模擬金屬材質(zhì)在實際工況條件下的應(yīng)力腐蝕實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材質(zhì)應(yīng)力腐蝕的模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模擬金屬材質(zhì)在實 際工況條件下的應(yīng)力腐蝕實驗裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在石油化工行業(yè)中，大多數(shù)管道及設(shè)備處于一定溫度、壓力、應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)環(huán) 境中，同時還受到液相腐蝕介質(zhì)沖刷的影響，而對管道及設(shè)備所用金屬材質(zhì)進行實際工況 環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕實驗，可對金屬材質(zhì)在特定工況環(huán)境中的適用性進行評價并推測其使用 壽命。目前，國內(nèi)外應(yīng)力腐蝕實驗方法通常是利用應(yīng)力環(huán)在常溫常壓下進行應(yīng)力腐蝕實驗， 此外，對于少數(shù)可以模擬高溫高壓下環(huán)境的實驗裝置的現(xiàn)有技術(shù)，然而其試件夾具通常是 固定的，固定的試件夾具不能真實模擬工況環(huán)境中溶液沖刷的影響。如CN102706750A公 開了一種高溫高壓恒載荷應(yīng)力腐蝕實驗方法及裝置，其實現(xiàn)金屬材料在一定應(yīng)力狀態(tài)下， 處于高溫高壓氣相、液相腐蝕介質(zhì)綜合作用下的恒載荷應(yīng)力腐蝕實驗，其中的試驗夾具是 固定在實驗裝置內(nèi)部，其不能真實模擬工況環(huán)境中溶液沖刷的影響。
[0003] 因此，現(xiàn)有技術(shù)中的評價結(jié)果均與現(xiàn)場結(jié)果相差較大，不能為實際工況下金屬材 質(zhì)的適用性及使用壽命預(yù)測提供可靠依據(jù)，目前，常規(guī)應(yīng)力腐蝕實驗方法存在以下不足：
[0004] (1)利用應(yīng)力環(huán)或拉伸試驗機進行加載，無法保證對小試件加載應(yīng)力的精確度；
[0005] (2)在高溫高壓環(huán)境下不考慮溶液流動影響的實驗結(jié)果與實際工況環(huán)境中的結(jié)果 存在較大差異，不能為實際工況下金屬材質(zhì)的適用性及使用壽命預(yù)測提供可靠依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種模擬金屬材質(zhì)在實際工況條件下的應(yīng)力腐蝕實驗裝 置，該裝置既可在高溫高壓環(huán)境下模擬金屬材質(zhì)的腐蝕速率及力學(xué)性能損傷，并且試件在 裝置內(nèi)部可轉(zhuǎn)動，更加趨近模擬金屬材質(zhì)在實際工況條件下的腐蝕速率，本發(fā)明可測定金 屬材質(zhì)在一定大小的應(yīng)力狀態(tài)下，處于高溫高壓環(huán)境中的抗拉伸、抗彎曲等力學(xué)性能損傷， 可模擬金屬材質(zhì)在工況環(huán)境中，腐蝕速率及力學(xué)性能損傷隨加載應(yīng)力的變化規(guī)律。
[0007] 其技術(shù)解決方案包括：
[0008] -種模擬金屬試件在實際工況條件下的應(yīng)力腐蝕實驗裝置，其包括測試機構(gòu)、加 載機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述測試機構(gòu)包括用于放置金屬試件的釜體和用于密封所述釜體的蓋 體，所述釜體內(nèi)上半部分為氣體，下半部分為腐蝕液；所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括攪拌器和驅(qū)動所述 攪拌器旋轉(zhuǎn)的電機，所述攪拌器的攪拌軸穿過蓋體伸入反應(yīng)釜內(nèi)的腐蝕液液面以下，所述 攪拌軸上安設(shè)有圓形托盤，所述圓形托盤沿圓周方向上間隔均勻的分布有四個小孔；所述 加載機構(gòu)包括加載夾具、位于加載夾具的上加載部和位于加載夾具的下加載部，所述金屬 試件位于所述加載夾具的腔室內(nèi)，所述金屬試件的兩端通過銷釘分別與上加載部和下加載 部連接；所述金屬試件的中部貼有應(yīng)變片，所述應(yīng)變片通過導(dǎo)線連接有應(yīng)變儀，通過對上加 載端和下加載端施加壓力進行加載；所述加載機構(gòu)設(shè)置有四個，每個加載機構(gòu)均通過耐高 溫棉線掛設(shè)在相應(yīng)的小孔上。
[0009] 通過向釜體內(nèi)通入氣體如氮氣保持高溫高壓環(huán)境，高溫高壓環(huán)境與實際工況條件 相近，可實現(xiàn)對實際工況條件進行模擬，并且上述加載機構(gòu)是通過耐高溫棉線掛設(shè)在相應(yīng) 的小孔上。當(dāng)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)時，可帶動攪拌軸旋轉(zhuǎn)，進而帶動位于攪拌軸下方的圓形托盤旋 轉(zhuǎn)，加載結(jié)構(gòu)可隨之旋轉(zhuǎn)，從而模擬液體流動的影響。與現(xiàn)有技術(shù)固定在釜體底部的加載機 構(gòu)相比，可選擇的加載機構(gòu)更接近實際工況的模擬。
[0010] 優(yōu)選的，上述上加載部和下加載部均包括螺釘和螺母，上加載部的螺釘從加載夾 具的頂部插入腔室內(nèi)，頂端安設(shè)上述螺母，底端與上述金屬試件通過銷釘連接；下加載部的 螺釘從加載夾具的底部插入腔室內(nèi)，頂端與上述金屬試件通過銷釘連接，底端安設(shè)螺母。
[0011] 上加載部通過擰動其頂部的螺母給試件加載載荷，下加載部通過擰動其底部的螺 母給試件加載載荷。
[0012] 優(yōu)選的，上述加載夾具為方形。
[0013] 上述蓋體的頂部開設(shè)有進氣口，上述進氣口連接輸氣管，通過上述輸氣管向釜體 內(nèi)通入氣體。
[0014] 優(yōu)選的，上述攪拌軸上設(shè)置有呈環(huán)形狀的螺紋，上述環(huán)形托盤與攪拌軸之間通過 螺釘形成可拆卸連接。
[0015] 優(yōu)選的，上述加載夾具的腔室外圍為夾具視窗，上述夾具視窗用于方便試件加載。
[0016] 優(yōu)選的，上述試件為標準啞鈴型拉伸試件。
[0017] 優(yōu)選的，上述加載夾具、螺釘、螺母和銷釘均是由耐腐蝕性能優(yōu)良的哈氏合金加工 而成的，螺釘、銷釘與試件為同種材質(zhì)，可避免電偶腐蝕。
[0018] 本發(fā)明所帶來的有益技術(shù)效果：
[0019] 與CN102706750A相比，本發(fā)明裝置中的加載機構(gòu)結(jié)構(gòu)以及加載方式與其不同，本 發(fā)明加載機構(gòu)包括加載夾具、位于加載夾具的上加載部和位于加載夾具的下加載部，將金 屬試件放置于加載夾具的腔室內(nèi)，通過上下加載部對金屬試件加載載荷，并且該加載機構(gòu) 通過耐高溫棉線懸掛于旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的圓形托盤上，圓形托盤在電機與攪拌軸的作用下可發(fā)生 旋轉(zhuǎn)，即可帶動加載機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，通過改變電機的轉(zhuǎn)速即加載機構(gòu)的轉(zhuǎn)速來模擬不同環(huán)境下 腐蝕介質(zhì)對試件的沖刷腐蝕。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明試件可通過應(yīng)變片利用應(yīng)變儀進行加載，加載載荷應(yīng)變 值精度較高，試樣受力穩(wěn)定性較好；本發(fā)明還可測試金屬試件在高溫高壓下腐蝕后的相關(guān) 性能，如腐蝕速率、抗拉伸性能等。
[0021] 本發(fā)明結(jié)果能夠更加真實地反應(yīng)金屬材質(zhì)對工況環(huán)境的適應(yīng)性，從而對材質(zhì)優(yōu)選 及其使用壽命預(yù)測提供更加真實可靠的依據(jù)。
【附圖說明】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步清楚、完整的說明：
[0023] 圖1為本發(fā)明實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明加載機構(gòu)部分的結(jié)構(gòu)示意圖（主要示出了加載夾具和試件的連接關(guān) 系）；
[0025] 圖3為本發(fā)明加載機構(gòu)部分的剖面圖；
[0026] 圖4為本發(fā)明加載機構(gòu)部分的俯視圖；
[0027] 圖5為本發(fā)明試件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖6為本發(fā)明試件加載應(yīng)力穩(wěn)定性測試曲線圖；
[0029] 圖7為本發(fā)明試件腐蝕速率柱狀圖；
[0030] 圖8為本發(fā)明試件抗拉強度損失率柱狀圖；
[0031] 圖9為本發(fā)明試件腐蝕后的形貌圖；
[0032] 圖中，1、釜體，2、輸氣管，3、攪拌軸，4、圓形托盤，5、閥門，6、耐高溫棉線，7、加載夾 具，8、腐蝕液，9、氣體，10、氣液界面，11、電機，12、傳送帶，13、方形夾具，14、螺釘，15、螺母， 16、銷釘，17、金屬試件，18、夾具視窗，19、應(yīng)變片，20、導(dǎo)線。
【具體實施方式】
[0033] 本發(fā)明提出了一種模擬金屬材質(zhì)在實際工況條件下的應(yīng)力腐蝕實驗裝置及方法， 為了使本發(fā)明的優(yōu)點、技術(shù)方案更加清楚、明確，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步清 楚、完整的說明。
[0034] 如圖1-圖4所示，本發(fā)明中一種模擬金屬材質(zhì)在實際工況條件下的應(yīng)力腐蝕實驗 裝置，主要包括：測試機構(gòu)、加載機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，其中，測試機構(gòu)包括釜體1、用于密封該 釜體1的蓋體，為保證釜體1的氣密性良好，可在蓋體下方鋪設(shè)密封墊，釜體1內(nèi)部下半部 分為腐蝕液8,腐蝕液8在蓋蓋體之前加入，上半部分為氣體9,中間為氣液界面10,在蓋體 的頂部設(shè)置有進氣口，進氣口與輸氣管2連接，輸氣管2可伸入至釜體1底部，氣體從進氣 口進入釜體1內(nèi)，本發(fā)明優(yōu)選氣體為氮氣，閥門5位于輸氣管2上，用于控制進氣流量，本發(fā) 明實驗介質(zhì)為含氏5、0) 2等強腐蝕性氣體以及高C1濃度溶液，可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境進行調(diào)節(jié)；
[0035] 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括電機11、傳送帶12、攪拌軸3和圓形托盤4,電機通過傳送帶帶動攪 拌軸3旋轉(zhuǎn)，攪拌軸3從蓋體的頂部伸入釜體1內(nèi)，并且其底端伸入腐蝕液液面以下，在接 近攪拌軸底端處設(shè)置圓形托盤4,圓形托盤4通過可拆卸式設(shè)置在攪拌軸上，本發(fā)明優(yōu)選通 過螺釘將圓形托盤固定在攪拌軸上，圓形托盤4沿圓周方向間隔均勻的分布有4個小孔，用 于固定加載機構(gòu)；
[0036] 加載機構(gòu)包括方形夾具13、螺釘14、螺母15、銷釘16