CN110095336A - 一种罐底板应力腐蚀在线声发射-电化学联合实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种罐底板应力腐蚀在线声发射‑电化学联合实验装置，包括液压加载装置、荷载传感器、加载刀、三点弯曲装置、声发射传感器、金属试件、腐蚀溶液、有机玻璃电解池、缓震橡胶垫、护卫传感器和三电极系统。荷载传感器设置于液压加载装置下方测量加载至金属试件上的载荷，试件放置于三点弯曲支座上，在载荷作用下保持恒定变形。三电极系统与电化学工作站相连接，提供一个恒电位进行极化。传感器通过配套的磁性夹具固定在试件的背面，并良好耦合，再与声发射仪AMSY‑5相连接，来实时监测来自试件应力腐蚀声发射信号。本发明可用于恒定载荷下金属试件应力腐蚀在线检测，同步采集电化学腐蚀参数和声发射腐蚀信号，且方便拆装清洗，可重复使用。

Description

一种罐底板应力腐蚀在线声发射-电化学联合实验装置
技术领域
本发明涉及实验设备技术领域，尤其涉及一种罐底板应力腐蚀在线声发射-电化学联合实验装置。
背景技术
常压储罐底板的腐蚀除了表现为大面积均匀腐蚀和局部点蚀基本形式外，通常底板由于各种应力，如局部外载荷引起的工作应力、焊缝残余应力、温度应力以及腐蚀产物层内应力等，与腐蚀介质的共同作用，还在特殊部位出现应力腐蚀，如底圈罐壁板与罐底边缘板的大角焊缝处，中幅板焊缝处，浮顶立柱与罐底板接触部位等。应力和腐蚀介质的共同作用并不是简单的叠加作用，而是一个相互促进的过程，这两个因素的协同作用远远超过单个因素作用后简单加和的作用，能够使罐底在这些特殊部位发生严重的应力腐蚀。
通常材料表面受破坏很小，但是一些微小的裂纹已贯穿到材料的内部，但这种细裂纹常规方法很难检测得到，且其破坏性很难预测，往往在整体材料全面腐蚀很小的情况下发生不可预料的突然开裂。通过声发射监测其内部微裂纹的形成、扩展直至开裂的腐蚀动态信息，是分析应力腐蚀机理的一个重要途径。
因此，通过建立实验室声发射-电化学联合测试装置，并结合恒应变应力腐蚀试验，采用预先切口的底板钢试件，在酸性氯化钠溶液中研究底板钢应力腐蚀开裂过程产生的声发射信号特征。结合声发射特性参数分析、频谱分析和小波分析方法，探讨底板钢应力腐蚀开裂声发射信号的规律，提取信号特性参数值(或范围)和频谱特征，为储罐底板腐蚀特征识别奠定基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种罐底板应力腐蚀在线声发射-电化学联合实验装置，通过声发射传感器根据金属试件应力腐蚀的状况实时调整所施加载荷的大小，使装置能够保证应力腐蚀特征的准确性并可方便拆装清洗。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种罐底板应力腐蚀在线声发射-电化学联合实验装置，包括液压加载、荷载传感器、加载刀、三点弯曲支座、声发射传感器、有机玻璃电解池和三电极系统。所述液压加载装置位于实验系统正上方用于施加载荷，来控制试件保持恒定变形。所述荷载传感器位于液压加载装置正下方，与YE2538A程控静态应变仪测力通道相连接，用于传输所述施加载荷的大小，所述加载刀底端为光滑三角形状，紧贴试件V形凹槽背面，用于给试件加压，所述三点弯曲支座用于构成恒应变力腐蚀试验系统，所述声发射传感器通过配套的磁性夹具固定在试件的背面，并良好耦合，与声发射仪AMSY-5相连接，实时监测来自试件应力腐蚀声发射信号。所述有机玻璃电解池用于盛放腐蚀溶液，所述三电极系统与电化学工作站2273相连接，来提供一个恒电位进行极化。
优选地，还包括缓震橡胶垫，所述缓震橡胶垫设置于所述三点弯曲装置下方。
优选地，还包括护卫传感器，所述护卫传感器放置于地面，与声发射仪相连接，用于过滤周围的干扰信号。
优选地，所述金属试件采用线切割加工成矩形模块，试件正中间预先切割成V形切口，除切口外，其他各表面均采用环氧树脂严格密封，只在试件背面留下两个直径30mm对称的圆形裸露区域，以便声发射传感器与试件表面良好耦合，且在一侧边角焊接导线。
优选地，所述金属试件V形切口应进行反复清洗，特别是切口尖端的清洗，应确保尖端没有任何杂质残留，没有机械性开裂，然后采用丙酮除脂，用无水乙醇擦拭后放入干燥器。
优选地，施加载荷时所述腐蚀溶液浸没试件深度应没过V形切口尖端但不超过试件上表面。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供了一种罐底板应力腐蚀在线声发射-电化学联合实验装置，可用于实时原位监测金属试件的应力腐蚀状况。本发明中液压加载装置、荷载传感器、加载刀、三点弯曲支座、声发射传感器、有机玻璃电解池和三电极系统都可方便拆装，便于使用和清洁，可提高实验效率和实验结果准确性。本发明的三电极系统与电化学工作站相连接，来提供一个恒电位进行极化，减少了电场不均匀性对实验结果的影响，降低对试件应力腐蚀检测的干扰，为金属应力腐蚀机理的研究提供了更多的数据支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例和现有技术中的技术方案，下面将对实施中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明应力腐蚀实验系统结构示意图；
其中：1-液压加载，2-荷载传感器，3-加载刀，4-三点弯曲支座，5-声发射传感器(接声发射仪)，6-金属试件，7-腐蚀溶液，8-有机玻璃电解池，9-缓震橡胶垫，10-护卫传感器，11-三电极系统(接电化学工作站)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种罐底板应力腐蚀在线声发射-电化学联合实验装置，通过声发射传感器根据金属试件应力腐蚀的状况实时调整所施加载荷的大小，使装置能够保证应力腐蚀特征的准确性并可方便拆装清洗。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例提供了一种罐底板应力腐蚀在线声发射-电化学联合实验装置，包括液压加载1、荷载传感器2、加载刀3、三点弯曲支座4、声发射传感器5、金属试件6、腐蚀溶液7、有机玻璃电解池8、缓震橡胶垫9、护卫传感器10和三电极系统11。
液压加载装置1设置于实验装置最上端，用于给整个实验系统施加载荷，所施加载荷通过荷载传感器2和加载刀3最终传到金属试件，荷载传感器2连接YE2538A程控静态应变仪的测力通道，来控制试件保持恒定变形。三点弯曲支座4为整个实验装置的支撑结构，其上放置金属试件并使之在一定载荷下恒等变形。
金属试件6采用线切割加工成矩形模块，大小为150mm×65mm×5mm，试件正中间横向预先切口，V形切口开角60°，深度3.5mm，除了V形切口处之外，其它各表面均采用环氧树脂严格密封，只在试件背面留下两个直径30mm对称的圆形裸露区域，以便声发射传感器与试件表面良好耦合，且在一侧边角焊接导线。对V形切口进行反复清洗，特别是切口尖端的清洗，应确保尖端没有任何杂质残留，没有机械性开裂，然后采用丙酮除脂，用无水乙醇擦拭后放入干燥器。
腐蚀溶液7采用质量分数3.0％NaCl、pH＝2.0的酸性溶液，其中3.0％NaCl溶液采用分析纯NaCl和去离子水配制。采用0.1mol/L的稀HCl调节pH值至2.0，配制溶液1000ml。
本实施例中的电化学测试系统采用标准三电极体系，电解池大小为120mm×80mm×65mm，工作电极是预弯曲的平板试件，参比电极体系由饱和甘汞电极和直盐桥组成，辅助电极为铂片电极，参比电极和辅助电极采用铁架台固定。采用AMSY-5声发射仪系统，使用两个VS150-RIC型声发射传感器，对称固定在试件的背面预留的位置。另外采用一个低频和一个高频传感器监测环境噪声。
本实施例的使用方法为：对金属试件6进行应力腐蚀实验时，首先对试件正中间横向预先切口，试件表面与声发射传感器5进行良好耦合，放置于三点弯曲支座4上，试件下方放置装有腐蚀溶液7的有机玻璃电解池8，当试件受力发生形变时，试件下方的腐蚀溶液液面应没过V形切口的尖端但不应超过金属试件表面，控制金属试件保持恒定变形，通过声发射传感器5和三电极系统11来检测金属试件的应力腐蚀状况。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种罐底板应力腐蚀在线声发射-电化学联合实验装置，其特征在于：包括液压加载、荷载传感器、加载刀、三点弯曲支座、声发射传感器、有机玻璃电解池和三电极系统。所述液压加载装置位于实验系统正上方用于施加载荷，来控制试件保持恒定变形。所述荷载传感器位于液压加载装置正下方，与YE2538A程控静态应变仪测力通道相连接，用于传输所述施加载荷的大小，所述加载刀底端为光滑三角形状，紧贴试件V形凹槽背面，用于给试件加压，所述三点弯曲支座用于构成恒应变力腐蚀试验系统，所述声发射传感器通过配套的磁性夹具固定在试件的背面，并良好耦合，与声发射仪AMSY-5相连接，实时监测来自试件应力腐蚀声发射信号。所述有机玻璃电解池用于盛放腐蚀溶液，所述三电极系统与电化学工作站2273相连接，来提供一个恒电位进行极化。
2.根据权利要求1所述的罐底板应力腐蚀在线声发射-电化学联合实验装置，其特征在于：还包括缓震橡胶垫，所述缓震橡胶垫设置于所述三点弯曲装置下方。
3.根据权利要求1所述的罐底板应力腐蚀在线声发射-电化学联合实验装置，其特征在于：还包括护卫传感器，所述护卫传感器放置于地面，与声发射仪相连接，用于过滤周围的干扰信号。
4.根据权利要求1所述的罐底板应力腐蚀在线声发射-电化学联合实验装置，其特征在于：所述金属试件采用线切割加工成矩形模块，试件正中间预先切割层V形切口，除切口外，其他各表面均采用环氧树脂严格密封，只在试件背面留下两个直径30mm对称的圆形裸露区域，以便声发射传感器与试件表面良好耦合，且在一侧边角焊接导线。
5.根据权利要求1所述的罐底板应力腐蚀在线声发射-电化学联合实验装置，其特征在于：所述金属试件V形切口应进行反复清洗，特别是切口尖端的清洗，应确保尖端没有任何杂质残留，没有机械性开裂，然后采用丙酮除脂，用无水乙醇擦拭后放入干燥器。
6.根据权利要求1所述的罐底板应力腐蚀在线声发射-电化学联合实验装置，其特征在于：施加载荷时所述腐蚀溶液浸没试件深度应没过V形切口尖端但不超过试件上表面。
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