CN108519321A - 利用焊接接头力—腐蚀耦合测试装置进行测试的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布利用焊接接头力—腐蚀耦合测试装置进行测试的方法，拉伸试样固定在左夹头与右夹头之间，拉伸试样下方固定应变片，保证应变片的有效采样区域与焊缝中心线对准，拉伸试样上方设置引伸计，引伸计加持在标距上，通过信号采集装置显示的焊缝处的应变来控制加载进程并可通过力学传感器采集弹簧产生的力学信号，当应变达到预设值时停止加载并旋紧安全螺母；在反应釜中倒入腐蚀液，加热并通气加压，将压力和温度维持在预设条件下对试样进行腐蚀。本发明能成功地在焊缝处施加所需要的应变并分别得到焊缝和母材处的应变，用于研究变形对对焊接接头不同部位腐蚀的影响，进而评估焊接接头的服役环境。

Description

利用焊接接头力—腐蚀耦合测试装置进行测试的方法
本发明申请是母案申请“一种用于焊接接头力—腐蚀耦合测试的实验方法及装置”的分案申请，母案申请的申请号为2016104453175，申请日为2016年6月16日。
技术领域
本发明属于环境腐蚀技术邻域，更加具体地说，涉及一种用于焊接接头力和腐蚀耦合测试的实验方法及装置。
背景技术
金属材料在特定的介质环境及拉应力双重作用下，经过一定时间后发生裂纹及断裂的现象称为应力腐蚀断裂。由于它不可预测的低应力脆断常常导致事故发生以及大量材料损耗，因此其危害很大。国内外学者一直关注并致力于金属应力腐蚀方面相关问题的研究。目前应力腐蚀试验常用原理有：恒变形应力腐蚀实验法、恒负载应力腐蚀实验法和预制裂纹试样应力腐蚀实验法。其中恒变形法式通过拉伸或弯曲使试样变形而产生拉应力，利用具有足够刚性的框架维持这种变形或者直接采用加力框架，保证试样变形恒定即可。对于材料均匀的试样而言，传统的加力框架即可实现试样变形一致的目的。而对于焊接接头，由于焊接过程中焊缝金属的熔化和冷却时的凝固，使得焊缝金属，热影响区和母材之间的化学成分和组织有着明显差异。因此，采用传统的加力框架和测试装置不能得到焊缝金属和母材的预设变形。本发明在传统加力框架的基础上，采用应变片和引伸计同时测量试样在受力时焊缝和焊接接头的变形，得到了试样在同一受力条件下焊缝和母材的应变。同时，结合高温高压反应釜装置，可以进行不同应力状态下焊接接头高温高压腐蚀实验。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于焊接接头力腐蚀耦合测试的实验方法及装置。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现：
一种用于焊接接头力腐蚀耦合测试的实验装置：高压釜体为圆柱体容器，在高压釜体的外侧设置加热装置，在加热装置的外侧设置绝热保温层，在高压釜体的上表面设置高压釜盖，紧固螺栓穿过固定安装孔，与高压釜体连接部相连，以使釜盖与釜体紧固成一个整体，并实现密封，高压釜盖圆形表面上沿直径方向依次设置有：第一进气管孔、第二进气管孔、加料孔、压力传感器孔和出气管孔，其中在第一进气管孔内设置第一进气管，第一进气管上设置有第一进气管阀门，在第二进气管孔内设置第二进气管，第二进气管上设置有第二进气管阀门，在出气管孔内设置出气管，在出气管上设置出气管阀门，在加料孔上设置加料辅助装置，在压力传感器孔上设置有压力传感器和压力表；在高压釜体内部底部上设置测试装置放置平面，在测试装置放置平面上设置测试装置，测试装置的支撑架由互相平行的两根横板(上板和下板)与两跟竖板(左板和右板)相互连接组成，在左板的中间位置设置方形孔，在方形孔的位置设置左夹头，左夹头贯穿方形孔，一端在左板外侧一端在左板内侧，左板外侧的部分为带有螺纹的圆柱，左板内侧的部分为方形柱，在方形柱设置右端开口的凹槽，在凹槽的上端设置左紧固螺母，在凹槽的下端设置左紧固螺钉，在右板的中间位置方形孔，在方形孔的位置设置右夹头，在右夹头设置左端开口的凹槽，在凹槽的上端设置右紧固螺母，在凹槽的下端设置右紧固螺钉，在左夹头与右夹头中间设置拉伸试样，拉伸试样的两端伸入两侧凹槽内部，由紧固螺钉和紧固螺母夹紧固定，在在拉伸试样上表面中央位置设置椭圆形凹槽，在拉伸试样上方设置引伸计，在拉伸试样下方设置应变片，应变片与应变片导线连接(用于与应变片相接的导线)，应变片导线穿过高压釜体外壁与信号采集系统相连，在支撑架右板的外侧正对右夹头的位置设置弹簧，弹簧通过弹簧导线与力学传感器的一端相连，力学传感器另一端的弹簧导线(用于与弹簧相接的导线)穿过高压釜体外壁与信号采集系统相连，在弹簧右侧的一端设置加载螺母，在加载螺母的右侧设置安全螺母。
在上述技术方案中，所述的转动轴的位于高压釜体内下半部分长度占釜体高度的1/3-1/2，所述的搅拌部件为搅拌桨或搅拌圆盘；
在上述技术方案中，所述的进气管深入高压釜体的底部，出气管位于高压釜体中液体表面以上；
在上述技术方案中，所述的拉伸试样厚度为1-5mm，宽度为2-6mm。
在上述技术方案中，所述的拉伸试样的椭圆形凹槽的长轴为3-6mm,深度为0.2-0.8mm。
在上述技术方案中，所述的弹簧为316L不锈钢弹簧。
使用上述实验装置进行焊接接头力—腐蚀耦合测试的方法：
步骤1：拉伸试样固定在左夹头与右夹头之间，拉伸试样下方固定应变片，保证应变片的有效采样区域与焊缝中心线对准，拉伸试样上方设置引伸计，引伸计加持在标距上，通过信号采集装置显示的焊缝处的应变来控制加载进程并可通过力学传感器采集弹簧产生的力学信号，当应变达到预设值时停止加载并旋紧安全螺母；
步骤2：在反应釜中倒入腐蚀液，加热并通气加压，将压力和温度维持在预设条件下对试样进行腐蚀。
在达到腐蚀时间后，停止加热和通气，待釜内恢复室温室压后，打开反应釜釜盖，取出测试装置，进行试样表征，例如测量拉伸试样的厚度变化。
在力—腐蚀测试过程中，拆除引伸计、应变片、力学传感器和导线仅仅针对腐蚀前后的样品厚度进行测试和表征；同样考虑在腐蚀过程中，对引伸计、应变片、力学传感器和导线进行密封处理，避免腐蚀液的影响，这样以来，在整个腐蚀过程中，引伸计和应变片，以及力学传感器可针对特定腐蚀液的腐蚀过程予以采集，形成整个腐蚀过程的力学和应变信号，以供分析。
本发明的有益效果：使用本发明所提供的技术方案，能成功地在焊缝处施加所需要的应变并分别得到焊缝和母材处的应变。同时，将整套装置在模拟工况的高温高压环境下实验，经过一段时间后,测量试样的腐蚀程度，研究变形对对焊接接头不同部位腐蚀的影响，进而评估焊接接头的服役环境。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1中反应釜上盖结构示意图。
图3为图1中测试装置结构示意图1。
图4为测试装置结构示意图2。
其中1为支撑架，2为左夹头，3-1为左紧固螺母，3-2为右紧固螺母，4-1为左紧固螺钉，4-2为右紧固螺钉，5为拉伸试样，6为右夹头，7为弹簧，8为加载螺母，9为安全螺母，10为椭圆形凹槽，11为引伸计，12为应变片，13为信号采集系统，14为高压釜体，15为加热装置，16为保温绝热层，17为出气管阀门，18为第二进气管阀门，19为高压釜体连接部，20为出气管，21为压力传感器，22为压力表，23为加料口，24为第一进气管阀门，25为第一进气管，26为第二进气管，27为紧固螺栓，28为高压釜盖，29为高压釜外壁，30为弹簧导线，31为应变片导线，32为测试装置，33为出气管孔，34为压力传感器孔，35为加料孔，36为转动轴孔，37为固定安装孔，38为第一进气管孔，39为第二进气管孔。
图5是本实施例中使用的样品的结构示意图，其中a为5mm，b为3mm，c为35mm，d为0.5mm，e为2mm。
具体实施方式
下面结合附图与具体的实施方式对本发明作进一步详细描述：
一种用于焊接接头力腐蚀耦合测试的实验装置：高压釜体为圆柱体容器，在高压釜体的外侧设置加热装置，在加热装置的外侧设置绝热保温层，在高压釜体的上表面设置高压釜盖，紧固螺栓穿过固定安装孔，与高压釜体连接部相连，以使釜盖与釜体紧固成一个整体，并实现密封，高压釜盖圆形表面上沿直径方向依次设置有：第一进气管孔、第二进气管孔、加料孔、压力传感器孔和出气管孔，其中在第一进气管孔内设置第一进气管，第一进气管上设置有第一进气管阀门，在第二进气管孔内设置第二进气管，第二进气管上设置有第二进气管阀门，在出气管孔内设置出气管，在出气管上设置出气管阀门，在加料孔上设置加料辅助装置，在压力传感器孔上设置有压力传感器和压力表；在高压釜体内部底部上设置测试装置放置平面，在测试装置放置平面上设置测试装置，测试装置的支撑架由互相平行的两根横板(即分别为上板和下板)与两跟竖板(即分别为左板和右板)相互连接组成，在左板的中间位置设置方形孔，在方形孔的位置设置左夹头，左夹头贯穿方形孔，一端在左板外侧一端在左板内侧，左板外侧的部分为带有螺纹的圆柱，左板内侧的部分为方形柱，在方形柱设置右端开口的凹槽，在凹槽的上端设置左紧固螺母，在凹槽的下端设置左紧固螺钉，在右板的中间位置方形孔，在方形孔的位置设置右夹头，在右夹头设置左端开口的凹槽，在凹槽的上端设置右紧固螺母，在凹槽的下端设置右紧固螺钉，在左夹头与右夹头中间设置拉伸试样，拉伸试样的两端伸入两侧凹槽内部，由紧固螺钉和紧固螺母夹紧固定，在拉伸试样上表面中央位置设置椭圆形凹槽，在拉伸试样上方设置引伸计，在拉伸试样下方设置应变片，应变片与应变片导线连接(用于与应变片相接的导线)，应变片导线穿过高压釜体外壁与信号采集系统相连，在支撑架右板的外侧正对右夹头的位置设置弹簧，弹簧通过弹簧导线与力学传感器(置于高压釜体外，图中未标出)的一端相连，力学传感器另一端的弹簧导线(用于与弹簧相接的导线)穿过高压釜体外壁与信号采集系统相连，在弹簧右侧的一端设置加载螺母，在加载螺母的右侧设置安全螺母。
在上述技术方案中，所述的转动轴的位于高压釜体内下半部分长度占釜体高度的1/3-1/2，所述的搅拌部件为搅拌桨或搅拌圆盘；
在上述技术方案中，所述的进气管深入高压釜体的底部，出气管位于高压釜体中液体表面以上；
在上述技术方案中，所述的拉伸试样厚度为1-5mm，宽度为2-6mm。
在上述技术方案中，所述的拉伸试样的椭圆形凹槽的长轴为3-6mm,深度为0.2-0.8mm。
在上述技术方案中，所述的弹簧为316L不锈钢弹簧。
以下通过实施例1说明一种用于焊接接头力腐蚀耦合测试的实验方法：
步骤1：拉伸试样固定在左夹头与右夹头之间，拉伸试样下方固定应变片(TokyoSokki Kenkyujo Co.,Ltd，型号FLK-1-17)，保证应变片的有效采样区域与焊缝中心线对准，其中预应变为1.5％，拉伸试样上方设置引伸计(长春机械科学研究院有限公司、产品型号CBY-14)，引伸计加持在标距上，通过信号采集装置显示的焊缝处的应变来控制加载进程，并可通过力学传感器采集弹簧产生的力学信号，当应变达到预设值时停止加载并旋紧安全螺母并将测应变装置(引伸计和应变片)拆除，在体式显微镜记录试样的原始尺寸。
步骤2：在反应釜中倒入腐蚀液，加热并通气加压，将压力和温度予以维持，其中压力为0.3MPa，CO2体积分数10％；N2体积分数90％，腐蚀液温度为90℃，反应时间为5天(120小时)，腐蚀液为水溶液，成分为Na+为11.193,K+为0.548,Ca2+为1.001,Mg2+为0.176,Fe2+为0.035,Cl-为19.747,SO42-为0.603,和HCO3-为0.245，单位均为mg/L。步骤3：停止加热和通气，待釜内恢复室温室压后，打开反应釜釜盖，取出测试装置，测量拉伸试样的厚度变化。
在上述实施例中，测应变系统采用东华测试DH3821。
实验样品采用如附图5所示的形状和尺寸，试样在腐蚀液中由于焊缝减薄，使得截面积减小,而加载的力却保持恒定，这就会使焊缝处又被加载到一个新的应力水平而截面积继续减小，如此循环往复，实现力与腐蚀的耦合。待经过预计时间后，将装置捞出，观察试样腐蚀减薄情况即可。
拉伸试样实验前为1.5mm，实验后的厚度为1.0mm，实验结果表明，本发明能够完成预计的实验目标，能够有效地对不同应力状态下的焊接接头进行高温高压腐蚀实验。
本发明所发明的一种对焊接接头进行力腐蚀耦合测试的实验装置及方法能有效用于研究焊接接头试样在力腐蚀耦合环境下的腐蚀问题，运用本发明提出的方法及设计的夹具，结合试样横截面分析可以推广到对焊缝或母材在各种腐蚀条件下做出具体的分析。
同样考虑在腐蚀过程中，对引伸计、应变片、力学传感器和导线进行密封处理，避免腐蚀液的影响，这样以来，在整个腐蚀过程中，引伸计和应变片，以及力学传感器可针对特定腐蚀液的腐蚀过程予以采集，形成整个腐蚀过程的力学和应变信号，以供分析。
以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.利用焊接接头力—腐蚀耦合测试装置进行测试的方法，其特征在于，焊接接头力—腐蚀耦合测试装置包括高压釜体，高压釜体为圆柱体容器，在高压釜体的外侧设置加热装置，在加热装置的外侧设置绝热保温层，在高压釜体的上表面设置高压釜盖，紧固螺栓穿过固定安装孔，与高压釜体连接部相连，以使釜盖与釜体紧固成一个整体，并实现密封，高压釜盖圆形表面上沿直径方向依次设置有：第一进气管孔、第二进气管孔、加料孔、压力传感器孔和出气管孔，其中在第一进气管孔内设置第一进气管，第一进气管上设置有第一进气管阀门，在第二进气管孔内设置第二进气管，第二进气管上设置有第二进气管阀门，在出气管孔内设置出气管，在出气管上设置出气管阀门，在加料孔上设置加料辅助装置，在压力传感器孔上设置有压力传感器和压力表；在高压釜体内部底部上设置测试装置放置平面，在测试装置放置平面上设置测试装置，测试装置的支撑架由互相平行的两根横板与两跟竖板相互连接组成，在左板的中间位置设置方形孔，在方形孔的位置设置左夹头，左夹头贯穿方形孔，一端在左板外侧一端在左板内侧，左板外侧的部分为带有螺纹的圆柱，左板内侧的部分为方形柱，在方形柱设置右端开口的凹槽，在凹槽的上端设置左紧固螺母，在凹槽的下端设置左紧固螺钉，在右板的中间位置方形孔，在方形孔的位置设置右夹头，在右夹头设置左端开口的凹槽，在凹槽的上端设置右紧固螺母，在凹槽的下端设置右紧固螺钉，在左夹头与右夹头中间设置拉伸试样，拉伸试样的两端伸入两侧凹槽内部，由紧固螺钉和紧固螺母夹紧固定，在拉伸试样上表面中央位置设置椭圆形凹槽，在拉伸试样上方设置引伸计，在拉伸试样下方设置应变片，应变片与应变片导线连接，应变片导线穿过高压釜体外壁与信号采集系统相连，在支撑架右板的外侧正对右夹头的位置设置弹簧，弹簧通过弹簧导线与力学传感器的一端相连，力学传感器另一端的弹簧导线穿过高压釜体外壁与信号采集系统相连，在弹簧右侧的一端设置加载螺母，在加载螺母的右侧设置安全螺母；在进行测试时按照下述步骤进行：
步骤1：拉伸试样固定在左夹头与右夹头之间，拉伸试样下方固定应变片，保证应变片的有效采样区域与焊缝中心线对准，拉伸试样上方设置引伸计，引伸计加持在标距上，通过信号采集装置显示的焊缝处的应变来控制加载进程并可通过力学传感器采集弹簧产生的力学信号，当应变达到预设值时停止加载并旋紧安全螺母；
步骤2：在反应釜中倒入腐蚀液，加热并通气加压，将压力和温度维持在预设条件下对试样进行腐蚀。
2.根据权利要求1所述的利用焊接接头力—腐蚀耦合测试装置进行测试的方法，其特征在于，在腐蚀过程中，对引伸计、应变片、力学传感器和导线进行密封处理，避免腐蚀液的影响，这样以来，在整个腐蚀过程中，引伸计和应变片，以及力学传感器可针对特定腐蚀液的腐蚀过程予以采集，形成整个腐蚀过程的力学和应变信号。
3.根据权利要求1所述的利用焊接接头力—腐蚀耦合测试装置进行测试的方法，其特征在于，在达到腐蚀时间后，停止加热和通气，待釜内恢复室温室压后，打开反应釜釜盖，取出测试装置，进行试样表征。
4.根据权利要求1所述的利用焊接接头力—腐蚀耦合测试装置进行测试的方法，其特征在于，所述的进气管深入高压釜体的底部，出气管位于高压釜体中液体表面以上。
5.根据权利要求1所述的利用焊接接头力—腐蚀耦合测试装置进行测试的方法，其特征在于，所述的拉伸试样厚度为1-5mm，宽度为2-6mm，所述的拉伸试样的椭圆形凹槽的长轴为3-6mm,深度为0.2-0.8mm。
6.根据权利要求1所述的利用焊接接头力—腐蚀耦合测试装置进行测试的方法，其特征在于，所述的弹簧为316L不锈钢弹簧。
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