一種應力狀態下的測量焊管腐蝕的裝置和測量方法

2023-04-25 04:52:31 1

專利名稱：：一種應力狀態下的測量焊管腐蝕的裝置和測量方法
技術領域：
：本發明涉及藉助於測定材料的化學或物理性質來測試或分析材料的領域，具體涉及一種測試用於大氣侵蝕、腐蝕或防腐測量中的電化學測量系統領域。
背景技術：
：目前，測量直縫焊管焊縫處耐腐蝕性能使用的是電化學法。所述電化學法一般採用三電極體系的電解池，將焊縫和母材加工成工作電極，採用恆電位法陽極過電位50mV腐蝕144小時，測定出焊縫的溝槽腐蝕敏感性係數，以此來表示焊縫的耐蝕性能。另一方面，現在很多焊管產品，如J55型焊管、K55型焊管等，不經過整管熱處理，焊縫處存在著較大的殘餘應力。其周向殘餘拉應力達到300MPa左右，接近焊管的屈服強度，當焊縫加工成工作電極後，其殘餘應力降低為100MPa以下。周向拉應力能夠降低焊縫的腐蝕電位，加速腐蝕，增大溝槽腐蝕敏感性係數。而進行調質處理之後的焊管產品，如N80—Q型焊管，P110型焊管等，其焊縫殘餘應力周向殘餘拉應力較小，為10100MPa，加工成工作電極後其周向拉應力變化不大。這樣，用以上常規的測量方法，通常無法表徵焊管產品在實際應用時真實的耐蝕性能，也無法真實區分進行了調質處理和未進行調質處理的焊管產品焊縫耐蝕性能。另外，上述三電極體系的電解池由於工作電極的腐蝕，電解質溶液中產生很多腐蝕產物，無法即時清除，對工作電極的腐蝕行為有一定影響。而且，作為影響溝槽腐蝕的重要影響因素的氧濃度；也隨著腐蝕的進行發生變化，不能保持恆定，影響焊縫腐蝕性能測定的準確性。GB/T15970(中國國家標準金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗)中沒有對ERW(ElectricResistanceWelding,電阻焊接)直縫焊管溝槽腐蝕性能方法以及裝置、試樣的製備做出規定，目前也未見到有關ERW焊管應力條件下焊縫腐蝕敏感性的相關報導及專利。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種應力狀態下的測量焊管腐蝕的裝置，其可以在恆定條件電解質溶液下，對實際使用條件下的焊管產品溝槽腐蝕敏感性進較長時間的連續測量，解決了工作電極形狀複雜導致的非腐蝕面密封問題，能夠真實測定不同熱處理條件下導致應力的不同對焊管溝槽腐蝕性能影響。本發明的技術方案是提供一種應力狀態下測量焊管腐蝕的裝置，包括設置有工作電極、參比電極、輔助電極和鹽橋的電解池組件，其特徵在於所述的電解池組件內的中間部分設置一隔板1，將整個電解池組件分隔為電解池2和電極安裝室3兩個部分；所述的隔板上開設有邊緣嵌入密封橡皮圈的貫通圓孔4;在所述的電極安裝室一側設置一支架13，支架上設置一應力環ll，在應力環兩端，設置應力環螺母12;所述工作電極14的兩端設置螺紋，其螺紋旋入相應的應力環螺母后，使工作電極在載荷狀態下固定在應力環內；在所述電極安裝室的側面設置壓緊螺拴5，將加有載荷的工作電極緊壓在開設於隔板上的嵌入了密封橡皮圈的圓孔上，壓緊螺拴正對圓孔設置。進一步地，其所述的電解池形狀為矩形；所述的電解池上方設置有可拆卸的電解池上蓋板15;所述的電解池上蓋板設置有輔助電極插入孔7、參比電極插入孔8和電解質溶液流入孔9。在所述電解池內用隔板分離的電解池部分的正面上方，設置防電解液溢出孔io，其正面下方設置電解液流出控制閥6。其所述的輔助電極通過電解池上蓋板的輔助電極插入孔插入，並固定在工作電極的對面，其高度與工作電極的高度相同，輔助電極的形狀為圓形。其所述的鹽橋通過參比電極插入孔插入，鹽橋一端與參比電極連接，另一端與工作電極相連接，鹽橋為直角式毛細管結構。本發明還提供了一種應力狀態下的測量焊管腐蝕的方法，其可以在恆定條件電解質溶液下，對實際使用條件下的焊管產品溝槽腐蝕敏感性進較長時間的連續測量，解決了工作電極形狀複雜導致的非腐蝕面密封問題，能夠真實測定不同熱處理條件下導致應力的不同對焊管溝槽腐蝕性能影響。.其技術方案是提供一種應力狀態下的測量悍管腐蝕的方法，其特徵在於所述的方法至少包括下列步驟步驟一在電解池組件中間部分，設置一隔板l，將電解池組件分隔為電解池2和電極安裝室3兩個部分；步驟二所述的隔板上開設邊緣嵌入密封橡皮圈的貫通圓孔4;步驟三在電極安裝室一側設置一支架13,支架上設置一應力環ll，在應力環兩端，設置應力環螺母12;步驟四所述的工作電極的兩端設置螺紋，其螺紋旋入相應的應力環螺母后，使其在受應力載荷狀態下固定在應力環內；步驟五通過電極安裝室右側面上的壓緊螺拴5，將加有載荷的工作電極14緊壓在開設於隔板上的邊緣嵌入密封橡皮圈的貫通圓孔上，壓緊螺拴正對圓孔設置；步驟六將含有ERW縫的工作電極按上述操作設置後，在電解池中灌充電解液，使工作電極與電解液接觸，且保持電解池中電解液的不斷補充和更新，然後對其進行電化學加速腐蝕；步驟七採用X射線衍射法測定焊管焊縫處的周向拉應力和工作電極周向拉應力；步驟八採用恆電位法/恆電流法，測試不同載荷下工作電極的溝槽腐蝕傾向；步驟九在不同載荷下，測試工作電極的溝槽腐蝕深度dl和均勻腐蝕深度d2，將dl和d2兩者相比，進而得到工作電極在實際應用中的溝槽腐蝕敏感性係數(X。其所述的X射線衍射法，其加載兩者應力差值為0400MPa，電解質溶液溫度範圍為20。C40。C。其所述的恆電位法，其極化電位範圍為一200一700mV，極化時間24200小時；所述的恆電流法，極化電流密度為0.0010.lmA/cm2，極化時間為24200小時。其所述的電解液為濃度為3.5%的氯化鈉溶液。本發明具有如下的有益效果1.工作電極採用應力環加載一定載荷，能夠測定不同載荷下工作電極的腐蝕行為以及測定焊管實際應用中的溝槽腐蝕敏感性；2.電極安裝室側面加工設置壓緊螺拴，壓緊螺拴將加有載荷的工作電極緊壓在露有小孔的電解池側面，解決了工作電極形狀複雜導致的非腐蝕面密封問題；3.電解池的電解質溶液不斷更新補充，消除了氧濃度和腐蝕產物對耐蝕性能測定的影響，同時可以防止溶液溢出和流幹；4.電解池的上蓋可以拆卸，這樣可以在不拆下工作電極的情況下對其進行清洗；5.採用恆電流法進行測定，保持穩定的腐蝕速率，減小了腐蝕產物對焊縫耐蝕性能測定的影響；能夠真實測定不同熱處理條件下導致應力的不同對焊管溝槽腐蝕性能影響。圖l是溝槽腐蝕敏感性係數a值的測定示意圖；圖2是電解池的立體結構示意圖3是工作電極的形狀、結構示意圖；圖4是應力環的結構示意圖；圖5是應力環與電解池組裝結構示意圖。圖中l-隔板，2-電解池，3-電極安裝室，4-邊緣嵌入密封橡皮圈的貫通圓孔，5-壓緊螺栓，6-電解液流出控制閥門，7-輔助電極插入孔，8-參比電極插入孔，9-電解質溶液流入孔，10-防電解液溢出孔，11-應力環，12-應力環螺母，13-支架，14-工作電極，15-電解池上蓋板。具體實施例方式下面，結合附圖，對本發明的應力狀態下測量焊管腐蝕的裝置及方法作進一步詳述。圖1中，溝槽腐蝕傾向採用溝槽腐蝕敏感性係數a來表示。將含有ERW(ElectricResistanceWelding電阻焊接)縫的試樣浸泡在3.5。/。NaCl水溶液中，然後對其進行電化學加速腐蝕，然後測試樣品的均勻腐蝕深度d2和溝槽腐蝕深度dl，並以溝槽腐蝕係數a表示試驗的結果，其a-dl/d2。■圖2中，電解池組件採用透明有機玻璃板粘接而成，優選為長方形。電解池組件中間設置有隔板l，將電解池組件分為電解池2和電極安裝室3兩部分，隔板1上開有邊緣嵌入密封橡皮圈的貫通圓孔4。電解池上蓋板15可以拆卸，開有三個孔，輔助電極插入孔7和參比電極插入孔8供輔助電極和鹽橋(圖中未示出)插入，鹽橋再與參比電極(如甘汞電極等各種參比電極)連接，電解質溶液流入孔9採用橡皮管與容量約20L或以上的電解質溶液容器(圖中未示出)相連接，兩者保持一定高度差以確保溶液不斷流入。電極安裝室為上下通孔式設計，電極安裝室側面安裝一個壓緊螺拴5，位置正對隔板上的圓孔4，電解池3正面上方開有連有橡皮管(圖中未示出)的防電解液溢出孔IO，這樣可以防止因電解池溶液溢出造成測量不準或損壞儀器，在其下方安裝一個電解液流出控制閥6，其高度高於工作電極的位置，以防止電解池溶液流幹而影響測量。輔助電極通過電解池上蓋板的小孔固定在工作電極的對面，其高度與工作電極的高度相同，輔助電極形狀為圓形鉑片，鹽橋通過參比電極孔安裝在電解池的頂蓋上一端與工作電極相連接，另一端和參比電極連接，鹽橋為直角式毛細管結構。試驗前實驗室空調設定在所要求的溫度下運行12小時，配好的電解質溶液在要求的溫度下恆溫24h方可進行試驗，以確保試驗條件的穩定。圖3中，工作電極的兩端加工有螺紋，以便裝載在應力環上的應力環螺母以施加載荷。工作電極施加載荷後通過壓緊螺栓固定壓緊在電極安裝室的一個側面。當工作電極的尺寸較大時，可採用貫穿電極安裝室的方式設置，這也是電極安裝室採用上下通孔式設計結構的原因。圖4中，應力環裝置包括應力環ll、應力環螺母12和支架13。工作電極的兩端設置螺紋，其螺紋旋入相應的應力環螺母后，使其在受應力載荷狀態下固定在應力環內。應力環裝置通常根據工作電極的尺寸決定其直徑，故其直徑可以比電極安裝室的尺寸大，也可比其小，根據需要決定。圖5中，工作電極14穿過電極安裝室3設置，通過螺紋與應力環兩端的應力環螺母12連接，擰動螺絲可對工作電極施加應力。具體測試方法如下將施加載荷後的工作電極通過電極安裝室側壁的壓緊螺拴壓緊在隔板的嵌入密封橡皮圈的圓孔上，在工作電極的一側接引導線，使用恆電位儀進行測量。，1.採用X射線衍射法分別測定焊管焊縫處周向拉應力和工作電極周向拉應力，加載兩者應力差值0400MPa，電解質溶液溫度2(TC4(TC,採用恆電位法測定，加以一200一700mV電位極化24200小時，測定其溝槽腐蝕敏感性係數。2.採用X射線衍射法分別測定焊管焊縫處周向拉應力和工作電極周向拉應力，加載兩者應力差值0400MPa，電解質溶液溫度2(TC4(TC,採用恆電流法測定，加以0.0010.1mA/cn^的電流密度極化24200小時，測定其溝槽腐蝕敏感性係數。測試方法實施方式和實施例效果見表一。tableseeoriginaldocumentpage8在本技術方案中，工作電極採用應力環加載一定載荷，能夠測定不同載荷下工作電極的腐蝕行為以及測定焊管實際應用中的溝槽腐蝕敏感性；電解槽側面設置有一個用於對工作電極施加側向壓力的壓緊螺拴，螺拴將加有載荷的工作電極緊壓在露有小孔的電解槽側面，解決了工作電極形狀複雜導致的非腐蝕面密封問題；電解槽的電解質溶液不斷更新補充，消除了氧濃度和腐蝕產物對耐蝕性能測定的影響，同時可以防止溶液溢出和流幹。電解池的上蓋可以拆卸，這樣可以在不拆下工作電極的情況下對其進行清洗；採用恆電流法進行測定，保持穩定的腐蝕速率，減小了腐蝕產物對焊縫耐蝕性能測定的影響；能夠真實測定不同熱處理條件下導致應力的不同對焊管溝槽腐蝕性能影響。.本發明可廣泛適用於對各種不同熱處理條件下導致應力載荷不同且形狀複雜的工作電極進行侵蝕、腐蝕或防腐測量中的電化學測量領域。權利要求1.一種應力狀態下測量焊管腐蝕的裝置，包括設置有工作電極、參比電極、輔助電極和鹽橋的電解池組件，其特徵在於所述的電解池組件內的中間部分設置一隔板(1)，將整個電解池組件分隔為電解池(2)和電極安裝室(3)兩個部分；所述的隔板上開設有邊緣嵌入密封橡皮圈的貫通圓孔(4)；在所述的電極安裝室一側設置一支架(13)，支架上設置一應力環(11)，在應力環兩端，設置應力環螺母(12)；所述工作電極(14)的兩端設置螺紋，其螺紋旋入相應的應力環螺母后，使工作電極在載荷狀態下固定在應力環內；在所述電極安裝室的側面設置壓緊螺拴(5)，將加有載荷的工作電極緊壓在開設於隔板上的嵌入了密封橡皮圈的圓孔上，壓緊螺拴正對圓孔設置。2.如權利要求1所述的一種應力狀態下測量焊管腐蝕的裝置，其特徵在於所述的電解池形狀為矩形；所述的電解池上方設置有可拆卸的電解池上蓋板(15);所述的電解池上蓋板設置有輔助電極插入孔(7)、參比電極插入孔(8)和電解質溶液流入孔(9)。3.如權利要求1所述的一種應力狀態下測量焊管腐蝕的裝置，其特徵在於在所述電解池內用隔板分離的電解池部分的正面上方，設置防電解液溢出孔(10)，其正面下方設置電解液流出控制閥(6)。4.如權利要求1所述的一種應力狀態下測量焊管腐蝕的裝置，其特徵在於所述的輔助電極通過電解池上蓋板的輔助電極插入孔插入，並固定在工作電極的對面，其高度與工作電極的高度相同，輔助電極的形狀為圓形。5.如權利要求1所述的一種應力狀態下測量焊管腐蝕的裝置，其特徵在於所述的鹽橋通過參比電極插入孔插入，鹽橋一端與參比電極連接，另一端與工作電極相連接，鹽橋為直角式毛細管結構。6.—種應力狀態下測量焊管腐蝕的方法，其特徵在於所述的方法至少包括下列步驟步驟一在電解池組件中間部分，設置一隔板(1)，將電解池組件分隔為電解池(2)和電極安裝室(3)兩個部分；步驟二所述的隔板上開設邊緣嵌入密封橡皮圈的貫通圓孔(4);步驟三在電極安裝室一側設置一支架(13)，支架上設置一應力環(11)，在應力環兩端，設置應力環螺母(12);步驟四所述的工作電極的兩端設置螺紋，其螺紋旋入相應的應力環螺母后，使其在受應力載荷狀態下設置固定在應力環內；步驟五通過電極安裝室右側面上的壓緊螺拴(5)，將加有載荷的工作電極(14)緊壓在開設於隔板上的邊緣嵌入密封橡皮圈的貫通圓孔上，壓緊螺拴正對圓孔設置；步驟六將含有ERW縫的工作電極按上述操作設置後，在電解池中灌充電解液，使工作電極與電解液接觸，且保持電解池中電解液的不斷補充和更新，然後對其進行電化學加速腐蝕；步驟七.*採用X射線衍射法測定焊管焊縫處的周向拉應力和工作電極周向拉應力；步驟八採用恆電位法/恆電流法，測試不同載荷下工作電極的溝槽腐蝕傾向；步驟九在不同載荷下，測試工作電極的溝槽腐蝕深度dl和均勻腐蝕深度d2，將dl和d2兩者相比，進而得到工作電極在實際應用中的溝槽腐蝕敏感性係數a。7.如權利要求6所述的一種應力狀態下測量焊管腐蝕的方法，'其特徵在於所述的X射線衍射法，其加載兩者應力差值為0400MPa，電解質溶液溫度範圍為2(TC4(TC。8.如權利要求6所述的一種應力狀態下測量焊管腐蝕的方法，其特徵在於所述的恆電位法，其極化電位範圍為一200一700mV，極化時間24200小時；所述的恆電流法，極化電流密度為0.0010.1mA/cm2，極化時間為24200小時。9.如權利要求6所述的一種應力狀態下測量焊管腐蝕的方法，其特徵在於所述的電解液為濃度為3.5%的氯化鈉溶液。全文摘要一種應力狀態下的測量焊管腐蝕的裝置和測量方法，屬藉助測定材料的化學或物理性質來測試分析材料的領域。其在電解池內中間部分設置隔板，將電解池分隔為電解池和電極安裝室，隔板上開設有邊緣嵌入密封橡皮圈的貫通圓孔，在電極安裝室一側設置支架，支架上裝設兩端設有螺母的應力環，工作電極兩端通過螺紋與應力環聯結，在載荷狀態下固定在應力環內，電極安裝室的側面設置壓緊螺栓，將加有載荷的工作電極緊壓在開設於隔板上的嵌入了密封橡皮圈的圓孔上。本發明還提供了在應力狀態下測量焊管腐蝕傾向的方法。可廣泛適用於對各種不同熱處理條件下導致應力載荷不同且形狀複雜的工作電極進行侵蝕、腐蝕或防腐測量中的電化學測量領域。文檔編號G01N27/26GK101377461SQ20071004531公開日2009年3月4日申請日期2007年8月28日優先權日2007年8月28日發明者丁維軍,田青超,董曉明申請人:寶山鋼鐵股份有限公司