CN111366527B - 适用于研究金属材料应力腐蚀的多通道腐蚀监测系统 - Google Patents

适用于研究金属材料应力腐蚀的多通道腐蚀监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适用于研究金属材料应力腐蚀的多通道腐蚀监测系统，包括：实现水浴加热的多通道四点应力加载的三电极系统，所述三电极系统连接控制通道切换的电路板，集合成一组三电极连接电化学工作站；所述四点应力加载的试样与多通道应力应变仪连接，监测每组试样施加的应力；所述实现水浴加热的多通道四点应力加载三电极系统包括：水浴箱、加热棒、电解液箱、四点弯曲应力加载装置、参比电极、对电极和气泡石。本发明可以合理有效地实现对海洋工程领域中在结构力学响应、温度以及阴极保护等联合作用下多通道的金属材料腐蚀及其失效机理开展研究。

Description

适用于研究金属材料应力腐蚀的多通道腐蚀监测系统
技术领域
本发明属于海洋工程腐蚀与防护领域，具体而言涉及一种适用于研究金 属材料应力腐蚀的多通道腐蚀监测系统。
背景技术
船舶与海洋结构物的腐蚀造成了巨大的经济损失，腐蚀监测可以有效地 监测船舶与海洋工程结构的服役状态，进而预测寿命，能够有效地减小腐蚀 带来的损失。目前，工业系统现场/实验室实时腐蚀在线监测技术单次针对的 一般仅为单一对象，无法对船舶与海洋工程结构同时进行整体和局部的腐蚀 监测；监测的电化学参数通常为电位或电流密度，能够提取的腐蚀信息较少， 无法精确地评估船舶与海洋工程结构的腐蚀状态；若针对船舶与海洋工程结 构更多区域进行监测或采用多种电化学参数进行腐蚀状态评估，则需配备更 多的电化学监测设备，并付出更多人力进行监测控制，操作复杂，设备及人 工成本高。而针对应力和腐蚀状态同时进行监测时，现有腐蚀监测系统除以 上不足外，还需充分考虑对结构应力进行同步采集监测，有必要充分考虑应 力与电化学监测装置的配合问题，进而导致监测系统设计难度进一步提升。 由此可见，目前的工业系统现场/实验室实时腐蚀监测技术针对应力和腐蚀状 态进行实时且分区域的金属材料多腐蚀参数在线监测还尚有局限和不足，因 此研究并设计一套具有多通道切换功能并能够进行实时且分区域地在线监测 金属多腐蚀参数的腐蚀监测系统是非常必要的。
发明内容
根据上述提出的技术问题，本发明依据工业系统现场/实验室实时腐蚀在 线监测的需求，提供一种适用于研究金属材料应力腐蚀的多通道腐蚀监测系 统，能够实现多通道的自动切换并实时监测金属材料的应力和腐蚀相关参数。 本发明主要利用适用于研究金属材料应力腐蚀的多通道腐蚀监测系统，其特 征在于，包括：实现水浴加热的多通道四点应力加载的三电极系统，所述三 电极系统连接控制通道切换的电路板，集合成一组三电极连接电化学工作站； 所述四点应力加载的试样与多通道应力应变仪连接，监测每组试样施加的应 力。
进一步地，所述实现水浴加热的多通道四点应力加载三电极系统包括： 水浴箱、加热棒、电解液箱、四点弯曲应力加载装置、参比电极、对电极和 气泡石。
更进一步地，四点弯曲应力加载根据预留孔装置装配参比电极和对电极， 放置在电解液箱中，电解液箱的四个角布置四个气泡石用以向电解液中充入 空气，放置四点弯曲应力加载装置的电解液箱放置在水浴箱中，水浴箱的四 个角落分别放置可通电加热的加热棒。
进一步地，所述多通道应力应变仪通过粘贴在所述试样中的两个应变片 连接，实现对试样所受应力进行实时测量，并通过应力应变仪配套的动态信 号采集分析软件实现可视化监测。
更进一步地，所述电路板通过12V电源供电，集合多通道加载试样的三 电极输出为一组三电极接口包括：工作电极、参比电极和对电极；计算机端 编写的脚本软件可控制每组连接试样三电极的通断，还可以设定时间间隔以 切换连接的工作试样。
进一步地，电化学工作站连接电路板集成的三电极，用以采集试样的电 化学参数，在计算机上通过电化学工作站匹配的软件进行可视化监测。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明可以合理有效地实现对海洋工程领域中在结构力学响应、温度以 及阴极保护联合作用下多通道的金属材料腐蚀及其失效机理开展研究。系统 不仅改良了应力加载方式，实现了四点均匀加载，并可以针对多通道试样开 展多种电化学方法的实时监测，采集更多的电化学信息，进而通过多种电化 学参数更精确地分析金属材料的腐蚀状态及腐蚀机理，大大提升了实验效率 和准确性。通过自主设计的电路板实现通道自动切换，替代了人工操控切换， 节省了人工成本，降低了接线的复杂度；自主设计的电路还可以通过改变多 通道试样的连接方式以实现多通道试样的整体与局部分析。结构紧凑，集成 度高，安装使用简单，易于拆卸组装，而且由于采用聚乙烯材料制成，使用 寿命相对较长；该监测系统同时适用于工业现场的腐蚀监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下 面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在 不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统的整体连接示意图。
图2为本发明水浴四点应力加载三电极体系结构示意图；其中，图2-1 为四点弯曲加载装置示意图，图2-2-1为加载试样的正面示意图，图2-2-2为 加载试样的反面示意图。
图3为本发明通道转换控制电路板；其中，图3-1和图3-2为并联电路板 及其设计图，图3-3和图3-4为串联电路板及其设计图。
图中：1、水浴箱，2、电解液箱，3、加热棒，4、气泡石，5、四点加载 装置，6、对电极，7、参比电极，8、试样，9、工作面积，10、应变片，11、 工作电极导线，12、并联电路板开关，13、电路板电源，14、工作电极接口， 15、参比电极接口，16、对电极接口，17、电路板输出三电极接口，18、USB 接口，19、电路元件，20、串联电路板电极接口，21、串联电路板工作电极 接口，22、串联电路板参比电极接口。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第 一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后 次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本 发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外， 术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含， 例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于 清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1-3所示，本发明提供了一种适用于研究金属材料应力腐蚀的多通 道腐蚀监测系统，包括：实现水浴加热的多通道四点应力加载的三电极系统， 所述三电极系统连接控制通道切换的电路板，集合成一组三电极连接电化学 工作站；所述四点应力加载的试样与多通道应力应变仪连接，监测每组试样 施加的应力。
在本申请中，作为优选的实施方式所述实现水浴加热的多通道四点应力 加载三电极系统包括：水浴箱、加热棒、电解液箱、四点弯曲应力加载装置、 参比电极、对电极和气泡石。四点弯曲应力加载根据预留孔装置装配参比电 极和对电极，放置在电解液箱中，电解液箱的四个角布置四个气泡石用以向 电解液中充入空气，放置四点弯曲应力加载装置的电解液箱放置在水浴箱中， 水浴箱的四个角落分别放置可通电加热的加热棒。
作为优选地，所述多通道应力应变仪通过粘贴在所述试样中的两个应变 片连接，实现对试样所受应力进行实时测量，并通过应力应变仪配套的动态 信号采集分析软件实现可视化监测。
作为本申请一种优选的实施方式，所述电路板通过12V电源供电，集合 多通道加载试样的三电极输出为一组三电极接口，包括：工作电极、参比电 极和对电极；计算机端编写的脚本软件可控制每组连接试样三电极的通断， 还可以设定时间间隔以切换连接的工作试样。作为优选地，在这里所说的电 路控制软件，为自主开发的电路控制脚本程序，可设置通道自动切换的时间， 可以理解为在其他的实施方式中，电路软件控制可以按照实际情况进行设定， 只要满足通过电路实现功能即可。
在本申请中，电化学工作站连接电路板集成的三电极，用以采集试样的 电化学参数，在计算机上通过电化学工作站匹配的软件进行可视化监测。
实施例1
如图2所示，首先将图2-2所示的贴好应变片并焊接好工作电极导线的 试样8放置在四点应力加载装置5上，通过装置的螺栓调整加载应力的大小， 在配置好参比电极7和对电极6后整体放置在电解液箱2中，并在实验前向 箱中加入配置好的电解液，电解液箱的四角分别放置一个连接空气泵的气泡 石4以保证电解液环境的氧含量。电解液箱放置在水浴箱中，水浴箱的四个 角各放置一个加热棒来控制水浴箱中水的温度。
试样8表面粘贴的应变片10通过导线与图1所示的应力应变仪相连，配 合电脑中的动态信号采集分析软件，调整好应力应变仪初始参数后实现应力 的实时监测。
由试样8金属表面焊接的工作电极11、四点加载装置5装配在试样8工 作面积9上的参比电极7和对电极6组成的三电极体系需与自主设计的通道 转换控制电路板连接，多个试样的三电极分别按顺序通过导线连接在电路板 上的工作电极接口14、参比电极接口15以及对电极接口16。电路板接通12V 电源13，通过USB接口18连接计算机，并利用通道转换控制软件实现控制， 然后将电路板输出的三电极接口17与电化学工作站对应的三电极相接。电脑 配有工作站相应的操作软件实现电化学测量。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施 例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可 通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例 如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划 分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些 特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接 耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接， 可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作 为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方， 或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全 部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中， 也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单 元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单 元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售 或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本 发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的 全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个 存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服 务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。 而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、 随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光 盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.适用于研究金属材料应力腐蚀的多通道腐蚀监测系统，其特征在于，包括：
实现水浴加热的多通道四点应力加载的三电极系统，所述多组三电极系统各自连接控制通道切换的电路板，集合成一组三电极连接电化学工作站；所述电路板通过USB接口连接计算机，并利用通道转换控制软件实现控制，计算机中配有工作站相应的操作软件实现电化学测量；所述四点应力加载的试样与多通道应力应变仪连接，监测每组试样施加的应力；所述多通道应力应变仪通过粘贴在所述试样中的两个应变片连接，实现对试样所受应力进行实时测量，并通过应力应变仪配套的动态信号采集分析软件实现可视化监测；
所述实现水浴加热的多通道四点应力加载三电极系统包括：水浴箱、加热棒、电解液箱、四点弯曲应力加载装置、参比电极、对电极和气泡石；
四点弯曲应力加载根据预留孔装置装配参比电极和对电极，放置在电解液箱中，电解液箱的四个角布置四个气泡石用以向电解液中充入空气，放置四点弯曲应力加载装置的电解液箱放置在水浴箱中，水浴箱的四个角落分别放置可通电加热的加热棒。
2.根据权利要求1所述的一种适用于研究金属材料应力腐蚀的多通道腐蚀监测系统，其特征在于：
所述电路板通过12V电源供电，集合多通道加载试样的三电极输出为一组三电极接口包括：工作电极、参比电极和对电极；计算机端编写的脚本软件可控制每组连接试样三电极的通断，还可以设定时间间隔以切换连接的工作试样。
3.根据权利要求1所述的一种适用于研究金属材料应力腐蚀的多通道腐蚀监测系统，其特征在于：
电化学工作站连接电路板集成的三电极，用以采集试样的电化学参数，在计算机上通过电化学工作站匹配的软件进行可视化监测。
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