一种高温轴向加载应力腐蚀试验装置

1.一种高温轴向加载应力腐蚀试验装置，其特征在于，用于沸腾盐溶液环境下试样承受恒载荷或拉应力的体系中，该装置包括载荷施加系统和温度控制系统，其中：
载荷施加系统设有用来加载试样的反向力架，反向力架由反向力架上横梁、反向力架下横梁和反向力架立柱组成，反向力架上横梁固定在恒载荷试验机或拉伸试验机的两根立柱上，样品从反向力架下横梁穿入并从上横梁穿出连接到恒载荷试验机或拉伸试验机的施力轴；工作时，反向力架的两根立柱、试样和热电偶穿过橡胶塞浸泡在盛满溶液的烧杯内，通过橡胶塞盖住烧杯口并密封；
温度控制系统为温度控制器、可控硅触发器、电压表、电流表和温度传感器集成在一台控制箱内，加热圈通过加热圈接口与温度控制器连接，通过可控硅触发器调节电压表和电流表的输出来控制加热圈的加热功率；热电偶通过温度传感器接口与温度控制器连接，实现温度的自动准确控制；控制箱上的电源接口外接220V电源，接地线与大地连接；
加热圈包裹在烧杯外部进行加热，通过温度控制器和可控硅触发器控制加热圈对烧杯进行加热，冷凝回流管插入橡胶塞收集溶液蒸汽并回流到烧杯内；
载荷通过与试样上夹持端连接的恒载荷试验机或拉伸试验机的施力轴直接施加到试样上，通过固定在恒载荷试验机或拉伸试验机立柱上的反向力架上横梁、与试样下夹持端连接的反向力架下横梁和反向力架立柱实现试样的轴向加载。
2.按照权利要求1所述的高温轴向加载应力腐蚀试验装置，其特征在于：反向力架上横梁材料选用40Cr合金，反向力架下横梁和反向力架的两根立柱为避免溶液腐蚀选用哈氏合金。
3.按照权利要求1所述的高温轴向加载应力腐蚀试验装置，其特征在于：热电偶为避免溶液腐蚀套封在聚四氟乙烯管内。
4.按照权利要求1所述的高温轴向加载应力腐蚀试验装置，其特征在于：通过温度控制器设置温度上限和下限，当温度高于上限时停止加热，当温度低于下限时开始加热。

一种高温轴向加载应力腐蚀试验装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及应力腐蚀测量领域，具体为一种高温轴向加载应力腐蚀试验装置，适用于对应力条件要求较高且溶液为高温的体系中。\n背景技术\n[0002] 金属在恒载荷(或拉应力)和特定腐蚀介质的共同作用下会形成裂纹并导致滞后断裂，这种现象称为应力腐蚀，可以概括为两种：(1)氢致开裂型应力腐蚀，这种应力腐蚀由材料在大气或含氢环境中服役时进入到材料内部的氢和电化学阴极反映过程产生的氢或所控制；(2)阳极溶解型应力腐蚀，这种情况受到电化学阳极反应过程所控制。高强铝合金、马氏体时效钢和不锈钢等金属在特定介质中都容易发生应力腐蚀失效。对于这些材料的抗应力腐蚀性能评价，国标、ASTM和ISO等标准给出了不同的试验方法，例如：慢应变速率拉伸及恒载荷应力腐蚀试验方法，但是前者无法准确控制溶液温度，后者无法精准施加载荷，截止到目前鲜有报道在高温、沸腾溶液环境下进行轴向加载的应力腐蚀试验装置。\n发明内容\n[0003] 针对现有技术中存在的问题，本发明主要目的在于提供一种高温轴向加载应力腐蚀试验装置，解决现有技术中溶液易发生泄露以及难以在沸腾溶液中施加轴向载荷进行应力腐蚀试验的问题，该装置可以准确控制溶液的加热温度、溶液的沸腾程度和施加载荷的大小。\n[0004] 本发明的技术方案如下：\n[0005] 一种高温轴向加载应力腐蚀试验装置，该装置包括载荷施加系统和温度控制系统，其中：\n[0006] 载荷施加系统设有用来加载试样的反向力架，反向力架由反向力架上横梁、反向力架下横梁和反向力架立柱组成，反向力架上横梁固定在恒载荷试验机或拉伸试验机的两根立柱上，样品从反向力架下横梁穿入并从上横梁穿出连接到恒载荷试验机或拉伸试验机的施力轴；工作时，反向力架的两根立柱、试样和热电偶穿过橡胶塞浸泡在盛满溶液的烧杯内，通过橡胶塞盖住烧杯口并密封；\n[0007] 温度控制系统为温度控制器、可控硅触发器、电压表、电流表和温度传感器集成在一台控制箱内，加热圈通过加热圈接口与温度控制器连接，通过可控硅触发器调节电压表和电流表的输出来控制加热圈的加热功率；热电偶通过温度传感器接口与温度控制器连接，实现温度的自动准确控制；电源接口外接220V电源，接地线与大地连接；\n[0008] 加热圈包裹在烧杯外部进行加热，通过温度控制器和可控硅触发器控制加热圈对烧杯进行加热，冷凝回流管插入橡胶塞收集溶液蒸汽并回流到烧杯内。\n[0009] 所述的高温轴向加载应力腐蚀试验装置，反向力架上横梁材料选用40Cr合金，反向力架下横梁和反向力架的两根立柱为避免溶液腐蚀选用哈氏合金。\n[0010] 所述的高温轴向加载应力腐蚀试验装置，热电偶为避免溶液腐蚀套封在聚四氟乙烯管内。\n[0011] 所述的高温轴向加载应力腐蚀试验装置，通过温度控制器设置温度上限和下限，当温度高于上限时停止加热，当温度低于下限时开始加热。\n[0012] 所述的高温轴向加载应力腐蚀试验装置，通过可控硅触发器调节加热圈的电压和电流输出进而调节加热功率，当溶液沸腾时有效控制沸腾程度。\n[0013] 所述的高温轴向加载应力腐蚀试验装置，载荷通过与试样上夹持端连接的恒载荷试验机或拉伸试验机的施力轴直接施加到试样上，通过固定在恒载荷试验机或拉伸试验机立柱上的反向力架上横梁、与试样下夹持端连接的反向力架下横梁和反向力架立柱实现试样的轴向加载。\n[0014] 本发明具有如下的优点和有益效果：\n[0015] 1.本发明样品上部夹持端直接与试验机的施力轴连接，通过反向力架实现试样的轴向加载，可以准确控制载荷大小。\n[0016] 2.本发明样品和反向力架同时放入烧杯内，反向力架实现了单向施力即可完成试样的加载，烧杯底部无需开孔，有效避免溶液泄露。\n[0017] 3.本发明可以加载棒状式样或板状试样，当加载棒状试样时，试样夹持端为螺纹连接；当加载板状试样时，样品夹持端改为穿销式连接。\n[0018] 4.本发明通过不锈钢加热圈对烧杯内的溶液进行加热，可以有效提高加热效率，避免烧杯内溶液向外部空气散热。\n[0019] 5.本发明通过可控硅触发器调节加热圈的电压和电流输出进而调节加热功率，当溶液沸腾时可以有效控制沸腾程度。\n[0020] 6.本发明通过与插入溶液内的热电偶相连接的温度控制器控制加热温度，可设置温度上限和下限，当温度高于上限时自动停止加热，当温度低于下限时自动开始加热，温度控制准确且自动化程度高。\n[0021] 7.本发明通过冷凝回流管收集溶液蒸汽进行冷却后回流到烧杯内，可有效减少水蒸气蒸发，维持烧杯内溶液浓度的恒定。\n附图说明\n[0022] 图1为本发明的结构示意图；\n[0023] 图中，1.冷凝回流管；2.试样；3.反向力架上横梁；4.橡胶塞；5.反向力架立柱；6.热电偶；7.反向力架下横梁；8.烧杯；9.加热圈；10.电压表；11.温度控制器；12.可控硅触发器；13.电源接口；14.加热圈接口；15.接地线；16.温度传感器接口；17.电流表。\n具体实施方式\n[0024] 下面结合附图对本发明结构进行详细地说明。\n[0025] 实施例\n[0026] 如图1所示，本实施例高温轴向加载应力腐蚀试验装置包括载荷施加系统和温度控制系统，主要设有一组哈氏合金制成的反向力架、一个烧杯8、一个不锈钢加热圈9、一个用聚四氟乙烯封闭的热电偶6、一台温度控制器11、一台可控硅触发器12、一只冷凝回流管1和一个橡胶塞4，反向力架由反向力架上横梁3、反向力架下横梁7和反向力架立柱5组成，两个反向力架立柱5的上下分别为反向力架上横梁3、反向力架下横梁7，反向力架用来加载试样2(棒状)。其中，反向力架上横梁3固定在恒载荷试验机或拉伸试验机的两根立柱上，样品\n6从反向力架下横梁7穿入并从反向力架上横梁3穿出连接到恒载荷试验机或拉伸试验机的施力轴。工作时，反向力架的两根立柱5、试样2和热电偶6穿过橡胶塞4浸泡在盛满溶液的烧杯8内，通过橡胶塞4盖住烧杯8口并使用硅胶密闭，加热圈9包裹在烧杯8外部进行加热，通过温度控制器11和可控硅触发器12控制加热圈9对烧杯8进行加热，冷凝回流管1插入橡胶塞4收集溶液蒸汽并回流到烧杯8内，该装置适用于高温溶液或沸腾盐溶液环境下试样承受恒载荷或拉应力的体系中。\n[0027] 本实施例中，反向力架上横梁3采用40Cr钢制作，反向力架下横梁7和两根反向力架立柱5采用哈氏合金制作，热电偶6套装在聚四氟乙烯管内，加热圈9采用不锈钢薄板制作。\n[0028] 本实施例中，载荷通过与试样2上夹持端连接的恒载荷试验机或拉伸试验机的施力轴直接施加到试样2上，通过固定在恒载荷试验机或拉伸试验机立柱上的反向力架上横梁3、与试样2下夹持端连接的反向力架下横梁7和反向力架立柱5实现试样2的轴向加载。\n[0029] 本实施例中，温度控制系统包括：温度控制器11、可控硅触发器12、电压表10、电流表17和温度传感器集成在一台控制箱内，温度传感器通过导线与热电偶6连接，加热圈9通过加热圈接口14与温度控制器11连接，温度控制系统通过电路上的可控硅触发器12调节电压表10和电流表17的输出来控制加热圈9的加热功率。热电偶6通过温度传感器接口16与温度控制器11连接，通过设置上下限实现温度的自动准确控制。控制箱上的电源接口13外接\n220V电源，接地线15与大地连接。\n[0030] 实施例结果表明，本发明装置操作简便，既可加载棒状试样也可加载板状试样，能够准确控制溶液的加热温度、沸腾程度和施加载荷的大小，易于实时观察试样应力腐蚀状态。该装置整体尺寸较小，适合在实验室中推广使用，在钢铁、有色等大规模工业生产、检测分析等领域也可广泛应用。