一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置

1.一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置，其特征在于：装置包括用于放置高温应力腐蚀试验的大尺寸试样的搪瓷盆(2)、温控电炉(1)、有机玻璃冷凝盖(5)、冷凝管(7)、温度计(10)、密封用橡皮塞(4)、橡胶圈(6)，所述的搪瓷盆(2)放置温控电炉(1)上，所述的有机玻璃冷凝盖(5)放置搪瓷盆(2)上，所述温度计(10)用来监控测试过程搪瓷盆(2)液体的温度，所述冷凝管(7)、温度计(10)穿过橡皮塞(4)插在有机玻璃冷凝盖(5)上并伸入搪瓷盆(2)内。
2.根据权利要求1所述一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置，其特征在于：所述的有机玻璃冷凝盖(5)单侧连接一个不锈钢支脚(8)。
3.根据权利要求1所述一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置，其特征在于：所述的冷凝管(7)连接冷却水循环装置，冷凝管(7)上设有入水口(11)、水流通道和出水口，所述的搪瓷盆(2)边用密封橡胶圈(6)包裹，所述的有机玻璃冷凝盖(5)为有机玻璃敞口盆，带有进水口、敞口盆式水流通道和出水口(12)，有机玻璃冷凝盖(5)的进水口与冷凝管的出水口相连，有机玻璃冷凝盖的出水口(12)返回冷却水循环装置。
4.根据权利要求1所述一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置，其特征在于：所述的温控电炉电炉(1)上设置电压调压器。
5.根据权利要求1所述一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置，其特征在于：所述的温控电炉电炉(1)为可调功率电炉。
6.根据权利要求1所述一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置，其特征在于：所述的温度计(10)为带电触点温度计，带电触点温度计与一个电磁继电器(9)相连，电磁继电器与温控电炉供电电源(13)相连，通过设定带电触点温度计的控制温度控制电磁继电器(9)和温控电炉供电电源(13)，从而控制腐蚀试验的温度。
7.根据权利要求6所述一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置，其特征在于：所述的带电触点温度计与电磁继电器(9)“控制点”接线柱连接，温控电炉引线与电磁继电器(9)的“常开”接线柱连接。

一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种金属材料测试技术，特别是一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置。\n背景技术\n[0002] 金属材料在拉应力及特定的介质环境双重作用下，经过一定时间后发生裂纹及断裂的现象称为应力腐蚀断裂，由于它的不可预测的低应力脆断常常导致事故发生以及大量材料损耗，比如在石油化工企业的设备中占41.6％的腐蚀失效是应力腐蚀，因此它的危害很大，金属应力腐蚀开裂的问题一直是国内外有关人士十分关注和致力研究的课题。为了获得材料的一些应力腐蚀数据，人们开展了一系列的试验研究，对于小尺寸试样的常温或高温应力腐蚀实验可以参照GB/T15970.1～6-1998(金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验及试样制备)或GB/T17898-1999(不锈钢42％氯化镁应力腐蚀试验)中试验方法进行试验，采用螺栓加载至一定应变后在相应的腐蚀介质中完成试验，其中应变与位移的关系采用有限元进行模拟。\n[0003] 进行应力腐蚀试验时，除必须保证材料加载符合要求外，保证腐蚀介质在特定温度、特定浓度下进行是试验进行的另一重要条件，一旦介质条件发生较大的改变，实验即宣告失败，得到的实验结果将失去说服力。对于室温的腐蚀介质，由于室温下溶液的蒸发量较小，试验时可以安排一个普通的含盖容器作为腐蚀介质和试样的容器，按照标准和实验要求在室温下进行常规浸蚀即可；对于小尺寸试样高温应力腐蚀实验，在进行在沸点温度试验时，用市售磨口锥形瓶或烧杯作为腐蚀介质和试样的容器，再加回流冷凝装置和温控电炉即可；在进行非沸点温度试验时，腐蚀介质和试样的容器用水浴槽也能达到要求，保证介质的温度、浓度符合特定要求。当试样尺寸较大且试验要求介质的温度高于室温甚至沸腾时，比如80℃低浓度NaOH应力腐蚀试验或不锈钢沸腾氯化镁应力腐蚀实验时，用以上常规容器作为腐蚀介质和试样的容器将出现试样盛不下、操作过程不安全(玻璃锥形瓶或烧杯容易打碎)和无法保证介质浓度、实验温度符合实验需要的问题，采用常规的容器将无法按要求完成实验。\n实用新型内容\n[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置，其方便大尺寸试样的搁取，操作过程安全，能维持溶液浓度，减少温度变化，保证结果可靠；从而克服已有应力腐蚀试验装置在试验过程中，由于保证不了溶液浓度、温度在特定条件下而导致测量结果不可靠，操作过程中由于玻璃器皿易碎而不安全，无法进行大尺寸试样高温应力腐蚀试验的问题。\n[0005] 为了达到解决上述技术问题的目的，本实用新型采用了如下技术方案：\n[0006] 一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置，包括用于放置高温应力腐蚀试验的大尺寸试样的搪瓷盆、温控电炉、有机玻璃冷凝盖、冷凝管、温度计、密封用橡皮塞、橡胶圈，所述的搪瓷盆放置温控电炉上，所述的有机玻璃冷凝盖放置搪瓷盆上，所述温度计用来监视测试过程搪瓷盆液体的温度，所述冷凝管、温度计穿过橡皮塞插在有机玻璃冷凝盖上并伸入搪瓷盆内。\n[0007] 本实用新型的一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置，其改进的技术方案可以是：所述的有机玻璃冷凝盖单侧连接一个不锈钢支脚。\n[0008] 本实用新型的一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置，其改进的技术方案还可以是：所述的冷凝管连接冷却水循环装置，冷凝管上设有入水口、水流通道和出水口所述的搪瓷盆盆边用密封橡胶圈包裹；所述的有机玻璃冷凝盖为行机玻璃敞口盆，带有进水口、敞口盆式水流通道和出水口，有机玻璃冷凝盖进水口与冷凝管的出水口相连，有机玻璃冷凝盖的出水口返回冷却水循环装置。上述的有机玻璃敞口盆深度可以为3cm左右。\n[0009] 本实用新型的一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置改进的技术方案还可以是：所述的温控电炉上设置电压调压器或者为可调功率电炉，从而使测试过程的温度控制更均匀或者调节沸腾时的回流量。\n[0010] 本实用新型的一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置，其改进的技术方案也可以是：所述的温度计为带电触点温度计，带电触点温度计与一个电磁继电器相连，电磁继电器与温控电炉供电电源相连，通过设定带电触点温度计的控制温度控制电磁继电器和温控电炉供电电源，从而控制腐蚀试验的温度。上述改进的技术方案进一步改进的技术方案可以是：所述的带电触点温度计与电磁继电器“控制点”接线柱连接，温控电炉引线与电磁继电器的“常开”接线柱连接。\n[0011] 这些技术方案，包括改进的技术方案和进一步改进的技术方案可以互相组合或者结合，从而达到更好的技术效果。\n[0012] 本实用新型的技术方案构思为：\n[0013] 以原型不锈钢波纹管沸腾氯化镁应力腐蚀试验(大试样沸点温度应力腐蚀试验)和原型高强钢螺栓80℃低浓度NaOH应力腐蚀试验(大试样非沸点温度应力腐蚀试验)为例，上述试验中不锈钢波纹管和高强钢螺栓通过螺栓预紧加载，试样体积较大，普通烧杯一方面从容积上很难满足要求，另一方面在试验过程观察时也易碰碎，故不适宜使用；由于沸腾氯化镁和80℃低浓度NaOH均为高温腐蚀介质，金属容器在耐蚀性能方面也很难达到要求，也不适宜使用，搪瓷盆表面的镀层耐蚀性能较好，能抵制多种高温腐蚀介质的浸蚀，其还可直接在电炉上灼烧，且抗击碎性能很好。盆边缝有密封橡胶圈，盖上有机玻璃冷凝盖后可以防止水分和气从盖与盆间的缝隙蒸发。有机玻璃冷凝盖用连有循环水的敞口盆做成，可以防止温度过高而引起有机玻璃变形且可进一步提高冷凝效果，通过带有回流冷凝管的橡胶塞密封有机玻璃冷凝盖，即可以避免搪瓷盆内蒸气压过高又可以减少搪瓷盆内溶液的蒸发。回流冷凝管出水口与有机玻璃冷凝盖入水口相连，可以二次使用回流水，因为有机玻璃冷凝盖为敞口盆结构，加快热量的挥发，不影响冷凝效果。若介质溶液要求工作在沸点状态，用温控电炉直接保证溶液在沸腾状态，用普通水银或煤油温度计监测溶液温度即可，如沸腾氯化镁应力腐蚀试验时，当溶液开始沸腾后，调节温控电炉加热功率至恒温状态，保持溶液始终处于沸腾状态但沸腾不是太激烈，在溶液浓度一定的情况下，溶液的沸点将不会变化，溶液介质温度保持在设定沸点温度要求范围内。装在有机玻璃冷凝盖一侧的不锈钢支脚主要是便于过程中观察试样的情况，拉着不锈钢支脚向一侧挪动并利用不锈钢支脚支撑盖及盖上物品即可以避免高温烫手又可防止不平稳带来的不安全。若介质溶液要求工作在非沸点状态，则将带电触点温度计与电磁继电器替代沸点温度应力腐蚀装置中的温度计，并与电炉供电电源相连，可监测和控制搪瓷盆内溶液的非沸点温度，如80℃低浓度NaOH应力腐蚀试验时，当溶液温度达到80℃，带电触点温度计与继电器控制点连接回路断开，根据继电器工作原理，与继电器“常开”接线柱连接的电炉加热回路将处于断开状态，电炉停止加热，反之，电炉加热回路接通，电炉加热，电炉根据带电触点温度计监测温度结果间断性加热，从保持溶液介质温度在设定非沸点温度要求范围内。\n[0014] 通过采用上述技术方案，本实用新型的一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置能够适合大尺寸试样，甚至是原型试样的高温应力腐蚀试验，能维持溶液浓度，减少温度变化，装置使用安全，测量结果可靠，相比较其他耐蚀高温密封容器，其操作简单、成本低廉。\n附图说明\n[0015] 图1是本实用新型的一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置示意图。\n[0016] 图中，1、温控电炉，2、搪瓷盆，3、试件，4、橡皮塞，5、有机玻璃冷凝盖，6、橡胶圈，7、冷凝管，8、不锈钢支脚，9、电磁继电器，10、温度计，11、冷凝管入水口，12、有机玻璃冷凝盖出水口，13、电源。\n具体实施方式\n[0017] 实施例1：非沸点温度介质溶液应力腐蚀试验\n[0018] 以高强钢螺栓80℃低浓度NaOH应力腐蚀试验为例，一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验装置，如图1所示，包括用于放置高温应力腐蚀试验的加载大尺寸试样的温控电炉1、搪瓷盆2、有机玻璃冷凝盖5、冷凝管7，密封用橡皮塞4、带电触点温度计10、电磁继电器9以及不锈钢支脚8，搪瓷盆2放置温控电炉1上，有机玻璃冷凝盖5放置搪瓷盆2上，带电触点温度计10穿过插在有机玻璃冷凝盖5上并伸入搪瓷盆2内，带电触点温度计\n10与电磁继电器9及电炉供电电源13相连，其中电触点温度计10的引线接在电磁继电器“控制点”接线柱上，电炉1接通电源的回路上串联继电器的“常开”接线柱，不锈钢支脚8连在有机玻璃冷凝盖5单侧。\n[0019] 搪瓷盆2边用密封橡胶圈6包裹，有机玻璃冷凝盖5设有进水口、敞口盆式水流通道和出水口12，有机玻璃冷凝盖5进水口与冷凝管7的出水口相连。冷凝管7上设有冷凝管入水口11、水流通道和出水口，冷凝管7连接冷却水循环装置。\n[0020] 开始试验前，首先将配置好的腐蚀溶液盛放在盆口套好橡胶圈6的搪瓷盆2内，盖上有机玻璃冷凝盖5，用连接着冷凝管7和带电触点温度计10的橡皮4塞入有机玻璃冷凝盖5，连接好冷凝管7的出水口和有机玻璃冷凝盖5的入水口，通入冷凝管7内的冷凝水，将带电触点温度计引线连接在电磁继电器9控制点接线柱上，电炉接通电源的回路串联在电磁继电器9常开接线柱上，将继电器开关打在“open”状态，达到设定温度后，放入待测试样\n3，挪回有机玻璃冷凝盖，开始计时。试验过程中，每1～2小时观察试样状态，拉着不锈钢支脚8慢慢向侧旁挪动，等试样上的热雾挥发结束后，观察试样表面有无应力腐蚀裂纹萌生或扩展，做好记录，挪回有机玻璃冷凝盖，继续试验。\n[0021] 实施例2：沸点温度介质溶液应力腐蚀试验\n[0022] 以原型不锈钢波纹管沸腾氯化镁应力腐蚀试验为例，与实施例1相比，不同之处在于将带电触点温度计与电磁继电器及电炉供电电源相连的非沸点温度介质溶液的控温装置拆除，温度计10改用常规温度计如水银温度计或煤油温度计，溶液烧至沸腾态后，调节电炉至恒温状态，使溶液始终保持在沸腾状态，由于没有水份的挥发，溶液浓度保持一定，故其温度也保持一定。其它过程与实施例1同。\n[0023] 应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验装置发明后，对原材料分别为316L、254SMo、Incoloy800原型波纹管三组试样按GB/T17897-1999“不锈钢42％氯化镁应力腐蚀试验方法”共进行了350h左右沸腾氯化镁应力腐蚀试验，介质温度为150±1℃，PH值为5，在整个试验过程中，溶液的温度及浓度保持稳定，实验过程中观察试样的应力腐蚀裂纹方便、安全。\n[0024] 表1为三组不锈钢波纹管原型试件试验的结果。表2为三组不锈钢波纹管原材料化学成份。\n[0025] 从化学成份可以看出，254SMo不锈钢是一种含碳量极低的高钼含氮奥氏体不锈\n2-\n钢，钢中Mo元素存在于氯离子环境中以MoO 的形式吸附在活性金属表面，抑制了活性金属面的溶解，为在钝化争取了时间，防止钝化膜破坏，从而提高抗应力腐蚀性能；钢中氮质量分数也较高，氮质量分数高能提高强度及耐蚀性，此对提高其抗应力腐蚀性能应该也是有贡献的。由于254SMo的钼含量比316L高出近3倍，因此其抗应力腐蚀性能比316L高；\nIncoly800是一种铁-镍基高温耐蚀合金，其中含Ni30.0-35.0％，含Cr19.0-23.0％，含C不超过0.1％。该合金的特点是具有良好的抗硫化氢腐蚀和氯离子应力腐蚀的性能，在高温环境下仍具有优良的较高强度。在Fe-Cr合金中加入少量Ni，会增加应力腐蚀的敏感性，然而，当Ni的质量分数达到10-12％时，不锈钢对应力腐蚀的敏感性将降低，Ni含量越高越有利于防止应力腐蚀的发生，资料表明，当Ni含量超过40％时，不锈钢将基本不发生应力腐蚀。Cr元素能提高不锈钢的耐晶间腐蚀的稳定性，同时有利于提高它的点(孔)蚀电位，从而提高不锈钢的应力腐蚀性能。Cr含量越高，不锈钢钝化膜越稳定，抗应力腐蚀性能越强。\nIncoly800是高Ni合金(Ni含量高达30.0-35.0％)，其Cr含量比316L高出20％，因此其抗应力腐蚀能力很强。\n[0026] 表1三组不锈钢波纹管原型试件试验裂纹萌生及贯穿时间\n[0027] \n[0028] 表2三组不锈钢波纹管原材料化学成份(质量分数，wt-％)\n[0029] \n[0030] 可以看出，试验结果与试样原材料的性能有较好的对应关系。\n[0031] 从对不锈钢波纹管原型试件试验的结果试验可以看出，本专利的一种应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验的装置应用于大尺寸试样高温应力腐蚀试验是成功的，其达到了较好的预期结果，试验过程中试验条件控制稳定，试验过程操作方便、安全，试验结果可靠。