CN102590071A - 一种晶间腐蚀试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶间腐蚀试验装置，包括加热装置和冷凝装置，该加热装置包括玻璃容器、容器顶盖、冷凝管、温度传感器、温度控制器、加热器、加热桶、喷淋装置、烘干装置。其中，加热器置于加热桶内，玻璃容器置于加热桶内并置于加热器上，喷淋装置的喷水嘴位于加热桶内壁的上方、排水口位于加热桶的最下方，烘干装置的热风出口位于加热桶内壁的下方；温度传感器伸入溶液液面下，冷凝管插于容器顶盖；温度控制器用于接收温度传感器反馈的温度信号，并控制加热器的输出。该装置通过优化设计，提高了试验前期准备以及试验过程中参数控制的精确度和自动化程度，使试验操作高效、便捷及智能化；提高试验安全性。

Description

一种晶间腐蚀试验装置

技术领域

本发明涉及材料理化检测分析领域，特别是指一种自动化的晶间腐蚀试验装置。

背景技术

随着工业生产和科学技术的不断发展，不锈钢已广泛应用于石油、化工、航空、船舶等部门。不锈钢的晶间腐蚀是生产和使用中的重要问题，由于晶间腐蚀的发生，常常使材料的强度几乎完全消失，使企业和国家财产受到损失。因此，对不锈钢晶间腐蚀及其试验技术的深入研究，将为不锈钢产品质量的提高起到重要的作用。

但是，目前晶间腐蚀试验技术一直处于原始状态，使用的试验装置几乎都是由锥形瓶、电热炉和冷凝管组成的简陋装置，如图1所示。这种装置的操作和参数状态的控制都是手工进行，冷却水由自来水提供，试验时须要试验人员日夜值班，以便在发生断水和锥形瓶由于长时间加热导致破裂的情况下能及时断开电源，防止事故的发生。该装置虽能基本达到试验标准所规定的要求，但试验效率低、操作烦琐、自动化程度低、参数控制精确度低，而且要求试验人员具有一定的操作熟练程度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种晶间腐蚀试验装置，解决晶间腐蚀试验参数控制精确度低、自动化程度低以及装料量有限等问题。

基于上述目的，本发明提供的一种晶间腐蚀试验装置包括加热装置和冷凝装置，该加热装置包括玻璃容器、容器顶盖、冷凝管、温度传感器A、温度控制器A、加热器、加热桶、喷淋装置、烘干装置；其中，加热器置于加热桶内，玻璃容器置于加热桶内并置于加热器上，喷淋装置的喷水嘴位于加热桶内壁的上方、排水口位于加热桶的最下方，烘干装置的热风出口位于加热桶内壁的下方；温度传感器A伸入溶液液面下，冷凝管插于容器顶盖；温度控制器A用于接收温度传感器A反馈的温度信号，并控制加热器的输出；喷淋装置用于在试验开始前对玻璃容器外壁和加热器表面进行喷淋，废液通过排水口排出，烘干装置用于对玻璃容器外壁、加热器表面、加热桶内壁进行烘干。

可选的，所述烘干装置包括热风出口和热风源，两者通过管道连接。

可选的，所述加热装置还包括加热桶旁的支架、该加热装置最外层的外壳以及外壳上的观察窗。

较佳的，所述玻璃容器为广口的耐热石英玻璃容器；

和/或所述加热桶采用不锈钢制成；

和/或所述容器顶盖包括胶垫和不锈钢垫，该胶垫通过胶粘连于不锈钢垫的下面；

和/或所述加热器为铸铝板加热器，由铸铝包裹电阻丝构成。

可选的，所述加热装置还包括加热输出控制器A，所述温度控制器A发生温度控制指令信号到加热输出控制器A，加热输出控制器A按照所述指令信号控制加热器的输出功率和加热时间。

较优的，所述加热装置中在所述温度控制器A与加热输出控制器A之间还连接有比例微分积分(PID)调节器，用于对加热输出控制器A发出的所述指令信号进行精确调节后输出到加热输出控制器A。

可选的，所述加热装置还包括：清洗喷水延时、电磁阀、热风烘干延时、加热输出控制器B；清洗喷水延时用于设定并控制清洗时间，将控制信号发送给电磁阀，由电磁阀控制喷水嘴；热风烘干延时用于设定并控制烘干时间，将控制信号发送给加热输出控制器B，由加热输出控制器B控制热风源。

较佳的，所述加热装置还包括主回路输出、温度传感器B、水位传感器、稀释喷水延时、超温保护；

温度传感器B设置在加热桶与玻璃容器之间，与加热输出控制器B连接，用于反馈温度信号给加热输出控制器B，加热输出控制器B根据反馈的温度信号控制热风源；

超温保护与主回路输出、温度控制器A分别连接，温度控制器A在溶液超温时发送控制信号给超温保护，主回路输出接收到超温保护发出的信号后，命令电源断开；

当电流过载时，主回路输出命令电源断开；

稀释喷水延时分别与水位传感器、主回路输出、电磁阀连接，当所述加热桶中水位过高时，水位传感器向稀释喷水延时发送信号，稀释喷水延时根据设定的延时时间控制电磁阀打开和关闭，在电磁阀关闭后向主回路输出发送命令使电源断开。

可选的，所述加热装置还包括整流器和发光二极管，加热桶内壁和玻璃容器外壁之间的发光二极管通过整流器连接于主回路输出，起照明作用。

较佳的，所述冷凝装置包括低温恒温槽、温度控制器B、温度传感器C、压缩机和循环水泵；压缩机用于对低温恒温槽冷却，循环水泵用于将低温恒温槽中的冷却水抽至冷凝管，温度控制器B用于接收设置在低温恒温槽中的温度传感器C的温度信号，控制压缩机。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种晶间腐蚀试验装置通过优化设计，(1)提高了试验前期准备以及试验过程中参数控制的精确度和自动化程度，使试验操作高效、便捷及智能化；(2)增大容器容积，提高了试样和腐蚀液的装填量，从而缩短了试验时间；(3)冷凝水反复利用，节约了水资源，且不受停水的制约；(4)当溶液超温、电流过载、容器意外破裂时系统自动停止加热，可避免潜在危险，保障试验安全进行。

附图说明

图1为“电炉-锥形瓶-冷凝管”式晶间腐蚀装置示意图；

图2为本发明实施例加热装置的示意图；

图3为本发明实施例加热装置的俯视图；

图4为本发明实施例控制结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供的一种晶间腐蚀试验装置包括加热装置和冷凝装置，该加热装置包括玻璃容器、容器顶盖、冷凝管、温度传感器、温度控制器、加热器、加热桶、喷淋装置、烘干装置；其中，加热器置于加热桶内，玻璃容器置于加热桶内并置于加热器上，喷淋装置的喷水嘴位于加热桶内壁的上方、排水口位于加热桶的最下方，烘干装置的热风出口位于加热桶内壁的下方；温度传感器伸入溶液液面下，冷凝管插于容器顶盖；温度控制器用于接收温度传感器反馈的温度信号，并控制加热器的输出；喷淋装置用于在试验开始前对玻璃容器外壁和加热器表面进行喷淋，废液通过排水口排出，烘干装置用于对玻璃容器外壁、加热器表面、加热桶内壁进行烘干。

作为一个实施例，所述晶间腐蚀试验装置包括加热装置和冷凝装置，加热装置的示意图和俯视图分别如图2和图3所示。从图中可以看出，加热装置包括玻璃容器8、容器顶盖2、冷凝管1、温度传感器A3、温度控制器A(图4中显示)、加热器12、加热桶10、喷水嘴4、排水口13、热风出口11、热风源5、支架7、外壳6和观察窗9。

其中，加热器12设置在加热桶10内，并置于其底部，用以加热玻璃容器8。玻璃容器8设置在加热桶10内并置于加热器12上面，用以装载晶间腐蚀试验过程中的腐蚀液、试验样品及铜屑。喷水嘴4位于加热桶内壁的上方，用于喷淋清洗玻璃容器的外壁和加热器12的表面。鼓风机5通过管道与热风出口11相连，热风出口11位于加热桶内壁的下方，用于烘干喷淋清洗玻璃容器8的外壁和加热器12的表面。排水口13位于加热桶10的最下方，用于排放加热桶10中的废液。温度传感器A3插于容器顶盖2并伸入溶液液面下，用以感应溶液实际温度，并将温度信号反馈给温度控制器A。冷凝管1插于容器顶盖2，用于冷凝溶液蒸汽。加热桶10的旁边设有支架7，用来支撑、固定容器顶盖2和冷凝管1，方便上下移动容器顶盖2和冷凝管1。该加热装置最外层为正上方开口的外壳6，用以保证装置和人身安全，且在外壳6上安装观察窗9，以便随时观察容器内的试验情况。

可选的，喷水嘴至少一个；热风出口至少一个；排水口至少一个；热风源为鼓风机。

该玻璃容器8由耐热石英玻璃制成，且为广口玻璃容器。优选的，以5L的烧杯替代锥形瓶，以增加试样和腐蚀液的填充量。据试验对比，原有试验技术一次试验只能装载15～20片试样，而本发明中的广口玻璃容器8可装载35～40片试样，大大提高试验效率。而且使用石英玻璃材料，容器壁厚增至5mm，使容器抗温度变化、抗打击能力增强。

容器顶盖2包括胶垫和不锈钢垫，两者通过胶粘连。该胶垫位于不锈钢垫的下面，用于严格密封玻璃容器8，确保容器在试验过程中的密封性；不锈钢垫用于承载冷凝管1、温度传感器A3的重量，防止在试验时由于重心不稳而发生严重倾斜。

加热桶10采用不锈钢制成，以减少玻璃容器8破裂时腐蚀液对加热桶的腐蚀；同时还用于放置玻璃容器8，并起到保持容器温度的作用。加热器12为平板加热器，优选的，采用由铸铝封装包裹电阻丝构成的铸铝板加热器，具有加热均匀、无污染、抗腐蚀、容易清洗、不产生明火等优点。

冷凝管1由竖直管装套螺旋管组成，螺旋管密集排列，以达到最大限度的对溶液蒸汽进行冷却。

外壳6采用不锈钢材料静电喷粉制成。较佳的，在外壳6的1～4个侧面分别安装观察窗9。支架7由不锈钢材料制成，并在夹冷凝管处配有橡胶垫起减震作用；同时支架还配有旋转手柄，逆时针方向旋转即可松开支架7将其手动上下移动，顺时针方向旋转即可锁紧支架固定容器顶盖2和冷凝管1。

本发明的控制结构框图如图4所示，加热装置的结构包括主回路输出、喷淋控制单元41、温度及时间控制单元42和自动保护及辅助单元43，冷凝装置的结构包括冷凝控制单元44。喷淋控制单元41温度及时间控制单元42和自动保护及辅助单元43分别与主回路输出相连。同时，温度及时间控制单元42、喷淋控制单元41分别与自动保护及辅助单元43连接。由于冷凝控制单元44独立供电，因此，当加热结束时或者当自动保护及辅助单元43启动时，电源断开，这3个单元均停止工作，冷凝控制单元44仍然继续运行，直至冷凝管中无冷凝溶液回流为止。

(1)喷淋控制单元41

该单元包括清洗喷水延时、电磁阀、喷水嘴、热风烘干延时、加热输出控制器B、设置在热风源5中的电热丝加热器和温度传感器B。清洗喷水延时、热风烘干延时分别与主回路输出连接，电磁阀分别与清洗喷水延时、喷水嘴连接，加热输出控制器B分别与热风烘干延时、电热丝加热器、温度传感器B相连。晶间腐蚀试验开始前，先在清洗喷水延时和热风烘干延时上分别设定喷淋时间和烘干时间。优选的，设定喷淋时间为30～40秒，烘干时间为15分钟。设定完成后，电磁阀开启，喷水嘴喷出的清水对玻璃容器8的外壁和加热器12的表面进行喷淋清洗，清水从加热桶下方的排水口流出。到达设定的喷淋时间后，电磁阀关闭，喷水嘴停止喷淋。

清洗结束后，启动热风烘干延时，加热输出控制器B接收到热风烘干延时的信号后，发出使鼓风机中的电热丝加热器启动的命令，热风从热风出口吹入加热桶，对玻璃容器8外壁、加热器12表面和加热桶10内壁进行烘干，到达设定的烘干时间后加热输出控制器B发出使电热丝加热器停止加热的指令，热风停止。

若加热桶10内的温度高于设定温度时，加热输出控制器B接收到温度传感器B发出的反馈信号后，命令电热丝加热器停止加热。

然后，加热器升温，对玻璃容器进行加热，使溶液持续保持微沸状态，开始晶间腐蚀试验过程。

本发明引入该单元，使得试验前无需人工擦洗残留在玻璃容器外壁以及从玻璃容器外壁流淌到加热器表面的腐蚀液，不但提高清洁度，还能节省人力，节约时间，也可防止擦洗时出现玻璃容器滑落等意外，使得试验更加规范化、标准化、自动化。

(2)温度及时间控制单元42

该单元包括加热器、温度传感器A、温度控制器A、比例微分积分(PID)调节器、加热输出控制器A。温度控制器A分别与主回路输出、温度传感器A、PID调节器相连，同时，加热输出控制器A分别与PID调节器、加热器连接。

采用玻璃封套封装金属传感器作为温度传感器A，经计量显示温度差小于0.1℃。较佳的，在容器顶盖上插接2个相同的温度传感器A，其中一个作为正常试验时使用，当该温度传感器A出现故障时，另一个作为备用使得试验继续进行。温度控制器A采用台湾CAHOP961 PRO2可编程温度控制器。

在温度控制器上设定加热温度和加热时间，当溶液温度远低于设定温度时，温度控制器A接收到温度传感器A反馈的温度信号后，命令PID调节器启动，使得加热输出控制器A作出精确的判断，加热器启动功率输出或者提高输出功率，加速对溶液加热；当溶液温度稍低于设定温度时，温度传感器A反馈信号，加热器输出功率减少，缓慢对溶液加热；当溶液温度高于设定温度时，温度传感器A反馈信号，加热器停止输出功率。当到达设定的加热时间时，温度控制器发出程序结束的信号后，加热器12停止输出，溶液自然冷却。该单元保证溶液在设定的加热时间内一直保持微沸状态，提高了试验过程的自动化程度和参数控制的精确度。

注意：温度控制器显示的温度为溶液设定温度和实际温度，不是加热器温度。

(3)自动保护及辅助控制单元43

该单元包括超温保护、水位传感器、稀释喷水延时、整流器和发光二极管。超温保护与主回路输出相连，并同时与温度控制器A连接使本单元与温度及时间控制单元42相连；稀释喷水延时分别与水位传感器、主回路输出相连，同时稀释喷水延时与电磁阀连接，使本单元与喷淋控制单元41相连；加热桶10内壁和玻璃容器8外壁之间的发光二极管通过整流器连接于主回路输出。

当透过观察窗9观察玻璃容器8内的试验状况时，启动发光二极管，起照明作用。当玻璃容器8破裂时，容器中的腐蚀液流到加热桶10中，稀释喷水延时接收到水位传感器发出的信号后，通过电磁阀打开喷水嘴，稀释流出的腐蚀液，防止装置被腐蚀。到达稀释喷水延时的设定时间后，电磁阀关闭喷水嘴，稀释液从加热桶10底部的排水口13流出，并同时向主回路输出报警，使电源自动断开。当试验溶液超温时，超温保护接收到温度控制器A发出的信号后，将信号反馈给主回路输出，电源自动切断，以保证试验的安全。当试验中电流过载时，主回路输出命令电源断开。

(4)冷凝控制单元44

该单元包括低温恒温槽、温度控制器B、温度传感器C、压缩机和循环水泵。循环水泵与低温恒温槽相连，温度控制器B分别与低温恒温槽、压缩机、温度传感器C连接，同时冷凝管1与该单元的水泵相连，使冷凝装置与加热装置连接在一起。低温恒温槽用于承载冷凝水；温度传感器C置于低温恒温槽中用于感应冷凝水的温度变化；冷凝水采用蒸馏水，流过冷凝管用于冷却溶液蒸气。

循环水泵将低温恒温槽中的冷凝水抽出，并进入冷凝管1，冷凝水流过冷凝管1冷却溶液蒸汽后流回低温恒温槽，从而形成回路。冷凝水对溶液蒸汽冷却过程中，自身温度会不断升高，当冷凝水温度超过设定温度上限时，温度控制器B接收到温度传感器C的信号后，命令压缩机开始工作，对低温恒温槽中的冷凝水进行冷却；当冷凝水温度达到设定温度下限时，温度控制器B接收到温度传感器C的信号后，命令压缩机冷却工作停止。

由于采用循环水方式进行冷却，试验过程中不使用自来水，当发生停水情况时试验依然可以安全进行；而且冷凝水用量从5吨/次降至0.1吨/次，节约用水量98％；冷凝水使用蒸馏水代替自来水，有效控制冷凝管中水碱等杂质的沉积，保证冷凝管的长期有效性。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶间腐蚀试验装置，其特征在于，所述晶间腐蚀试验装置包括加热装置和冷凝装置，该加热装置包括玻璃容器、容器顶盖、冷凝管、温度传感器A、温度控制器A、加热器、加热桶、喷淋装置、烘干装置；其中，加热器置于加热桶内，玻璃容器置于加热桶内并置于加热器上，喷淋装置的喷水嘴位于加热桶内壁的上方、排水口位于加热桶的最下方，烘干装置的热风出口位于加热桶内壁的下方；温度传感器A伸入溶液液面下，冷凝管插于容器顶盖；温度控制器A用于接收温度传感器A反馈的温度信号，并控制加热器的输出；喷淋装置用于在试验开始前对玻璃容器外壁和加热器表面进行喷淋，废液通过排水口排出，烘干装置用于对玻璃容器外壁、加热器表面、加热桶内壁进行烘干。

2.根据权利要求1所述的一种晶间腐蚀试验装置，其特征在于，所述烘干装置包括热风出口和热风源，两者通过管道连接。

3.根据权利要求1所述的一种晶间腐蚀试验装置，其特征在于，所述加热装置还包括加热桶旁的支架、该加热装置最外层的外壳以及外壳上的观察窗。

4.根据权利要求1所述的一种晶间腐蚀试验装置，其特征在于，所述玻璃容器为广口的耐热石英玻璃容器；

和/或所述加热桶采用不锈钢制成；

和/或所述容器顶盖包括胶垫和不锈钢垫，该胶垫通过胶粘连于不锈钢垫的下面；

和/或所述加热器为铸铝板加热器，由铸铝包裹电阻丝构成。

5.根据权利要求1所述的一种晶间腐蚀试验装置，其特征在于，所述加热装置还包括加热输出控制器A，所述温度控制器A发生温度控制指令信号到加热输出控制器A，加热输出控制器A按照所述指令信号控制加热器的输出功率和加热时间。

6.根据权利要求5所述的一种晶间腐蚀试验装置，其特征在于，所述加热装置中在所述温度控制器A与加热输出控制器A之间还连接有比例微分积分(PID)调节器，用于对加热输出控制器A发出的所述指令信号进行精确调节后输出到加热输出控制器A。

7.根据权利要求1所述的一种晶间腐蚀试验装置，其特征在于，所述加热装置还包括：清洗喷水延时、电磁阀、热风烘干延时、加热输出控制器B；清洗喷水延时用于设定并控制清洗时间，将控制信号发送给电磁阀，由电磁阀控制喷水嘴；热风烘干延时用于设定并控制烘干时间，将控制信号发送给加热输出控制器B，由加热输出控制器B控制热风源。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的一种晶间腐蚀试验装置，其特征在于，所述加热装置还包括主回路输出、温度传感器B、水位传感器、稀释喷水延时、超温保护；

温度传感器B设置在加热桶与玻璃容器之间，与加热输出控制器B连接，用于反馈温度信号给加热输出控制器B，加热输出控制器B根据反馈的温度信号控制热风源；

超温保护与主回路输出、温度控制器A分别连接，温度控制器A在溶液超温时发送控制信号给超温保护，主回路输出接收到超温保护发出的信号后，命令电源断开；

当电流过载时，主回路输出命令电源断开；

稀释喷水延时分别与水位传感器、主回路输出、电磁阀连接，当所述加热桶中水位过高时，水位传感器向稀释喷水延时发送信号，稀释喷水延时根据设定的延时时间控制电磁阀打开和关闭，在电磁阀关闭后向主回路输出发送命令使电源断开。

9.根据权利要求8所述的一种晶间腐蚀试验装置，其特征在于，所述加热装置还包括整流器和发光二极管，加热桶内壁和玻璃容器外壁之间的发光二极管通过整流器连接于主回路输出，起照明作用。

10.根据权利要求1所述的一种晶间腐蚀试验装置，其特征在于，所述冷凝装置包括低温恒温槽、温度控制器B、温度传感器C、压缩机和循环水泵；压缩机用于对低温恒温槽冷却，循环水泵用于将低温恒温槽中的冷却水抽至冷凝管，温度控制器B用于接收设置在低温恒温槽中的温度传感器C的温度信号，控制压缩机。

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