CN106769781A - 一种测试金属材料氢渗透性能的装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试金属材料氢渗透性能的装置及使用方法，装置包括由连通体连通的氢接收室和电化学充氢室，所述连通体与氢接收室和电化学充氢室通过管接螺母连接，所述连通体内设置有用于隔断连通体和夹持试样的试样夹持装置，所述氢接收室顶部通过管接螺母连接有接收室盖，所述接收室盖上设置有若干第一走线孔，所述电化学充氢室顶部通过管接螺母连接有充氢室盖，所述充氢室盖上设置有若干第二走线孔。整个发明减小了传统氢渗透性能测试装置需要大量粘接的繁琐程度，节省了实验的时间，同时又能保证氢渗透性能测试装置的密闭性，提高实验的效率，此外本发明还能在通入H2S等有毒气体的情况下测试金属材料的氢渗透性能。
Description
技术领域
本发明涉及管道实验领域，具体地指一种测试金属材料氢渗透性能的装置及使用方法。
背景技术
硫化氢是石油和天然气中最具腐蚀作用的有害介质之一，在天然气输送过程中，硫化氢对输送管线的应力腐蚀占很大比重，会导致管线钢材料发生氢致开裂的现象。金属材料的电化学渗氢测试是评价材料耐腐蚀性能的一项重要指标。
目前，金属的氢渗透测试方法主要基于Devanathan-Stachurski双面电解池原理，采用电化学电解充氢的方法，且已有的双面电解池大多采用两边均为溶液的氢渗透装置，一般的，该装置包含两个盛装不同液体的电解槽，一个是充氢槽，一个是扩氢槽。传统的氢渗透装置无法在通入有毒气体的情况下测试材料的氢渗透性能，必须在无有害气体的环境下才能顺利进行金属材料的氢渗透性能测试实验，而且常规的双电解槽充氢方法一般采用玻璃器皿吹制或者聚甲基丙烯酸甲酯材料粘接而成，然而玻璃器皿易碎，需要大量使用硅胶或者环氧树脂进行粘结和密封，此外使用聚甲基丙烯酸甲酯材料粘接的过程中需要用到硅胶或环氧树脂等耗材，步骤繁琐，而且粘接的气密性差，易发生气体溢出，难以保证测量有效面积精度。有中国专利ZL201420519240.8对充氢装置进行了改进，在一定程度上减化了装置的粘接过程，但该装置无法在其氢接收室和充氢室通入有毒气体，无法在通入有毒气体的情况下测试金属材料的氢渗透性能。
发明内容
本发明就是针对现有技术的不足，提供了一种组装方便、且能通入有毒气体的测试金属材料氢渗透性能的装置及使用方法。
为了实现上述目的，本发明所设计的测试金属材料氢渗透性能的装置，包括由连通体连通的氢接收室和电化学充氢室，其特殊之处在于：所述连通体与氢接收室和电化学充氢室通过管接螺母连接，所述连通体内设置有用于隔断连通体和夹持试样的试样夹持装置，所述氢接收室顶部通过管接螺母连接有接收室盖，所述接收室盖上设置有若干第一走线孔，所述电化学充氢室顶部通过管接螺母连接有充氢室盖，所述充氢室盖上设置有若干第二走线孔。
进一步地，所述试样夹持装置包括橡胶储样筒，所述橡胶储样筒两端分别设置第一夹持盖和第二夹持盖，第一夹持盖为与电化学充氢室侧，所述第一夹持盖上开有略小于试样形状的第一连通孔，所述第二夹持盖上开有第二连通孔，所述第二连通孔尺寸与第一连通孔相同，其中第一夹持盖上还开有走线孔，所述橡胶储样筒与第一夹持盖和第二夹持盖之间均设置密封橡胶垫片。该结构保证了试样实际渗氢面积的一致性，并有效隔绝的充氢室和氢接收室内的溶液，整体结构简单，成本低廉操作方便。
更进一步地，所述密封橡胶垫片为环形，直径小于橡胶储样筒，所述密封橡胶垫片中部开有与第一连通孔形状大小相同的孔，所述走线孔错开密封圈橡胶垫片在第一夹持盖上的对应位置布置。该结构保证了试样实际渗氢面积的一致性，并有效隔绝的充氢室和氢接收室内的溶液。
再进一步地，所述第一连通孔和第二连通孔的尺寸均为10mm×10mm的方形通孔。保证试样有效渗氢面积为1cm2，便于后续计算。
再进一步地，所述氢接收室、接收室盖、电化学充氢室、充氢室盖、连通体、橡胶储样筒、第一夹持盖、第二夹持盖均采用有机绝缘材料。优选地，如丙烯酸塑料材质。此类材料能防止其他导体因为电位不同，对实验结果产生影响。
一种测试金属材料氢渗透性能的装置的使用方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
S1将金属试样夹持在试样夹持装置上，并从试样一端接出包芯导线；
S2将试样夹持装置安装在连通体上；
S3将连通体和氢接收室和电化学充氢室进行连接，并将包芯导线从电化学充氢室顶部拉出；
S4向电化学室内倒入实验所需溶液，直至相应侧试样完全浸没；
S5向氢接收室中倒入实验所需溶液，直至相应侧试样完全浸没；
S6盖上充氢室盖和接收室盖，将包芯导线从充氢室盖的其中一个第二走线孔穿出，并向氢接收室和电化学充氢室内连接相应电极和进出气管；
S7将装置放在通风橱中，并将包芯导线和电极分别连接至相应的电化学工作仪器上，然后按照Devanathan-Stachurski双电解槽充氢原理进行电化学充氢实验。
进一步地，所述包芯导线、电极和进出气管与充氢室盖或者接收室盖之间通过有机粘合剂粘结。采用有机粘合剂，易于拆洗，不会对主体结构造成腐蚀破坏。
更进一步地，所述步骤1中试样的具体连接过程为，将试样夹在密封橡胶垫片之间，再用第一夹持盖和第二夹持盖将密封橡胶垫片夹紧后置于橡胶储样筒内。均采用有机绝缘材料。
本发明的优点在于：
所述连通体与氢接收室和电化学充氢室通过管接螺母连接，所述连通体内设置有用于隔断连通体和夹持试样的试样夹持装置，所述氢接收室顶部通过管接螺母连接有接收室盖，所述接收室盖上设置有第一走线孔，所述电化学充氢室顶部通过管接螺母连接有充氢室盖，所述充氢室盖上设置有第二走线孔。设置试样夹持装置，将现有试样粘结的方式，变成试样夹持固定的方式，节省因反复粘结造成的时间浪费，且操作灵活方便，降低了成本，减少了试样固定的步骤；本设计中连通体与氢接收室和电化学充氢室通过管接螺母连接，所述氢接收室顶部通过管接螺母连接有接收室盖，电化学充氢室顶部通过管接螺母连接有充氢室盖，通过管节螺母的连接方式，使得各连接部分拆卸和组装时更加方便，且又能实现整个装置的密闭性，提高了实验效率；接收室盖上设置有第一走线孔，充氢室盖上设置有第二走线孔，实验用到的电极、导线和管道分别从第一走线孔或者第二走线孔通入实验装置内部，且连接处用有机粘合剂粘接即可，方便快捷。整个装置能有效减小氢渗透性能测试装置粘接的繁琐程度，节省实验的时间，同时又能保证氢渗透性能测试装置的密闭性，提高实验的效率，此外它还能在通入有毒气体的情况下测试金属材料的氢渗透性能。
附图说明
图1为本发明测试金属材料氢渗透性能的装置结构示意图。
图2为本发明试样夹持装置结构示意图。
图中：1-氢接收室、101-第一颈部、102-第二颈部、2-电化学充氢室、201-第三颈部、202-第四颈部、3-接收室盖、4-充氢室盖、5-连通体、6-试样夹持装置、7-橡胶储样筒、8-第一夹持盖、8.1-第一连通孔、8.2-走线孔、9-第二夹持盖，9.1-第二连通孔、10-密封橡胶垫片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
图中所示的测试金属材料氢渗透性能的装置，它包括氢接收室1、电化学充氢室2、接收室盖3、充氢室盖4、连通体5、试样夹持装置6、橡胶储样筒7、第一夹持盖8、第二夹持盖9；氢接收室1呈中空长方体状，氢接收室1的顶面中心位置处竖直向上凸起形成第一颈101部，接收室盖3通过管接螺母连接在第一颈部101，用于密封第一颈部101，接收室盖3上设置有若干第一走线孔，氢接收室1的右端竖直面中心位置处水平向右凸起形成第二颈部102，第二颈部102通过管接螺母与连通体5一端连通，电化学充氢室2呈中空长方体状，电化学充氢室2左端竖直面中心位置处水平向左凸起形成第四颈部202，第四颈部202通过管接螺母与连通体5另一端连通，电化学充氢室2的顶面中心位置处竖直向上凸起形成第三颈部201，第三颈部201呈竖直中空圆柱状，第三颈部201通过管节螺母与充氢室盖4连接，充氢室盖4用于密封第三颈部201。充氢室盖4上设置有若干第二走线孔。
连通体5内设置有将连通体5分为左右腔体的试样夹持装置6，试样夹持装置6与连通体5之间为过盈配合。试样夹持装置6包括橡胶储样筒7，所述橡胶储样筒7两端分别设置第一夹持盖8和第二夹持盖9，第一夹持盖8位于电化学充氢室2侧，第一夹持盖8上开有略小于试样形状的第一连通孔8.1，第二夹持盖9上开有第二连通孔9.1，第二连通孔9.1与第一连通孔8.1尺寸相同，其中第一夹持盖8上还开有走线孔8.2，橡胶储样筒7与第一夹持盖8和第二夹持盖9之间均设置密封橡胶垫片10，第一连通孔8.1和第二连通孔9.1一般设置为10mm×10mm的矩形通孔。密封橡胶垫片10为环形，直径小于橡胶储样筒7，密封橡胶垫片10中部开有与第一连通孔8.1和第二连通孔9.1形状大小相同的孔，走线孔8.2错开密封圈橡胶圈10在第一夹持盖8上的对应位置布置。连通体5整体为圆形筒状结构，试样夹持装置6的橡胶储样筒7也为圆形筒状结构。
第一走线孔第一走线孔第二走线孔第二走线孔本发明所设计的氢接收室1、接收室盖3、电化学充氢室2、充氢室盖4、连通体5、第一夹持盖8和第二夹持盖9均由丙烯酸塑料材质制成。
一种测试金属材料氢渗透性能的装置的使用方法，包括以下步骤：
S1将金属试样夹持在试样夹持装置上，并从试样一端接出包芯导线；
S2将试样夹持装置安装在连通体上；
S3将连通体和氢接收室和电化学充氢室进行连接，并将包芯导线从电化学充氢室顶部拉出；
S4向电化学室内倒入实验所需溶液，直至相应侧试样完全浸没；
S5向氢接收室中倒入实验所需溶液，直至相应侧试样完全浸没；
S6盖上充氢室盖和接收室盖，将包芯导线从充氢室盖的其中一个第二走线孔穿出，并向氢接收室和电化学充氢室内连接相应电极和进出气管；
S7将装置放在通风橱中，并将包芯导线和电极分别连接至相应的电化学工作仪器上，然后按照Devanathan-Stachurski双电解槽充氢原理进行电化学充氢实验。
其中，包芯导线、电极和进出气管与充氢室盖或者接收室盖之间通过有机粘合剂粘结。步骤1中试样的具体连接过程为，将试样夹在密封橡胶垫片之间，再用第一夹持盖和第二夹持盖将密封橡胶垫片夹紧后置于橡胶储样筒内。
本发明适用基于Devanathan-Stachurski双电解池原理的电化学渗氢实验，下面以采用NACE标准A溶液电化学渗氢为例来具体解释测试金属材料氢渗透性能的装置的使用方法：先制作金属片试样，将待测试的金属材料制成成长宽高为40mm×40mm×2mm的金属片试样，然后将金属片试样用水砂纸打磨，打磨后再进行抛光，将抛光后的金属片试样装入储样7内的空心区域中，然后在试样两侧放置密封橡胶垫片10，并用第一夹持盖8和第二夹持盖9将橡胶储样筒7的左右两端开口旋转封闭，将一根铜制包芯导线从第一夹持盖8上的走线孔8.2伸入连通体5内的空心区域中，铜质包芯导线一端与金属片试样相接触，之后将装有金属片试样的试样夹持装置6以及铜制包芯导线从连通体5的任意一端开口圆面处装入连通体5内的空心区域中，金属片试样装入连通体后，将连通体5的左端和右端开口通过管接螺母分别与氢接收室1的第二颈部102和电化学充氢室2的第四颈部202相连通，然后将第一夹持盖8上引出的铜制包芯导线另一端从第三颈部201顶端开口拉出至电化学充氢室2之外，然后通过第三颈部201开口向电化学充氢室2内分别倒入根据NACE标准配好标准A溶液，然后通过第一颈部101顶面开口向氢接收室1中倒入NaOH溶液，直至氢接收室1和电化学充氢室2中的溶液将试样夹持装置6中的金属片试样完全浸没，金属片试样完全浸没后，将接收室盖3和充氢室盖4分别通过管接螺母固定在第一颈部101和第三颈部201的顶端开口，铜制包芯导线从充氢室盖4上其中一个第二走线孔牵引拉出，通过充氢室盖的第二走线孔向电化学充氢室内连接辅助电极和两根软管，辅助电极和铜质包芯导线分别连接到相应的电化学工作仪器，两根软管分别用于进气和出气，进气软管一端与N2储气瓶连接，另一端伸入电化学充氢室内的溶液内，出气软管一端伸入电化学充氢室内上部空间，另一端通入外部洗气瓶，用于处理尾气。然后通过接收室盖3的第一走线孔向氢接收室1内连接参比电极、辅助电极和两根软管，氢接收室1内的参比电极和辅助电极外部均分别连接到相应的电化学工作仪器，内部均伸入溶液，氢接收室1内的两根软管与电化学充氢室内的两根软管连接方式相同，其中一个软管向氢接收室1的溶液内通入氮气以除去溶液中的氧气，另一软管连接外部洗气瓶，用于回收尾气。接收室盖3剩余的第一走线孔和充氢室盖4上剩余的第二走线孔均由硅胶密封。连接完毕后按照Devanathan-Stachurski双电解槽充氢原理进行电化学充氢实验，以测试金属试样的氢渗透性能。本发明采用管接螺母的连接方式，减小了传统氢渗透性能测试装置需要大量粘接的繁琐程度，节省了实验的时间，同时又能保证氢渗透性能测试装置的密闭性，提高实验的效率，此外本发明还能在通入H2S等有毒气体的情况下测试金属材料的氢渗透性能。
Claims (8)
1.一种测试金属材料氢渗透性能的装置，包括由连通体（5）连通的氢接收室（1）和电化学充氢室（2），其特征在于：所述连通体（5）与氢接收室（1）和电化学充氢室（2）通过管接螺母连接，所述连通体内设置有用于隔断连通体和夹持试样的试样夹持装置（6），所述氢接收室（1）顶部通过管接螺母连接有接收室盖（3），所述接收室盖（3）上设置有第一走线孔，所述电化学充氢室（2）顶部通过管接螺母连接有充氢室盖（4），所述充氢室盖（4）上设置有第二走线孔。
2.根据权利要求1所述的测试金属材料氢渗透性能的装置，其特征在于：所述试样夹持装置（6）包括橡胶储样筒（7），所述橡胶储样筒（7）两端分别设置第一夹持盖（8）和第二夹持盖（9），所述第一夹持盖（8）上开有略小于试样形状的第一连通孔（8.1），所述第二夹持盖（9）上第二连通孔（9.1），所述第二连通孔（9.1）尺寸与第一连通孔相同，其中第一夹持盖（8）上还开有走线孔（8.2），所述橡胶储样筒（7）与第一夹持盖（8）和第二夹持盖（9）之间均设置密封橡胶垫片（10）。
3.根据权利要求2所述的测试金属材料氢渗透性能的装置，其特征在于：所述密封橡胶垫片（10）为环形，直径小于橡胶储样筒（7），所述密封橡胶垫片（10）中部开有与第一连通孔（8.1）形状大小相同的孔，所述走线孔（8.2）错开密封圈橡胶圈（10）在第一夹持盖（8）上的对应位置布置。
4.根据权利要求3所述的测试金属材料氢渗透性能的装置，其特征在于：所述第一连通孔和第二连通孔的尺寸均为10mm×10mm的方形通孔。
5.根据权利要求4所述的测试金属材料氢渗透性能的装置，其特征在于：所述氢接收室（1）、接收室盖（3）、电化学充氢室（2）、充氢室盖（4）、连通体（5）、橡胶储样筒第一夹持盖（8）和第二夹持盖（9）均采用有机绝缘材料。
6.一种如权利要求1所述的测试金属材料氢渗透性能的装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1将金属试样夹持在试样夹持装置上，并从试样一端接出包芯导线；
S2将试样夹持装置安装在连通体上；
S3将连通体和氢接收室和电化学充氢室进行连接，并将包芯导线从电化学充氢室顶部拉出；
S4向电化学室内倒入实验所需溶液，直至相应侧试样完全浸没；
S5向氢接收室中倒入实验所需溶液，直至相应侧试样完全浸没；
S6盖上充氢室盖和接收室盖，将包芯导线从充氢室盖的其中一个第二走线孔穿出，并向氢接收室和电化学充氢室内连接相应电极和进出气管；
S7将装置放在通风橱中，并将包芯导线和电极分别连接至相应的电化学工作仪器上，然后按照Devanathan-Stachurski双电解槽充氢原理进行电化学充氢实验。
7.一种利用权利要求6所述的装置进行金属材料氢渗透性能的测验方法，其特征在于：所述包芯导线、电极和进出气管与充氢室盖或者接收室盖之间通过有机粘合剂粘结。
8.一种利用权利要求7所述的装置进行金属材料氢渗透性能的测验方法，其特征在于：步骤1中试样的具体连接过程为，将试样夹在密封橡胶垫片之间，再用第一夹持盖和第二夹持盖将密封橡胶垫片夹紧后置于橡胶储样筒内。
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