CN104833630B - 焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压环境下焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置及其操作方法，该装置包括高压拉伸实验机、焊接接头电化学测试模块和样品表面薄液膜厚度测试和控制模块，所述的电化学测试模块包括电化学工作站、作为工作电极的焊接接头、参比电极、环形辅助电极、电极线以及控制开关，焊接接头由母材区试样、热影响区试样和焊缝区试样构成，各区之间相互绝缘；所述的样品表面薄液膜厚度测试和控制模块包括万用表、控制开关、电极线、焊缝区试样、拉伸实验机及固定在拉伸实验机拉伸杆上的铂探针。本发明采用电火花线切割将焊接接头切分为不同区域，通过控制开关可实现各区域间的连接或断开，可研究接头单一区域或多区域耦合情况下的腐蚀电化学行为。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压环境下焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置及其操作方法，具体地说是研究高压输送管线焊接接头在凝析水等薄液膜环境中的腐蚀电化学测试装置及方法。
背景技术
在天然气的生产输送过程中，未经深度脱水的湿天然气可能会由于管道与外部环境之间的热传导作用在管道顶部或侧壁析出呈薄液膜状的凝析水，造成输送管线的顶部腐蚀。当天然气中含有酸性气体时，则会导致凝析水的酸化，加剧了顶部腐蚀的严重性。此外，管线焊接接头部位存在的组织不均匀性也会增加顶部腐蚀的可能性和复杂性。对于高压输送管线在薄液膜腐蚀环境下的研究，国内外大多采用挂片法，采用腐蚀形貌分析和腐蚀失重对管线钢的顶部腐蚀性能进行评价，至今缺少高压薄液膜环境下管线钢，特别是管线焊接接头腐蚀过程的原位测试装置及方法。采用电化学测试的方法可监测材料在薄液膜环境下的腐蚀过程和腐蚀机理，进而为腐蚀失效控制提供理论依据，现已发现相关专利和文献报道，其测试体系主要针对大气环境中的金属在薄液膜下的腐蚀，所用装置仅能实现样品在常压下的电化学测试，且实验对象多为单一均匀材质，少有针对焊接接头的研究装置和实现方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置及其操作方法，其液膜厚度可精确测量或控制，通过原位电化学监测，再现焊接接头在薄液膜环境下的腐蚀失效过程，为防控措施的制定提供重要参考依据。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置，以高压拉伸试验机为基础，设计焊接接头电化学测试模块和样品表面薄液膜厚度测试和控制模块；所述的电化学测试模块包括电化学工作站、作为工作电极的焊接接头、固态Ag/AgCl参比电极、环形辅助电极、电极线以及控制开关，焊接接头由母材区试样、热影响区试样和焊缝区试样构成，各区之间相互绝缘；焊接接头试样周围均匀分布有30支固态Ag/AgCl参比电极，焊接接头试样和Ag/AgCl参比电极一同封装于高强度树脂内，以提高高压环境下电极的稳定性；高强度树脂外围套装环形辅助电极，二者均固定在样品架上，并与样品架一同置于高压反应釜体内部，沿样品架环向间隔120°装有三个水平调节螺栓，结合水平仪可调节测试面水平；电极线由焊缝区试样引线、热影响区试样引线、母材区试样引线、参比电极引线、环形辅助电极引线从样品架的穿线孔引出后规整而成，电极线一端穿过高压釜盖，并由电极线密封件密封，电极线通过控制开关与电化学工作站连接；通过控制开关可实现接头各区单独或耦合条件下的电化学测试；所述的样品表面薄液膜厚度测试和控制模块包括万用表、控制开关、电极线、焊缝区试样、高压拉伸试验机及固定在高压拉伸试验机拉伸杆上的铂探针，高压釜盖上装有拉伸杆，二者之间通过绝缘密封圈实现高压密封，拉伸杆可由高压拉伸试验机控制其上下移动，横梁安装在拉伸杆上，在拉伸杆的两侧对称安装两支高精度位移传感器，位移传感器的夹持端与横梁之间固定连接，测试端与高压釜盖接触，当拉伸杆上下移动时，位移传感器发生伸缩，其伸缩量即为拉伸杆的移动范围，当铂探针与焊缝区试样或液面接触时，万用表监测的电阻值均会发生突变，两次电阻突变间铂探针的移动距离即为液膜的厚度。
为解决上述问题，本发明提供了一种焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置的操作方法，包括如下步骤：
S1、将焊接接头电化学测试三电极体系安装在样品架上，并置于高压拉伸试验机高压反应釜体内部，通过水平仪调节样品架上的水平调节螺栓，使测试面保持水平；
S2、将电极线从高压釜盖穿线孔引出，并采用电极线密封件密封，电极线依次连接至控制开关和电化学工作站，随后将高压釜盖与高压反应釜体之间密封；
S3、将焊缝区试样引线与拉伸杆之间用万用表相连，闭合控制开关，并将万用表调至电阻测试功能，控制高压拉伸试验机使拉伸杆缓慢下降，当拉伸杆上的铂探针与焊缝区试样接触的瞬间，万用表导通，焊缝区试样引线与拉伸杆之间的电阻由无穷大变为零，记下此时两支位移传感器的平均示数L1；
S4、通过排液口向反应釜内加入一定量的溶液，再向反应釜内通入高压气体至设定压力，随后通过高压拉伸试验机带动拉伸杆开始向上移动，铂探针开始渐渐远离焊缝区试样，当铂探针与溶液断开时，万用表监测到的电阻变为无穷大，记下此时两支位移传感器的平均示数L2，两次读数的差值L2-L1即为液膜的厚度L；如需控制液膜厚度时，可采用步骤S3所述方法确定铂探针与焊缝区试样接触时位移传感器的示数L1，设定液膜厚度L，随后采用高压拉伸试验机带动拉伸杆向上移动，并拉伸至位移传感器的目标值L2＝L1+L，随后向反应釜内加入溶液，当溶液与铂探针接触时，万用表导通，此时即达到设定的液膜厚度L；
S5、液膜厚度确定后，通过控制开关控制焊接接头各区之间的导通或断开，采用电化学工作站监测接头各区单独或耦合条件下的腐蚀电化学特征；
S6、实验结束后，在压力作用下将高压反应釜体内的溶液经排液口排出，并将残余气体经排气口放出，打开高压釜盖，再将三电极和样品架取出。
其中，焊接接头采用电火花线切割。
本发明的有益效果如下：
弥补了现有装置仅能进行材料在常压薄液膜环境中电化学测试的不足；采用电火花线切割将焊接接头切分为不同区域，通过控制开关可实现各区域间的连接或断开，可研究接头单一区域或多区域耦合情况下的腐蚀电化学行为。
附图说明
图1为本发明实施例一种焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中电极结构示意图。
图中：1-高压反应釜体；2-高压釜盖；3-排液口；4-排气口；5-横梁；6-位移传感器；7-拉伸杆；8-万用表；9-电化学工作站；10-控制开关；11-电极线；111-焊缝区试样引线；112-热影响区试样引线；113-母材区试样引线；114-参比电极引线；115-环形辅助电极引线；12-电极线密封件；13-铂探针；14-样品架；15-水平调节螺栓；161-母材区试样；162-热影响区试样；163-焊缝区试样；17-Ag/AgCl参比电极；18-环形辅助电极；19-高强度树脂。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-2所示，本发明实施例提供了一种焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置，以高压拉伸试验机为基础，设计焊接接头电化学测试模块和样品表面薄液膜厚度测试和控制模块；所述的电化学测试模块包括电化学工作站9、作为工作电极的焊接接头、固态Ag/AgCl参比电极17、环形辅助电极18、电极线11以及控制开关10，焊接接头由母材区试样161、热影响区试样162和焊缝区试样163构成，各区之间相互绝缘；焊接接头试样周围均匀分布有30支固态Ag/AgCl参比电极17，焊接接头试样和Ag/AgCl参比电极一同封装于高强度树脂19内，以提高高压环境下电极的稳定性；高强度树脂19外围套装环形辅助电极18，二者均固定在样品架14上，并与样品架14一同置于高压反应釜体1内部，沿样品架14环向间隔120°装有三个水平调节螺栓15，结合水平仪可调节测试面水平；电极线11由焊缝区试样引线111、热影响区试样引线112、母材区试样引线113、参比电极引线114、环形辅助电极引线115从样品架14的穿线孔引出后规整而成，电极线11一端穿过高压釜盖2，并由电极线密封件12密封，电极线11通过控制开关10与电化学工作站9连接；通过控制开关10可实现接头各区单独或耦合条件下的电化学测试；所述的样品表面薄液膜厚度测试和控制模块包括万用表8、控制开关10、电极线11、焊缝区试样163、高压拉伸试验机及固定在高压拉伸试验机拉伸杆7上的铂探针13，高压釜盖2上装有拉伸杆7，二者之间通过绝缘密封圈实现高压密封，拉伸杆7可由高压拉伸试验机控制其上下移动，横梁5安装在拉伸杆7上，在拉伸杆7的两侧对称安装两支高精度位移传感器6，位移传感器6的夹持端与横梁5之间固定连接，测试端与高压釜盖2接触，当拉伸杆7上下移动时，位移传感器6发生伸缩，其伸缩量即为拉伸杆7的移动范围，当铂探针13与焊缝区试样163或液面接触时，万用表8监测的电阻值均会发生突变，两次电阻突变间铂探针13的移动距离即为液膜的厚度。
本发明实施例还提供了一种焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置的操作方法，包括如下步骤：
S1、将焊接接头电化学测试三电极体系安装在样品架14上，并置于高压拉伸试验机高压反应釜体1内部，通过水平仪调节样品架14上的水平调节螺栓15，使测试面保持水平；
S2、将电极线11从高压釜盖2穿线孔引出，并采用电极线密封件12密封，电极线11依次连接至控制开关10和电化学工作站9，随后将高压釜盖2与高压反应釜体1之间密封；
S3、将焊缝区试样引线111与拉伸杆7之间用万用表8相连，闭合控制开关10，并将万用表8调至电阻测试功能，控制高压拉伸试验机使拉伸杆7缓慢下降，当拉伸杆7上的铂探针13与焊缝区试样163接触的瞬间，万用表8导通，焊缝区试样引线111与拉伸杆7之间的电阻由无穷大变为零，记下此时两支位移传感器6的平均示数L1；
S4、通过排液口3向反应釜内加入一定量的溶液，再向反应釜内通入高压气体至设定压力，随后通过高压拉伸试验机带动拉伸杆7开始向上移动，铂探针13开始渐渐远离焊缝区试样163，当铂探针13与溶液断开时，万用表8监测到的电阻变为无穷大，记下此时两支位移传感器6的平均示数L2，两次读数的差值L2-L1即为液膜的厚度L；如需控制液膜厚度时，可采用步骤S3所述方法确定铂探针13与焊缝区试样163接触时位移传感器的示数L1，设定液膜厚度L，随后采用高压拉伸试验机带动拉伸杆7向上移动，并拉伸至位移传感器6的目标值L2＝L1+L，随后向反应釜内加入溶液，当溶液与铂探针13接触时，万用表8导通，此时即达到设定的液膜厚度L；
S5、液膜厚度确定后，通过控制开关10控制焊接接头各区之间的导通或断开，采用电化学工作站9监测接头各区单独或耦合条件下的腐蚀电化学特征；
S6、实验结束后，在压力作用下将高压反应釜体1内的溶液经排液口3排出，并将残余气体经排气口4放出，打开高压釜盖2，再将三电极和样品架14取出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种高压环境下焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置，以高压拉伸试验机为基础，设计焊接接头电化学测试模块和样品表面薄液膜厚度测试和控制模块；所述的电化学测试模块包括电化学工作站(9)、作为工作电极的焊接接头、固态Ag/AgCl参比电极(17)、环形辅助电极(18)、电极线(11)以及控制开关(10)，焊接接头由母材区试样(161)、热影响区试样(162)和焊缝区试样(163)构成，各区之间相互绝缘；焊接接头试样周围均匀分布有30支固态Ag/AgCl参比电极(17)，焊接接头试样和Ag/AgCl参比电极(17)一同封装于高强度树脂(19)内，高强度树脂(19)外围套装环形辅助电极(18)，二者均固定在样品架(14)上，并与样品架(14)一同置于高压反应釜体(1)内部，沿样品架(14)环向间隔120°装有三个水平调节螺栓(15)，结合水平仪可调节测试面水平；电极线(11)由焊缝区试样引线(111)、热影响区试样引线(112)、母材区试样引线(113)、参比电极引线(114)、环形辅助电极引线(115)从样品架(14)的穿线孔引出后规整而成，电极线(11)一端穿过高压釜盖(2)，并由电极线密封件(12)密封，电极线(11)通过控制开关(10)与电化学工作站(9)连接；通过控制开关(10)可实现接头各区单独或耦合条件下的电化学测试；所述的样品表面薄液膜厚度测试和控制模块包括万用表(8)、控制开关(10)、电极线(11)、焊缝区试样(163)、高压拉伸试验机及固定在高压拉伸试验机拉伸杆(7)上的铂探针(13)，高压釜盖(2)上装有拉伸杆(7)，二者之间通过绝缘密封圈实现高压密封，拉伸杆(7)可由高压拉伸试验机控制其上下移动，横梁(5)安装在拉伸杆(7)上，在拉伸杆(7)的两侧对称安装两支高精度位移传感器(6)，位移传感器(6)的夹持端与横梁(5)之间固定连接，测试端与高压釜盖(2)接触。
2.如权利要求1所述的一种焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将焊接接头电化学测试三电极体系安装在样品架(14)上，并置于高压拉伸试验机高压反应釜体(1)内部，通过水平仪调节样品架(14)上的水平调节螺栓(15)，使测试面保持水平；
S2、将电极线(11)从高压釜盖(2)穿线孔引出，并采用电极线密封件(12)密封，电极线(11)依次连接至控制开关(10)和电化学工作站(9)，随后将高压釜盖(2)与高压反应釜体(1)之间密封；
S3、将焊缝区试样引线(111)与拉伸杆(7)之间用万用表(8)相连，闭合控制开关(10)，并将万用表(8)调至电阻测试功能，控制高压拉伸试验机使拉伸杆(7)缓慢下降，当拉伸杆(7)上的铂探针(13)与焊缝区试样(163)接触的瞬间，万用表(8)导通，焊缝区试样引线(111)与拉伸杆(7)之间的电阻由无穷大变为零，记下此时两支位移传感器(6)的平均示数L1；
S4、通过排液口(3)向反应釜内加入一定量的溶液，再向反应釜内通入高压气体至设定压力，随后通过高压拉伸试验机带动拉伸杆(7)开始向上移动，铂探针(13)开始渐渐远离焊缝区试样(163)，当铂探针(13)与溶液断开时，万用表(8)监测到的电阻变为无穷大，记下此时两支位移传感器(6)的平均示数L2，两次读数的差值L2-L1即为液膜的厚度L；如需控制液膜厚度时，可采用步骤S3所述方法确定铂探针(13)与焊缝区试样(163)接触时位移传感器的示数L1，设定液膜厚度L，随后采用高压拉伸试验机带动拉伸杆(7)向上移动，并拉伸至位移传感器(6)的目标值L2＝L1+L，随后向反应釜内加入溶液，当溶液与铂探针(13)接触时，万用表(8)导通，此时即达到设定的液膜厚度L；
S5、液膜厚度确定后，通过控制开关(10)控制焊接接头各区之间的导通或断开，采用电化学工作站(9)监测接头各区单独或耦合条件下的腐蚀电化学特征；
S6、实验结束后，在压力作用下将高压反应釜体(1)内的溶液经排液口(3)排出，并将残余气体经排气口(4)放出，打开高压釜盖(2)，再将三电极和样品架(14)取出。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: China University of Petroleum (East China) Document name: Notification of Termination of Patent Right |
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| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170714 Termination date: 20190515 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |