CN106404577A - 一种高温径向加载应力腐蚀试样装置 - Google Patents

一种高温径向加载应力腐蚀试样装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及应力腐蚀测量领域，具体为一种高温径向加载应力腐蚀试样装置，该装置可应用在纯剪切或三点弯应力腐蚀试验中，有效解决现有技术在高温径向腐蚀时装夹试样步骤繁琐，施加应力条件下液体易泄露以及溶液沸腾过快的问题。该装置包括载荷施加系统和温度控制系统，主要设有一组反向力架、一个带有标尺的导轨载物装置、一个防掉落过滤网、一个烧杯、一个不锈钢加热圈、一个热电偶、一台温度控制器、一只冷凝回流管和一个橡胶塞。该装置操作简便，即可加载棒状试样也可加载板状试样，能准确控制液体的加热温度、封腾程度和施加载荷的大小，易于实时观察试样应变腐蚀状态。

Description

一种高温径向加载应力腐蚀试样装置
技术领域
本发明涉及应力腐蚀测量领域，具体为一种高温径向加载应力腐蚀试样装置，适用于对应力条件要求较高且溶液为高温的体系中。
技术背景
应力腐蚀是设备承载的金属构件在特定的介质环境中一种自发的延迟破坏的现象，是设备失效的主要原因之一。应力腐蚀可以概括为两种：(1)氢致开裂型应力腐蚀，这种应力腐蚀有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应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，但是截止到目前鲜有报道在高温、沸腾溶液环境下进行径向加载的应力腐蚀试验装置。该发明是一个能够准确控制溶液温度和精准施加载荷的高温径向加载应力腐蚀试验装置。
发明内容
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径向加载应力腐蚀试验装置，解决现有技术中溶液易发生泄漏以及难以在沸腾溶液中施加径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。
本发明的技术方案如下：
一种高温径向加载应力腐蚀试样装置，该装置包括载荷施加系统和温度控制系统以及过滤网和冷凝回流管，其中：
载荷施加系统设有带标尺的导轨载物装置、反向力架装置、施力轴和压力头，带标尺的导轨载物装置由带标尺导轨，紧固螺母和一对导轨支架组成；反向力架装置由反向力架上横梁、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的两个立柱上；在反向力架下横梁上固定有一个带标尺导轨，导轨支架用紧固螺母安装在带标尺导轨上，试样放置在导轨支架上，试样中点和导轨标尺零点标齐，导轨支架可以根据试样的标准，参考导轨上的标尺调节距离。
温度控制系统为一台由温度控制器、可控硅触发器、电压表、电流表和温度传感器集成的控制箱和热电偶、橡胶塞、烧杯、加热圈共同组成，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；橡胶塞安装在反向力架立柱上端；热电偶安装在橡胶塞上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；
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。
压力头与穿过橡胶塞的施力轴相连，通过恒载荷试验机加载作用在试样上；反向立柱底端固定有一个聚四氟乙烯制成的过滤网，主要目的是为防止试样掉落不易取出和损坏仪器。
所述的高温径向加载应力腐蚀试验装置，载荷通过与施力轴直接连接的压力头直接作用于试样上，通过固定在恒载荷试验机立柱上的反向力架上横梁、与施力轴连接的压力头和固定在反向力架下横梁的一对导轨支架加载。
所述的高温径向加载应力腐蚀试验装置，设计带标尺的导轨，两支架可在导轨上滑动，可以根据试验标准和试样尺寸，调节试样的位置。
所述的带标尺的导轨，导轨上的标尺零点位置与压力头位置在同一垂直线上；装载试样时，试样中点、标尺零点和压力头在同一垂直方向上，标尺零点位于导轨中点，刻度标注于零点向两边延续，正负对称。
所述的高温径向加载应力腐蚀试验装置，施力轴下端为螺纹，方便压力头的安装，施力轴周面上设计有一条平行母线的刻划线，刻划线与施力轴轴线所在的面与导轨标尺面垂直；压力头螺纹口也有一条刻划线，当两条刻划线重合时，压力头准确定位旋紧，并且施加力方向与导轨支架平行，与导轨标尺面法线垂直。两条刻划线的设计方便压力头的准确旋紧安装。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1.本发明通过与试验机直接相连的压力头和反向力架，实现恒定径向载荷于试样上的施加，可以准确控制载荷大小。
2.本发明可以加载板状试样或棒状试样，带有导轨支架可以根据样品试验标准，调整支架距离。
3.本发明导轨上带有标尺，装载试样时，试样中点、标尺零点和恒载试验机压力头(恒载荷位置)在同一垂直方向上，便于装夹点位。
4.本发明反向力架底部装有一个不会被腐蚀的聚四氟乙烯制成的过滤网，主要目的是为防止试样掉落不易取出和损坏仪器。
5.本发明可以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。
6.本发明可以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。
7.本发明通过冷凝回流管收集溶液蒸汽进行冷却回流到烧杯内，可以有效减少水蒸汽蒸发，维持烧杯内溶液浓度恒定。
8.本发明在施力轴下端为螺纹，方便压力头的安装，施力轴周面上设计有一条平行母线的刻划线，刻划线与施力轴线所在的面与导轨标尺面垂直。压力头螺纹口也有一条刻划线，当两条刻划线重合时，压力头旋紧，并且施加力方向与导轨支架平行，与导轨标尺面垂直。两条刻划线的设计方便压力头的旋紧安装准确。
附图说明
图1为本发明的结构示意图：
图中，1.冷凝回流管；2.反向力架上横梁；3.橡胶塞；4.热电偶；5.试样；6.紧固螺母；7.带标尺导轨；8.烧杯；9.施力轴；10.压力头；11.反向力架立柱；12.导轨支架；13.反向力架下横梁；14.过滤网；15.加热圈；16.电压表；17.温度控制器；18.电源接口；19.温度传感器接口；20.可控硅触发器；21.加热圈接口；22.接地线；23.电流表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明结构进行详细地说明。
实施例
如图1所示，本实施例高温径向加载应力腐蚀试验装置主要包括载荷施加系统和温度控制系统以及其他结构组成，主要设有一个带标尺的导轨载物支架装置、一组哈式合金制成的反向力架、一个防掉落过滤网14、一个烧杯8、一个不锈钢加热圈15、一个用聚四氟乙烯封闭的热电偶4、一台温度控制器17、一只冷凝回流管1和一个橡胶塞3，带标尺的导轨载物支架装置由带标尺导轨7、紧固螺母6、一对导轨支架12组成，反向力架由反向力架上横梁2、反向力架下横梁13和反向力架立柱11组成。其中，反向力架上横梁2固定在恒载荷试验机的两根立柱上，带标尺导轨7固定在反向力架下横梁13上，带标尺导轨7上装有导轨支架11。工作时，反向力架的两个立柱11，施力轴9和热电偶4穿过橡胶塞3，然后在施力轴9上旋上压力头10并调整好压力头10位置，将试样5放置在导轨支架12上，按照试验要求调整导轨支架12之间的距离，并使试样中点、标尺零点和恒载试验机压力头(恒载荷位置)在同一垂直方向上，拧紧紧固螺母6。将载荷施加系统的橡胶塞3以下部分浸泡在盛满溶液的烧杯8内，通过橡胶塞3盖住烧杯8口并使用硅胶密闭，加热圈15包裹在烧杯8外部进行加热，通过温度控制器17和可控硅触发器20控制加热圈15对烧杯8进行加热，冷凝回流管1插入橡胶塞3收集溶液蒸汽并回流到烧杯8内，该装置使用于高温溶液或沸腾盐溶液环境下试样承受恒径向载荷的体系中。
本实施例中，反向力架上横梁2采用40Cr钢制作，反向力架下横梁13和两根反向立柱11采用哈式合金制作，热电偶4套装在聚四氟乙烯管内，加热圈15采用不锈钢薄板制作。
本实施例中，径向载荷通过与恒载荷试验机的施力轴9直接连接的压力头10直接作用于试样5上，通过固定在恒载荷试验机立柱上的反向力架上横梁2、与恒载荷试验机施力轴9连接的压力头10和固定在反向力架下横梁13的导轨支架12加载。
实施例结果表明，本发明装置操作简便，即可加载板状试样也可加载棒状试样，能够保证加载力方向和大小的准确性，也能有效控制加热温度、沸点程度，易于观察试样应力腐蚀变化状态。该装置体积尺寸较小，适合在实验室中广泛推广使用，在钢铁、有色等大规模工业生产、检测分析等领域也广泛应用。

Claims (8)

1.一种高温径向加载应力腐蚀试样装置，其特征在于：该装置包括载荷施加系统、温度控制系统和冷凝回流管，其中：
载荷施加系统设有带标尺的导轨载物装置、反向力架装置、施力轴和压力头，带标尺的导轨载物装置由带标尺导轨，紧固螺母和一对导轨支架组成；反向力架装置由反向力架上横梁、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的两个立柱上；在反向力架下横梁上固定有一个带标尺导轨，导轨支架用紧固螺母安装在带标尺导轨上，试样放置在导轨支架上，试样中点和导轨标尺零点标齐，导轨支架可以根据试样的标准，参考导轨上的标尺调节距离；
温度控制系统为一台由温度控制器、可控硅触发器、电压表、电流表和温度传感器集成的控制箱和热电偶、橡胶塞、烧杯、加热圈共同组成，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；橡胶塞安装在反向力架立柱上端；热电偶安装在橡胶塞上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；
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；
压力头与穿过橡胶塞的施力轴相连，通过恒载荷试验机加载作用在试样上。
2.如权利要求1所述的一种高温径向加载应力腐蚀试验装置，其特征在于：所述反向立柱底端固定有一个聚四氟乙烯制成的过滤网，主要目的是为防止试样掉落不易取出和损坏仪器。
3.如权利要求1所述的一种高温径向加载应力腐蚀试验装置，其特征在于：载荷通过与施力轴直接连接的压力头直接作用于试样上，通过固定在恒载荷试验机立柱上的反向力架上横梁、与施力轴连接的压力头和固定在反向力架下横梁的一对导轨支架加载。
4.如权利要求1所述的一种高温径向加载应力腐蚀试验装置，其特征在于：设计带标尺的导轨，两支架可在导轨上滑动，可以根据试验标准和试样尺寸，调节试样的位置。
5.如权利要求1或4所述的一种高温径向加载应力腐蚀试验装置，其特征在于：所述带标尺的导轨上的标尺零点位置与压力头位置在同一垂直线上；装载试样时，试样中点、标尺零点和压力头在同一垂直方向上，标尺零点位于导轨中点，刻度标注于零点向两边延续，正负对称。
6.如权利要求1所述的一种高温径向加载应力腐蚀试验装置，其特征在于：所述施力轴下端为螺纹，方便压力头的安装，施力轴周面上设计有一条平行母线的刻划线，刻划线与施力轴轴线所在的面与导轨标尺面垂直；压力头螺纹口也有一条刻划线，当两条刻划线重合时，压力头准确定位旋紧，并且施加力方向与导轨支架平行，与导轨标尺面法线垂直。两条刻划线的设计方便压力头的准确旋紧安装。
7.如权利要求1所述的一种高温径向加载应力腐蚀试验装置，其特征在于：反向力架上横梁采用40Cr钢制作，反向力架下横梁和两根反向立柱采用哈式合金制作，热电偶套装在聚四氟乙烯管内，加热圈采用不锈钢薄板制作。
8.如权利要求1所述的一种高温径向加载应力腐蚀试验装置，其特征在于：工作时，反向力架的两个立柱，施力轴和热电偶穿过橡胶塞，然后在施力轴上旋上压力头并调整好压力头位置，将试样放置在导轨支架上，按照试验要求调整导轨支架之间的距离，并使试样中点、标尺零点和压力头(恒载荷位置)在同一垂直方向上，拧紧紧固螺母；将载荷施加系统的橡胶塞以下部分浸泡在盛满溶液的烧杯内，通过橡胶塞盖住烧杯口并使用硅胶密闭，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，该装置使用于高温溶液或沸腾盐溶液环境下试样承受恒径向载荷的体系中。
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