17，回流冷凝接口 18，突出部19，螺栓孔20，支座固定槽21，密封槽22，螺栓23，螺母24。
[0033]如圖1和2所示,本實施例的槽蓋14包括一突出部19,應(yīng)力加載機構(gòu)包括一載重臺5和一連接在載重臺5下方的施力桿11，施力桿11穿透于突出部19。由于試樣處于腐蝕環(huán)境中，如果撓度測量裝置直接在試樣上進行測量，必定會受到腐蝕。而通過這一設(shè)置使得載重臺5遠離腐蝕環(huán)境，避免精密測量設(shè)備被腐蝕，而在產(chǎn)生上述效果的同時，又保證了應(yīng)力的正常加載和腐蝕槽17的密封。
[0034]施力桿11和突出部19之間夾設(shè)有一定位套12。定位套12為中空圓筒狀。通過定位套12可以保證施力桿11在軸向穩(wěn)定施力，而不會產(chǎn)生不同施力方向，造成測量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。如圖4所示，施力桿11和突出部19之間還夾設(shè)有一密封塊13。密封塊13為橡膠材料。通過密封塊13可以保證腐蝕環(huán)境的穩(wěn)定。施力桿11中心為金屬桿，可以保證強度，而外側(cè)套有聚四氟乙烯管，可以避免被腐蝕液腐蝕。
[0035]支座16固定于腐蝕槽17的支座固定槽21內(nèi)。腐蝕槽17為玻璃材質(zhì),可以方便操作人員觀察。支座16為陶瓷材質(zhì)，從而保證不被腐蝕液腐蝕。
[0036]恒溫水浴8用于控制和調(diào)節(jié)腐蝕槽17內(nèi)的溫度。恒溫水浴8為現(xiàn)有的產(chǎn)品，可以保持穩(wěn)定的溫度。腐蝕槽17內(nèi)則設(shè)有腐蝕液，而試樣15放置在支座16，且浸泡在腐蝕液中，從而完成了腐蝕環(huán)境的模擬。恒溫水浴8通過保證腐蝕槽17的溫度，從而控制腐蝕液的溫度，保證穩(wěn)定的實驗條件。本方案的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置實現(xiàn)了腐蝕環(huán)境下的微試樣應(yīng)力實驗，通過實驗，提早了解設(shè)備情況，可以防止重大經(jīng)濟和人員傷亡。
[0037]如圖2和圖3所示，槽蓋14包括回流冷凝接口 18，突出部19和螺栓孔20，腐蝕槽17包括螺栓孔20和一密封槽22，一密封圈7嵌設(shè)于密封槽22內(nèi)，且密封圈7的上表面貼設(shè)于槽蓋14。通過密封圈保證了腐蝕環(huán)境的密封，使得實驗條件非常穩(wěn)定。通過槽蓋14的設(shè)置，可以避免腐蝕液直接暴露在空氣中，導(dǎo)致大量蒸發(fā)。同時也保證了腐蝕環(huán)境不受外界干擾。[0038]回流冷凝接口 18與回流冷凝器6密封連接。通過回流冷凝器6可以將氣化的液體冷凝后重新收集，保證腐蝕槽17內(nèi)始終有充足的腐蝕液，進一步的保證了腐蝕環(huán)境的長久穩(wěn)定。
[0039]槽蓋14與腐蝕槽17通過螺栓23和螺母24連接在一起。通過螺栓23和螺母24施加了預(yù)緊力，保證了腐蝕槽17的密封。而且也防止槽蓋14被輕易打開。
[0040]本實施例的撓度測量裝置包括一磁感應(yīng)接頭3、一與磁感應(yīng)接頭3電連接的磁感應(yīng)傳感器2和一感應(yīng)板10，磁感應(yīng)接頭3和感應(yīng)板在垂直方向上分布，其中，磁感應(yīng)接頭3連接在鐵架臺9上，感應(yīng)板10設(shè)置在載重臺5上。當(dāng)然也可以將感應(yīng)板10連接在鐵架臺9上，磁感應(yīng)接頭3設(shè)置在載重臺5上。本方案的感應(yīng)板10的材料是磁感材料，如鐵，鈷，鎳等，當(dāng)試樣15發(fā)生撓度變化時，施力桿11會帶動載重臺產(chǎn)生移動，這時磁感應(yīng)接頭3與感應(yīng)板10的距離發(fā)生變化，磁感應(yīng)傳感器2就會收到不同的電勢值，并記錄下來。
[0041]磁感應(yīng)傳感器2還和一計算機I電連接。計算機I可以實時顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，使得操作人員能清楚看到撓度的變化。
[0042]本實施例的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗方法包括以下步驟:
[0043]步驟1、進行位移測試系統(tǒng)的標(biāo)定，改變磁感應(yīng)接頭和感應(yīng)板間的距離，獲得不同的電勢值對應(yīng)的變形值。
[0044]步驟2、將腐蝕槽放入恒溫水浴，將微試樣放在支座上，蓋上槽蓋，將施力桿插入密封塊和定位套，并穿過突出部。
[0045]步驟3、將回流冷凝器裝在槽蓋上。
[0046]步驟4、在載重臺上加入砝碼為微試樣施加載荷，加入砝碼后，通過磁感應(yīng)板和感應(yīng)接頭間的距離來測量微試樣的變形情況。
[0047]步驟5、使恒溫水浴升溫。
[0048]步驟6、設(shè)置計算機信號采集系統(tǒng)，確保位移值的正常采集。
[0049]本實施例中，三點彎實驗的腐蝕環(huán)境為60°C恒溫，腐蝕溶液的配制為在2L去離子水中加入5g符合GB625-89的濃硫酸和IOg符合HG/T3474-2000的FeC13.6H20配制成H+和Cl-濃度均為0.05mol/L的腐蝕液。試樣在實驗前用金相砂紙逐級打磨至800#，在用丙
酮清洗待用。
[0050]實驗前，首先將位移與電壓的關(guān)系用精確儀器進行標(biāo)定，圖5為標(biāo)定曲線示意圖。將曲線分為線性和非線性兩段進行擬合，得出電壓-位移曲線方程:
【權(quán)利要求】
1.一種微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置，其特征在于，其包括一用于對試樣施加載荷的應(yīng)力加載機構(gòu)、一用于放置試樣的支座、一腐蝕容器、一恒溫水浴、一用于測量試樣變形的撓度測量裝置，其中，所述支座設(shè)置于所述腐蝕容器內(nèi)，所述恒溫水浴用于控制和調(diào)節(jié)所述腐蝕各器內(nèi)的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述腐蝕容器包括一腐蝕槽和一槽蓋，所述支座設(shè)置于所述腐蝕槽底部。
3.如權(quán)利要求2所述的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述槽蓋上設(shè)置有一回流冷凝器。
4.如權(quán)利要求2所述的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述腐蝕槽設(shè)置有一密封槽，一密封圈嵌設(shè)于所述密封槽內(nèi)，且所述密封圈的上表面貼設(shè)于所述槽蓋。
5.如權(quán)利要求2所述的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述槽蓋與所述腐蝕槽通過若干螺紋件連接在一起。
6.如權(quán)利要求1-5任意一項所述的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述槽蓋包括一突出部，所述應(yīng)力加載機構(gòu)包括一載重臺和一連接在所述載重臺下方的施力桿，所述施力桿穿透于所述突出部。
7.如權(quán)利要求6所述的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述施力桿和所述突出部之間夾設(shè)有一定位套。
8.如權(quán)利要求7所述的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述施力桿和所述突出部之間夾設(shè)有一密封塊。
9.如權(quán)利要求8所述的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述撓度測量裝置包括一磁感應(yīng)接頭、一與所述磁感應(yīng)接頭電連接的磁感應(yīng)傳感器和一感應(yīng)板，所述磁感應(yīng)接頭和所述感應(yīng)板在垂直方向上分布，其中，所述磁感應(yīng)接頭設(shè)置在所述載重臺上，或者所述感應(yīng)板設(shè)置在所述載重臺上。
10.如權(quán)利要求9所述的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置，其特征在于，所述磁感應(yīng)傳感器和一計算機電連接。
11.一種微試樣應(yīng)力腐蝕實驗方法，其特征在于，其米用如權(quán)利要求9所述的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置，所述的微試樣應(yīng)力腐蝕實驗裝置包括一回流冷凝器，所述微試樣應(yīng)力腐蝕實驗方法包括以下步驟: 步驟1、進行位移測試系統(tǒng)的標(biāo)定，改變磁感應(yīng)接頭和感應(yīng)板間的距離，獲得不同的電勢值對應(yīng)的變形值。 步驟2、將腐蝕槽放入恒溫水浴，將試樣放在支座上，蓋上槽蓋，將施力桿插入密封塊和定位套，并穿過突出部。 步驟3、將回流冷凝器裝在槽蓋上。 步驟4、在載重臺上加入砝碼為微試樣施加載荷，加入砝碼后，通過感應(yīng)板和磁感應(yīng)接頭間的距離來測量試樣的撓度變形情況。 步驟5、使恒溫水浴升溫。 步驟6、設(shè)置計算機信號采集系統(tǒng)，確保位移值的正常采集。
【文檔編號】G01N3/56GK103499504SQ201310505074
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】黃毓暉, 涂善東, 軒福貞, 王成程, 羅陵華 申請人:華東理工大學(xué)