多應力高溫腐蝕試驗系統裝置的製作方法

2023-05-20 09:24:11

專利名稱：多應力高溫腐蝕試驗系統裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種試驗裝置，尤其涉及一種多應力狀態下材料的高溫腐蝕試驗系統裝置。
背景技術：
隨著能源、動力、石油化工等工業的發展和現代科學技術的不斷進步，生產工藝向 著高溫、高壓和大型化發展。這都使得工程材料的高溫腐蝕問題顯得愈加突出。金屬的 高溫腐蝕不僅造成金屬的鏽蝕，而且破壞金屬的優異的使用性能。高溫氧化、滲碳、硫 化、滲氮等形式的腐蝕為人們所熟悉。而對一些較少見的高溫腐蝕形式，如金屬塵化 (MetalDustingMD)，雖然開展了不少工作，但其具體機理和防護工作尚不被人們所完 全認識，很多問題還都在探討之中。目前國內外對於高溫腐蝕的研究大多是對材料的腐蝕機理的研究，不涉及外加載 荷。事實上，工程材料總是在有外加載荷的情況下的。所以有必要研究在外加載荷情況 下金屬材料的高溫腐蝕機理，以及外加應力對高溫腐蝕的影響。目前還沒有類似的外載 荷下的特殊氣氛高溫腐蝕試驗系統，只有無外載荷的如高溫試驗爐(馬弗爐)、有外 載荷的如高溫蠊變試驗裝置(僅在空氣中)。發明內容本實用新型的目的是為了克服現有技術中力學與化學作用無法相結合的難題而提 供了一種操作簡便，試驗溫度均勻，試驗精度高，成本低的多應力狀態下材料的多氣氛 高溫腐蝕試驗系統裝置，並較好地解決了試驗系統中有害高危腐蝕氣體的密封問題。本實用新型的技術方案如下 一種多應力高溫腐蝕試驗系統裝置，其特徵在於由加 載系統、密封系統、加熱及溫控系統、腐蝕氣氛混合系統和支撐臺架組成；支撐臺架由 底座、兩根立柱、上支撐板和下支撐板組成，密封系統是在由上密封套、石英管和下密 封套組成；支撐臺架將上下密封套及石英管固定在上下支撐板上；加載系統及試樣穿過 上下密封套置於石英管內；整個密封系統穿過加熱及溫控系統；腐蝕氣氛系統的氣體經混氣箱充分混合後從下密封套引入密封的石英管內。其中所述的加熱及溫控系統由電加熱爐和裝在電熱爐內的熱電偶組成'電加熱爐為 對開管式管式加熱爐，由兩個對開半圓筒形爐體組成。電加熱爐設有三個獨立的加熱區，
每個加熱區裝有獨立的電阻絲。電加熱爐內裝有四個熱電偶，其中一個經由熱電偶套管 後安裝在石英管內試樣處，其餘三個平均分布安裝在三個獨立的加熱區電加熱爐內壁 上。電加熱爐的兩個對開半圓筒形爐體分別通過一個連接元件與一側立柱懸臂連接；連 接元件一端與一側立柱轉動連接，另一端固定在電加熱爐的對開半圓筒形爐體上；連接 元件由一個圓環套筒和一塊方形連接板焊接而成，圓環套筒套在一側立柱上與立柱轉動 連接，方形連接板固定在電加熱爐上；圓環套筒下方立柱上裝有止滑圓環套筒，止滑圓 環套筒是由兩個半圓環組成，兩個半圓環由斜銷釘聯接，並由一正銷釘固定於立柱上。其中所述的密封系統上下密封套與石英管兩端連接處使用耐溫250'C的O型氟橡膠 密封圏，密封面形式45。角斜面密封。其中所述的腐蝕氣氛混合系統由高溫氮氣保護系統、真空抽取系統和混氣系統組 成；其中真空抽取系統是由上密封蓋的排氣口之一用於抽真空，連接至高真空度真空泵; 另一排氣口連密封水槽;混氣系統為2種以上的反應氣體在混氣箱充分混合後接入系統； 高溫氮氣保護系統和混氣系統分別通過下密封套上的2個進氣孔石英管相連通。其中所述的加載系統設有上、下支撐杆，分別與上、下支撐座相連，下支撐杆通過 螺紋連接與下密封套；上支撐杆穿過上密封套後與砝碼託盤相連，用於傳遞砝碼的載荷； 整個加載系統位於電熱爐內；加載系統的上下密封套可以互換安裝以配合不同的加載方 式產生不同的應力。結合附圖對本實用新型的多應力狀態下材料的高溫腐蝕試驗系統裝置作一詳細的 介紹。本實用新型的部件包括加載系統、密封系統、加熱及溫控系統、腐蝕氣氛混合系 統和支撐臺架。加載系統包括上支撐杆17，下支撐杆18、上支撐座30、下支撐座28、 砝碼託盤11和砝碼12，下支撐杆18和下支撐座28通過螺紋連接，上支撐杆17和上支 撐座30通過螺紋連接，上支撐杆17，下支撐杆18、上支撐座30、下支撐座28的材料 選用GH37，試樣放置於上支撐座17和下支撐座28之間，下支撐杆18與下密封套4 通過螺紋連接，上支撐杆17穿過上密封套連接砝碼託盤，在砝碼託盤上加載砝碼並作 用於上支撐座30,進而衝壓試樣。整個加載系統位於密封系統內並置於電加熱爐6內。 電加熱爐6通過連接元件5與立柱2懸臂連接，連接元件5由一個圓環套簡和一塊方形 連接板焊接而成，圓環套簡套在一側立柱上與立柱轉動連接，方形連接板固定在電加熱 爐6上；圓環套筒下方立柱上裝有止滑圓環套筒31，電加熱爐6可繞立柱轉動'方便試 驗操作，電加熱爐6採用自行設計的立式、對開式管式爐，外形尺寸O350mmx500mm;
同時採用三區獨立加熱方式保證電加熱爐的均溫性，電爐絲採用鐵鉻鋁(0Cr21AI6Nb) 電阻絲，連接元件5材料選用45鋼，表面均鍍鉻；熱電偶14、熱電偶15和熱電偶16 分別置於電加熱爐上中下三個部位，用於電爐三區測溫，熱電偶13置於熱電偶套管內 並通過上密封套9伸至於石英管內試樣處，熱電偶套管與上密封套9的密封結構詳見附 圖3。熱電偶13用於測量石英管內試樣處的實際溫度，四個熱電偶均與溫控儀相聯接， 四個熱電偶均為四個鉑銠一鉑熱電偶，溫控儀採用WT-400B型溫度程序控制儀。上、 下支撐杆、座、試樣均置於石英管8內，石英管內徑為060mm、壁厚為10mm，電加 熱爐6在石英管外加熱。石英管8上端安裝在上密封套9內、下端安裝在下密封套4內， 採用自行設計的密封結構密封，詳細結構見附圖2。石英管8兩端與上下密封套之間採 用耐溫250'C的"O"形氟橡膠密封圈密封，石英管8通過下密封套4上的2個進氣孔 分別與配置好的腐蝕氣氛系統和高溫氮氣保護系統相連通。氮氣瓶出口處裝有流量計 19，控制氮氣流量。腐蝕氣氛系統由一氧化碳和氫氣經由流量計計量後按一定配比後進 入混氣箱，充分混合後由下密封套4進入石英管。上密封套9上另有兩個出口分別連接 真空泵F和密封水槽20,分別用於試驗前抽真空和試驗時的尾氣吸收。有益效果本實用新型的多應力狀態下材料的高溫腐蝕試驗系統的電加熱爐為對開管式爐，爐 內裝置及試樣安裝非常方便，對開後可清楚地看到電加熱爐內的裝置結構，同時電加熱 爐採用懸臂式安裝，通過兩連接元件與試驗裝置一側立柱轉動連接，試驗操作也非常方 便。本實用新型試驗裝置試驗規範，試驗溫度均勻，應用不同的支攛座形式和安裝方式 可實現拉伸、純彎曲、三點彎三種不同的應力模式。本實用新型試驗裝置密封可靠，採 用耐溫25(TC的氟橡膠密封圈，洩漏量極其微小，完全在安全範圍內。同時本實用新型 的試驗裝置成本非常低。

圖1是多應力狀態下材料的高溫腐蝕試驗系統裝置示意圖。 圖2是上下密封套密封結構示意圖(圖1中G的放大)。 圖3是熱電偶套管密封結構示意圖(圖1中H的放大)。 圖4是上支撐杆密封結構示意圖(圖1中I的放大)。 圖5是三種支撐形式和試樣的結構示意圖(圖1中J的放大)。
圖6是電加熱爐與立柱連接示意圖。其中(A)—氧化碳氣瓶，(B)氨氣氣瓶，(C)氮氣氣瓶，(D)混氣箱，(E)WT-400B 型溫度程序控制儀，(F)真空泵(1)底座，(2)立柱，(3)下支撐板，(4)下密封套， (5)連接件，(6)電加熱爐，(7)上支撐板，(8)石英管，(9)上密封套，(10)支撐 杆密封帽，(11)砝碼託盤，(12)砝碼，(13)熱電偶，(14)熱電偶，(15)熱電偶，(16) 熱電偶，(17)上支撐杆，(18)下支撐杆，(19)流量計，(20)水封槽，(21)壓蓋，(22) 內六角螺栓，(23)0型密封圈，(24)熱電偶套管，(25)石棉密封墊，(26)螺母，(27) O型密封圏，(28)下支撐座(或夾頭)，(29)試樣，(30)上支撐座(或夾頭)，(31) 止滑圓環套筒具體實施方式實施例本實用新型試驗裝置的安裝按順序組裝底座l，立柱2，上支撐板7、下支撐板3， 下密封套4，再將電加熱爐6通過連接元件5安裝在立柱2上，下支撐杆18安裝在下密 封套4上，將試樣放置於下支撐座上，再將石英管8安插在下密封套上，將上支撐座安 裝在上支撐杆上後，放於試樣上，最後將上密封套安裝於石英管上端。上密封套9和下 密封套4分別通過四個鎖緊螺栓與上支撐板7下支撐板3連接。將上支撐杆密封帽10 裝入0型密封圈後擰在上密封套9上。加載時砝碼12放置於砝碼盤11,作用於上支撐 杆，進而衝壓試樣。熱電偶14、 15、 16分別置於電加熱爐上中下三個部位，測量電加 熱爐的溫度，熱電偶13放在熱電偶套管內並置於石英管內試樣處，測量石英管內試樣 處的實際溫度，熱電偶13、 14、 15、 16均通過溫控儀控制。本實用新型試驗裝置的試驗操作試驗開始時，裝入板狀試樣，試樣尺寸 40mmx20mmx2mm，材料為Cr5Mo，擰緊所有密封處的螺紋，確保打開氮氣瓶通入氮 氣，調節流量表19控制流量10升/分鐘，使石英管內充滿氮氣，然後關閉氮氣，打開真 空泵，抽真空；如此往復三次以上，使石英管內的氧含量低於lkPa。通入混合反應氣 氫氣/一氧化碳，比例0.91/min:0.31/min，並升溫到指定溫度600°C (加熱爐最高設計溫度 可達100(TC)後加載。此種安裝模式可用於純彎曲試驗和三點彎試驗。試驗結束後關閉 反應氣，通入氮氣冷卻至室溫後取出試樣。在純彎曲試驗和三點彎試驗加載方式採用頂部垂直加載(圖5中a、 b支撐形式)， 拉伸使試驗時互換安裝上下密封套後採用底部垂直加載(圖5中c支撐形式)。
權利要求1、一種多應力高溫腐蝕試驗系統裝置，其特徵在於由加載系統、密封系統、加熱及溫控系統、腐蝕氣氛混合系統和支撐臺架組成；其中支撐臺架由底座、兩根立柱、上支撐板和下支撐板組成，密封系統是由上密封套、石英管和下密封套組成；支撐臺架將上下密封套及石英管固定在上下支撐板上，加載系統及試樣穿過上下密封套置於石英管內，整個密封系統穿過加熱及溫控系統，腐蝕氣氛系統的氣體經混氣箱充分混合後從下密封套引入密封的石英管內。
2、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述的加熱及溫控系統由電加熱爐和裝在 電熱爐內的熱電偶組成，電加熱爐為對開管式管式加熱爐，由兩個對開半圓筒形爐 體組成。
3、 根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於所述的電加熱爐的兩個對開半圓筒形爐體 分別通過一個連接元件與一側立柱懸臂連接；連接元件一端與一側立柱轉動連接， 另一端固定在電加熱爐的對開半圓筒形爐體上。
4、 根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於所述的電加熱爐設有三個獨立的加熱區，每個加熱區裝有獨立的電阻絲。
5、 根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於所述的電加熱爐內裝有四個熱電偶，其中 一個經由熱電偶套管後安裝在石英管內試樣處，其餘三個平均分布安裝在三個獨立 的加熱區電加熱爐內壁上。
6、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述的密封系統中上下密封套與石英管連 接處使用耐溫250'C的O型氟橡膠密封圈，密封面形式45'角斜面密封。
7、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於腐蝕氣氛混合系統由高溫氮氣保護系統、 真空抽取系統和混氣系統組成；其中真空抽取系統是由上密封套的排氣口連接至高 真空度真空泵，另一排氣口連密封水槽；混氣系統為2種以上的反應氣體在混氣箱 充分混合後引入密封系統；高溫氮氣保護系統和混氣系統分別通過下密封套5上的2 個進氣孔石英管9相連通。
8、 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於加載系統設有上、下支撐杆，分別與上、 下支撐座相連，下支撐杆通過螺紋連接與下密封套；上支撐杆穿過上密封套後與砝 碼託盤相連，用於傳遞砝碼的載荷；整個加載系統位於密封系統內並置於電加熱爐 內；加載系統的上下密封套可以互換安裝以配合不同的加載方式產生不同的應力。
專利摘要本實用新型涉及一種試驗裝置，尤其涉及一種多應力狀態下材料的高溫腐蝕試驗系統。該試驗系統由加載系統、密封系統、加熱及溫控系統、腐蝕氣氛混合系統和支撐臺架組成；本實用新型部分解決了現有試驗技術中力學與化學作用無法相結合的難題，提供了一種操作簡便，試驗溫度均勻，試驗精度高，成本低的多應力狀態下材料的高溫腐蝕試驗系統。
文檔編號G01N17/00GK201016916SQ20072003511
公開日2008年2月6日 申請日期2007年3月15日 優先權日2007年3月15日
發明者宋洪建, 鞏建鳴, 濤 徐, 塗善東 申請人:南京工業大學