一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置的製作方法

2023-06-28 19:17:26 2

專利名稱：：一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種金屬材料測試技術，特別是一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置。
背景技術：
：金屬材料在拉應力及特定的介質環境雙重作用下，經過一定時間後發生裂紋及斷裂的現象稱為應力腐蝕斷裂，由於它的不可預測的低應力脆斷常常導致事故發生以及大量材料損耗，比如在石油化工企業的設備中佔41.6%的腐蝕失效是應力腐蝕，因此它的危害很大，金屬應力腐蝕開裂的問題一直是國內外有關人士十分關注和致力研究的課題。為了獲得材料的一些應力腐蝕數據，人們開展了一系列的試驗研究，對於小尺寸試樣的常溫或高溫應力腐蝕實驗可以參照GB/T15970.16-1998(金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗及試樣製備)或GB/T17898-1999(不鏽鋼42%氯化鎂應力腐蝕試驗)中試驗方法進行試驗，採用螺栓加載至一定應變後在相應的腐蝕介質中完成試驗，其中應變與位移的關係採用有限元進行模擬。進行應力腐蝕試驗時，除必須保證材料加載符合要求外，保證腐蝕介質在特定溫度、特定濃度下進行是試驗進行的另一重要條件，一旦介質條件發生較大的改變，實驗即宣告失敗，得到的實驗結果將失去說服力。對於室溫的腐蝕介質，由於室溫下溶液的蒸發量較小，試驗時可以安排一個普通的含蓋容器作為腐蝕介質和試樣的容器，按照標準和實驗要求在室溫下進行常規浸蝕即可；對於小尺寸試樣高溫應力腐蝕實驗，在進行在沸點溫度試驗時，用市售磨口錐形瓶或燒杯作為腐蝕介質和試樣的容器，再加回流冷凝裝置和溫控電爐即可；在進行非沸點溫度試驗時，腐蝕介質和試樣的容器用水浴槽也能達到要求，保證介質的溫度、濃度符合特定要求。當試樣尺寸較大且試驗要求介質的溫度高於室溫甚至沸騰時，比如80°C低濃度NaOH應力腐蝕試驗或不鏽鋼沸騰氯化鎂應力腐蝕實驗時，用以上常規容器作為腐蝕介質和試樣的容器將出現試樣盛不下、操作過程不安全(玻璃錐形瓶或燒杯容易打碎)和無法保證介質濃度、實驗溫度符合實驗需要的問題，採用常規的容器將無法按要求完成實驗。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置，其方便大尺寸試樣的擱取，操作過程安全，能維持溶液濃度，減少溫度變化，保證結果可靠；從而克服已有應力腐蝕試驗裝置在試驗過程中，由於保證不了溶液濃度、溫度在特定條件下而導致測量結果不可靠，操作過程中由於玻璃器皿易碎而不安全，無法進行大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的問題。為了達到解決上述技術問題的目的，本實用新型採用了如下技術方案一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置，包括用於放置高溫應力腐蝕試驗的大尺寸試樣的搪瓷盆、溫控電爐、有機玻璃冷凝蓋、冷凝管、溫度計、密封用橡皮塞、橡膠圈，所述的搪瓷盆放置溫控電爐上，所述的有機玻璃冷凝蓋放置搪瓷盆上，所述溫度計用來監視測試過程搪瓷盆液體的溫度，所述冷凝管、溫度計穿過橡皮塞插在有機玻璃冷凝蓋上並伸入搪瓷盆內。本實用新型的一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置，其改進的技術方案可以是所述的有機玻璃冷凝蓋單側連接一個不鏽鋼支腳。本實用新型的一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置，其改進的技術方案還可以是所述的冷凝管連接冷卻水循環裝置，冷凝管上設有入水口、水流通道和出水口所述的搪瓷盆盆邊用密封橡膠圈包裹；所述的有機玻璃冷凝蓋為行機玻璃敞口盆，帶有進水口、敞口盆式水流通道和出水口，有機玻璃冷凝蓋進水口與冷凝管的出水口相連，有機玻璃冷凝蓋的出水口返回冷卻水循環裝置。上述的有機玻璃敞口盆深度可以為3cm左右。本實用新型的一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置改進的技術方案還可以是所述的溫控電爐上設置電壓調壓器或者為可調功率電爐，從而使測試過程的溫度控制更均勻或者調節沸騰時的回流量。本實用新型的一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置，其改進的技術方案也可以是所述的溫度計為帶電觸點溫度計，帶電觸點溫度計與一個電磁繼電器相連，電磁繼電器與溫控電爐供電電源相連，通過設定帶電觸點溫度計的控制溫度控制電磁繼電器和溫控電爐供電電源，從而控制腐蝕試驗的溫度。上述改進的技術方案進一步改進的技術方案可以是所述的帶電觸點溫度計與電磁繼電器「控制點」接線柱連接，溫控電爐引線與電磁繼電器的「常開」接線柱連接。這些技術方案，包括改進的技術方案和進一步改進的技術方案可以互相組合或者結合，從而達到更好的技術效果。本實用新型的技術方案構思為以原型不鏽鋼波紋管沸騰氯化鎂應力腐蝕試驗(大試樣沸點溫度應力腐蝕試驗)和原型高強鋼螺栓80°C低濃度NaOH應力腐蝕試驗(大試樣非沸點溫度應力腐蝕試驗)為例，上述試驗中不鏽鋼波紋管和高強鋼螺栓通過螺栓預緊加載，試樣體積較大，普通燒杯一方面從容積上很難滿足要求，另一方面在試驗過程觀察時也易碰碎，故不適宜使用；由於沸騰氯化鎂和80°C低濃度NaOH均為高溫腐蝕介質，金屬容器在耐蝕性能方面也很難達到要求，也不適宜使用，搪瓷盆表面的鍍層耐蝕性能較好，能抵制多種高溫腐蝕介質的浸蝕，其還可直接在電爐上灼燒，且抗擊碎性能很好。盆邊縫有密封橡膠圈，蓋上有機玻璃冷凝蓋後可以防止水分和氣從蓋與盆間的縫隙蒸發。有機玻璃冷凝蓋用連有循環水的敞口盆做成，可以防止溫度過高而引起有機玻璃變形且可進一步提高冷凝效果，通過帶有回流冷凝管的橡膠塞密封有機玻璃冷凝蓋，即可以避免搪瓷盆內蒸氣壓過高又可以減少搪瓷盆內溶液的蒸發。回流冷凝管出水口與有機玻璃冷凝蓋入水口相連，可以二次使用回流水，因為有機玻璃冷凝蓋為敞口盆結構，加快熱量的揮發，不影響冷凝效果。若介質溶液要求工作在沸點狀態，用溫控電爐直接保證溶液在沸騰狀態，用普通水銀或煤油溫度計監測溶液溫度即可，如沸騰氯化鎂應力腐蝕試驗時，當溶液開始沸騰後，調節溫控電爐加熱功率至恆溫狀態，保持溶液始終處於沸騰狀態但沸騰不是太激烈，在溶液濃度一定的情況下，溶液的沸點將不會變化，溶液介質溫度保持在設定沸點溫度要求範圍內。裝在有機玻璃冷凝蓋一側的不鏽鋼支腳主要是便於過程中觀察試樣的情況，拉著不鏽鋼支腳向一側挪動並利用不鏽鋼支腳支撐蓋及蓋上物品即可以避免高溫燙手又可防止不平穩帶來的不安全。若介質溶液要求工作在非沸點狀態，則將帶電觸點溫度計與電磁繼電器替代沸點溫度應力腐蝕裝置中的溫度計，並與電爐供電電源相連，可監測和控制搪瓷盆內溶液的非沸點溫度，如80°C低濃度NaOH應力腐蝕試驗時，當溶液溫度達到80°C，帶電觸點溫度計與繼電器控制點連接迴路斷開，根據繼電器工作原理，與繼電器「常開」接線柱連接的電爐加熱迴路將處於斷開狀態，電爐停止加熱，反之，電爐加熱迴路接通，電爐加熱，電爐根據帶電觸點溫度計監測溫度結果間斷性加熱，從保持溶液介質溫度在設定非沸點溫度要求範圍內。通過採用上述技術方案，本實用新型的一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置能夠適合大尺寸試樣，甚至是原型試樣的高溫應力腐蝕試驗，能維持溶液濃度，減少溫度變化，裝置使用安全，測量結果可靠，相比較其他耐蝕高溫密封容器，其操作簡單、成本低廉。圖1是本實用新型的一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置示意圖。圖中，1、溫控電爐，2、搪瓷盆，3、試件，4、橡皮塞，5、有機玻璃冷凝蓋，6、橡膠圈，7、冷凝管，8、不鏽鋼支腳，9、電磁繼電器，10、溫度計，11、冷凝管入水口，12、有機玻璃冷凝蓋出水口，13、電源。具體實施方式實施例1非沸點溫度介質溶液應力腐蝕試驗以高強鋼螺栓80°C低濃度NaOH應力腐蝕試驗為例，一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗裝置，如圖1所示，包括用於放置高溫應力腐蝕試驗的加載大尺寸試樣的溫控電爐1、搪瓷盆2、有機玻璃冷凝蓋5、冷凝管7，密封用橡皮塞4、帶電觸點溫度計10、電磁繼電器9以及不鏽鋼支腳8，搪瓷盆2放置溫控電爐1上，有機玻璃冷凝蓋5放置搪瓷盆2上，帶電觸點溫度計10穿過插在有機玻璃冷凝蓋5上並伸入搪瓷盆2內，帶電觸點溫度計10與電磁繼電器9及電爐供電電源13相連，其中電觸點溫度計10的引線接在電磁繼電器「控制點」接線柱上，電爐1接通電源的迴路上串聯繼電器的「常開」接線柱，不鏽鋼支腳8連在有機玻璃冷凝蓋5單側。搪瓷盆2邊用密封橡膠圈6包裹，有機玻璃冷凝蓋5設有進水口、敞口盆式水流通道和出水口12，有機玻璃冷凝蓋5進水口與冷凝管7的出水口相連。冷凝管7上設有冷凝管入水口11、水流通道和出水口，冷凝管7連接冷卻水循環裝置。開始試驗前，首先將配置好的腐蝕溶液盛放在盆口套好橡膠圈6的搪瓷盆2內，蓋上有機玻璃冷凝蓋5，用連接著冷凝管7和帶電觸點溫度計10的橡皮4塞入有機玻璃冷凝蓋5，連接好冷凝管7的出水口和有機玻璃冷凝蓋5的入水口，通入冷凝管7內的冷凝水，將帶電觸點溫度計引線連接在電磁繼電器9控制點接線柱上，電爐接通電源的迴路串聯在電磁繼電器9常開接線柱上，將繼電器開關打在「open」狀態，達到設定溫度後，放入待測試樣3，挪回有機玻璃冷凝蓋，開始計時。試驗過程中，每12小時觀察試樣狀態，拉著不鏽鋼支腳8慢慢向側旁挪動，等試樣上的熱霧揮髮結束後，觀察試樣表面有無應力腐蝕裂紋萌生或擴展，做好記錄，挪回有機玻璃冷凝蓋，繼續試驗。[0021]實施例2沸點溫度介質溶液應力腐蝕試驗以原型不鏽鋼波紋管沸騰氯化鎂應力腐蝕試驗為例，與實施例1相比，不同之處在於將帶電觸點溫度計與電磁繼電器及電爐供電電源相連的非沸點溫度介質溶液的控溫裝置拆除，溫度計10改用常規溫度計如水銀溫度計或煤油溫度計，溶液燒至沸騰態後，調節電爐至恆溫狀態，使溶液始終保持在沸騰狀態，由於沒有水份的揮發，溶液濃度保持一定，故其溫度也保持一定。其它過程與實施例1同。應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗裝置發明後，對原材料分別為316L、254SMo、Incoloy800原型波紋管三組試樣按GB/T17897-1999「不鏽鋼42%氯化鎂應力腐蝕試驗方法」共進行了350h左右沸騰氯化鎂應力腐蝕試驗，介質溫度為150士1°C，PH值為5，在整個試驗過程中，溶液的溫度及濃度保持穩定，實驗過程中觀察試樣的應力腐蝕裂紋方便、安全。表1為三組不鏽鋼波紋管原型試件試驗的結果。表2為三組不鏽鋼波紋管原材料化學成份。從化學成份可以看出，254SMO不鏽鋼是一種含碳量極低的高鉬含氮奧氏體不鏽鋼，鋼中Mo元素存在於氯離子環境中以Mo02_的形式吸附在活性金屬表面，抑制了活性金屬面的溶解，為在鈍化爭取了時間，防止鈍化膜破壞，從而提高抗應力腐蝕性能；鋼中氮質量分數也較高，氮質量分數高能提高強度及耐蝕性，此對提高其抗應力腐蝕性能應該也是有貢獻的。由於254SMo的鉬含量比316L高出近3倍，因此其抗應力腐蝕性能比316L高；Incoly800是一種鐵-鎳基高溫耐蝕合金，其中含Ni30.0-35.0%，含Crl9.0-23.0%，含C不超過0.1%。該合金的特點是具有良好的抗硫化氫腐蝕和氯離子應力腐蝕的性能，在高溫環境下仍具有優良的較高強度。在Fe-Cr合金中加入少量M，會增加應力腐蝕的敏感性，然而，當M的質量分數達到10-12%時，不鏽鋼對應力腐蝕的敏感性將降低，M含量越高越有利於防止應力腐蝕的發生，資料表明，當M含量超過40%時，不鏽鋼將基本不發生應力腐蝕。Cr元素能提高不鏽鋼的耐晶間腐蝕的穩定性，同時有利於提高它的點(孔)蝕電位，從而提高不鏽鋼的應力腐蝕性能。Cr含量越高，不鏽鋼鈍化膜越穩定，抗應力腐蝕性能越強。Incoly800是高Ni合金(Ni含量高達30.0-35.0%)，其Cr含量比316L高出20%，因此其抗應力腐蝕能力很強。表1三組不鏽鋼波紋管原型試件試驗裂紋萌生及貫穿時間tableseeoriginaldocumentpage6表2三組不鏽鋼波紋管原材料化學成份(質量分數，Wt-%)tableseeoriginaldocumentpage7可以看出，試驗結果與試樣原材料的性能有較好的對應關係。從對不鏽鋼波紋管原型試件試驗的結果試驗可以看出，本專利的一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗是成功的，其達到了較好的預期結果，試驗過程中試驗條件控制穩定，試驗過程操作方便、安全，試驗結果可靠。權利要求一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置，其特徵在於裝置包括用於放置高溫應力腐蝕試驗的大尺寸試樣的搪瓷盆(2)、溫控電爐(1)、有機玻璃冷凝蓋(5)、冷凝管(7)、溫度計(10)、密封用橡皮塞(4)、橡膠圈(6)，所述的搪瓷盆(2)放置溫控電爐(1)上，所述的有機玻璃冷凝蓋(5)放置搪瓷盆(2)上，所述溫度計(10)用來監控測試過程搪瓷盆(2)液體的溫度，所述冷凝管(7)、溫度計(10)穿過橡皮塞(4)插在有機玻璃冷凝蓋(5)上並伸入搪瓷盆(2)內。2.根據權利要求1所述一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置，其特徵在於所述的有機玻璃冷凝蓋(5)單側連接一個不鏽鋼支腳(8)。3.根據權利要求1所述一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置，其特徵在於所述的冷凝管(7)連接冷卻水循環裝置，冷凝管(7)上設有入水口(11)、水流通道和出水口，所述的搪瓷盆(2)邊用密封橡膠圈(6)包裹，所述的有機玻璃冷凝蓋(5)為有機玻璃敞口盆，帶有進水口、敞口盆式水流通道和出水口(12)，有機玻璃冷凝蓋(5)的進水口與冷凝管的出水口相連，有機玻璃冷凝蓋的出水口(12)返回冷卻水循環裝置。4.根據權利要求1所述一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置，其特徵在於所述的溫控電爐電爐(1)上設置電壓調壓器。5.根據權利要求1所述一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置，其特徵在於所述的溫控電爐電爐(1)為可調功率電爐。6.根據權利要求1所述一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置，其特徵在於所述的溫度計(10)為帶電觸點溫度計，帶電觸點溫度計與一個電磁繼電器(9)相連，電磁繼電器與溫控電爐供電電源(13)相連，通過設定帶電觸點溫度計的控制溫度控制電磁繼電器(9)和溫控電爐供電電源(13)，從而控制腐蝕試驗的溫度。7.根據權利要求6所述一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置，其特徵在於所述的帶電觸點溫度計與電磁繼電器(9)「控制點」接線柱連接，溫控電爐引線與電磁繼電器(9)的「常開」接線柱連接。專利摘要本實用新型屬於一種金屬材料測試
技術領域：
，具體介紹了一種應用於大尺寸試樣高溫應力腐蝕試驗的裝置，包括用於放置高溫應力腐蝕試驗的加載大尺寸試樣的溫控電爐、搪瓷盆、有機玻璃冷凝蓋、冷凝管、溫度計、密封用橡皮塞、橡膠圈、以及不鏽鋼支腳，搪瓷盆放置溫控電爐上，有機玻璃冷凝蓋放置搪瓷盆上，冷凝管、溫度計穿過橡皮塞插在有機玻璃冷凝蓋上並伸入搪瓷盆內。本實用新型能夠適合大尺寸試樣、甚至是原型試樣的高溫應力腐蝕試驗，能維持溶液濃度，減少溫度變化，裝置使用安全，測量結果可靠，與其他耐蝕高溫密封容器相比，其操作簡單、成本低廉。文檔編號G01N17/00GK201555795SQ20092022077公開日2010年8月18日申請日期2009年11月3日優先權日2009年11月3日發明者張欣耀,查小琴,梁健申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所