CN111965022A - 一种力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价装置及方法，涉及金属材料性能评价技术领域，能够实现力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价试验，并且避免电场和溶液介质对位移测量仪器的损伤；该装置包括：实验舱，用于模拟实验环境，在待测样品周围提供具有导电性的介质；应力加载系统，用于给待测样品施加应力；电场干扰系统，用于给待测样品施加干扰电场；位移转移系统，与待测样品连接，用于将待测样品裂纹尺寸的变化转移出来；位移监测系统，与位移转移系统连接，用于通过位移转移系统测量待测样品的裂纹尺寸。本发明提供的技术方案适用于氢致裂纹扩展行为评价的过程中。

Description

一种力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价装置及方法
【技术领域】
本发明涉及金属材料性能评价技术领域，尤其涉及一种力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价装置及方法。
【背景技术】
随着国家经济发展对能源需求的日益增加，对石油天然气等资源的开发力度不断加大，油气管道设施建设飞速发展，管道及储罐等设施用材料强度等级显著提升。但材料强度提升在增加储运能力的同时，面临的安全挑战也日益突出。一方面，当阴极保护电位超过析氢电位后，阴极会由于析氢反应产生氢原子，氢原子能够向材料内部渗透，造成金属材料的性能劣化。外部复杂的电干扰环境，往往导致较负的阴极电位/电流，加剧材料表面的析氢反应。另一方面，在油气资源开发、储存和运输过程中，大量管线装置都受到复杂的工作载荷及环境应力(如土壤、海水等)的作用，外部载荷能够加速氢原子向应力集中区域富集，当材料内部氢原子累积到一定程度后最终诱导金属结构发生氢脆失效。金属结构件在加工和安装过程中，不可避免存在局部缺陷和微裂纹，成为氢致开裂的敏感位置。因此，为保证油气储运设施的运行安全，亟需研究金属材料在应力和电场耦合作用下的氢脆风险，从而针对性的建立防护措施。
目前金属材料的氢脆风险评价主流做法是采用慢应变速率拉伸，通过拉伸后的断面收缩率和延伸率计算，可以获得材料的塑性损伤情况，进而评价材料的氢致裂纹扩展行为。但慢应变速率拉伸实验通过对材料施加拉应力，增加样品的位移直至发生断裂，包括了裂纹萌生、扩展和快速断裂过程中的影响，是一种实验室内的快速评价方法，其实验条件与实际现场载荷和位移情况相差较大，结果很难与现场实际情况对应，只能作为氢脆风险的定性判断。管道在现场服役过程中，不可避免的存在裂纹缺陷，在应力场和电场耦合作用下，裂纹是否能扩展进而引发断裂是氢脆风险的关键评判指标。鉴于此，有必要设计研究更能反应实际的力场条件和电场条件的氢致裂纹扩展行为评价方法。
因此，有必要研究一种电场干扰与应力耦合条件下的氢致裂纹扩展行为的断裂力学评价实验装置及方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。
【发明内容】
有鉴于此，本发明提供了一种力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价装置及方法，能够实现力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价试验，并且避免电场和溶液介质对位移测量仪器的损伤。
一方面，本发明提供一种力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价装置，其特征在于，所述装置包括：
实验舱，用于模拟实验环境，在待测样品周围提供具有导电性的介质；
应力加载系统，用于给待测样品施加应力；
电场干扰系统，用于给待测样品施加干扰电场；
位移转移系统，与待测样品连接，用于将待测样品裂纹尺寸的变化转移出来；
位移监测系统，与位移转移系统连接，用于通过位移转移系统测量待测样品的裂纹尺寸。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电场干扰系统包括恒流电源和辅助电极，所述恒流电源的正负两极分别与所述待测样品、所述辅助电极电连接。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述辅助电极为两组，分别设于所述待测样品的两侧。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述待测样品的两端分别通过夹具与所述应力加载系统连接。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述位移转移系统包括两根夹臂，两根夹臂的一端分别与所述待测样品连接，另一端分别连接一个滑块；两个滑块设于同一滑动杆上且均能够沿所述滑动杆滑动；两个滑块分别与所述位移监测系统的两个测量端连接。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述滑动杆的顶端和底端分别设有用于限制滑块移动范围的固定件，底部固定件上设有两个穿孔，所述位移转移系统的两根夹臂分别从两个穿孔中穿过；所述夹臂为直角折线形，且两根夹臂平行设置；顶部固定件下表面设有弹簧，弹簧的外端与靠近的滑块的上表面连接。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述夹具包括U型部和柄部；所述U型部的两支脚分别设有相对应的圆孔；两个圆孔和设于所述待测样品上的加载销安装孔，三孔一线，供加载销穿过，起到固定待测样品的作用；所述柄部与所述应力加载系统连接。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述装置还包括除氧系统，用于给实验舱内的溶液介质除氧。
一种力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价方法，其特征在于，所述方法通过如上任一所述的装置实现；
所述方法的步骤包括：
S1、在待测样品的预设裂纹区域制备预设裂纹；再通过导线将待测样品与电场干扰系统的负极连接；
用绝缘胶将待测样品密封，密封范围为预设裂纹区域外的全部区域；
S2、将待测样品的两端与应力加载系统连接，并将具有导电性的介质加入到实验舱内；
S3、开启电场干扰系统和应力加载系统，开始力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价试验，同时通过位移转移系统和位移监测系统测量预设裂纹的张开位移；
S4、根据测量到的预设裂纹的张开位移以及待测样品自身具有的参数计算待测样品的敏感断裂抗力δ值、应力强度因子。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，开启电场干扰系统和应力加载系统之前，对实验舱内部进行除氧操作。
与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：通过位移转移系统可以实现引伸计对电场干扰和模拟溶液中试样裂纹尖端张开位移的原位试验，避免了电场和溶液对引伸计的损伤；通过断裂韧性数值的测试和断口观察能够获得材料在环境中的裂纹扩展能力，更适用于含缺陷管道抗氢致裂纹扩展能力的评价。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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它的附图。
图1是本发明一个实施例提供的氢脆敏感性评价装置的主视结构示意图；
图2是本发明一个实施例提供的氢脆敏感性评价装置的左视结构示意图；
图3是本发明一个实施例提供的环境介质模拟实验舱俯视图；
图4是本发明一个实施例提供的环境介质模拟实验舱底部密封件设计图；
图5是本发明一个实施例提供的除氧系统结构示意图；
图6是本发明一个实施例提供的位移转移系统侧视图；
图7是本发明一个实施例提供的滑动模块主视图和俯视图；
图8是本发明一个实施例提供的位移转移系统底座及滑动杆主视图及俯视图；
图9是本发明一个实施例提供的夹具结构示意图；
图10是本发明一个实施例提供的试样结构示意图；
图11是本发明一个实施例提供的是X80钢在空气中和50mA/cm2充条件下的载荷-位移曲线；
图12是本发明一个实施例提供的X80钢在空气裂纹扩展形貌；其中，图12(a)为宏观形貌；图12(b)为DT区微观形貌；
图13是本发明一个实施例提供的X80钢在50mA/cm2充条件下的裂纹扩展形貌；其中，图13(a)为宏观形貌；图13(b)为CL区微观形貌。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本发明提供了一种电场干扰与应力耦合条件下的氢致裂纹扩展行为的断裂力学评价实验装置及方法，能够模拟典型埋地管道服役环境中的电干扰和载荷条件，测试材料在力-电耦合下的裂纹扩展行为及临界应力强度因子，评价其氢致裂纹扩展能力。实验可以在模拟溶液中进行，裂纹测试系统的绝缘和位移转换设计可以满足电场干扰和应力加载耦合下的测试精度和安全性。
本发明提出的一种电场干扰与应力耦合条件下的氢致裂纹扩展行为评价实验装置，如图1、图2所示，包括有：环境介质模拟实验舱1，应力加载系统3及夹具4，电场干扰模拟系统9，以及位移转移系统7和位移监测系统8。
如图2所示，电场干扰模拟系统9包括：恒流电源提供电场干扰的电流，负极通过导线连接试样5，正极连接辅助电极11。
如图3所示，环境介质实验舱1包括：环境介质实验舱顶盖14可以拆分，预留孔15，夹具4的一个U型钩将从顶盖14中心孔17伸出，设计有与夹具配套的胶塞6(如图4所示)实现密封。盛放模拟溶液的介质槽19，孔16可用于安装温度计，也可用于试样的导线从介质槽中连出，孔18还包括了一个方形凹槽，用于固定位移转移系统的底座。此外还留有孔20，可以根据需求选择增加更多的模块，例如采用图5所示的除氧系统进行模拟溶液的除氧，该系统包括外部控制模块、渗入到溶液介质中的探测模块23、与孔20匹配的胶塞、通至介质槽底部的长管进气通道22和液面以上短管的出气通道21。探测模块23用于监测氧含量，进气通道22用于通入保护气氛，出气通道21供氧气排出。进气通道22、出气通道21和探测模块23均穿插设置在胶塞内。环境介质实验舱1可选用市面上满足本申请要求的环境实验舱。本申请的具体要求包括能够模拟实验用环境，包括能够实现保护气氛的通入、具有盛放溶液介质的介质槽，具有顶盖，顶盖上设有本申请所需要的各种孔；侧壁设有供夹具4穿过的具有密闭效果的安装孔。
如图6、7、8所示，位移转移系统7包括两根夹臂25，夹臂25的端部设有钩状带卡槽的夹头24，夹头24用于卡住试样5上的第一刀口42，实现夹臂25与试样5的连接；两个夹臂25的另一端分别设有滑块29，并采用螺钉26连接夹臂25和滑块29；两个滑块29上下设置，且均设于竖向设置的滑动杆32上，能够沿滑动杆32上下滑动；滑动杆32的顶部固定设有固定阻挡模块27，用于对滑块29的活动范围进行限制；固定阻挡模块27的下方设有若干弹簧28，弹簧28的一端与固定阻挡模块27的下表面连接，另一端与处于上方的滑块29的上表面连接；滑动杆32的底部固定设有底座33，底座33能够限制滑块向下滑动的范围；底座33上设有两个穿孔，穿孔内设有若干滑轮34，两根夹臂25分别从穿孔中的滑轮中间穿过；两个滑块29均设有供滑动杆32穿过的通道35，通道35内壁上设有若干滑轮30，便于滑块沿滑动杆上下滑动；上滑块的下端角和下滑块的上端角处相对应的分别设有第二刀口31，两个第二刀口31分别与位移监测系统8的两个测量端连接，位移监测系统8可以通过测量两个第二刀口间的位移变化来测量待测样品上裂纹的变化。由于夹臂卡槽与试样之间不是粘连的，试样张开不具有带动作用，因而采用弹簧的设计提供外力作用。考虑到滑块和夹臂重力的作用，滑块的刀口31通过引伸计来测量张开位移，但是引伸计的张开力是有限的，即使滑块的质量非常轻，引伸计张开也会受到影响。通过弹簧提供一个向上的力，滑块以及所连接的夹臂能够保持一个向上的趋势，外力的作用不需要太大，确保试样上夹臂的卡槽能紧紧勾住试样的第一刀口42。另外，为了保证第一刀口42两端之间的距离和两个第二刀口31之间的距离是一致的，夹臂需要保持刚性，不能发生变形，弹簧的力必须控制在一个合适的范围。
如图9所示，夹具4为U型钩，包括U型部和柄部36，柄部36的端部设有螺纹，用于与拉伸机的应力施加单元相连；U型部的两支脚分别设有相对应的圆孔37，圆孔37用于穿插与之配套的加载销38。
如图10所示，试样5包括：在试样的一侧壁上端部机械加工出小孔39，用于连接导线，该侧壁中部设有方形预设裂纹区域40，预设裂纹区域40为一端开口的结构；试样5上还设有上下两个用于安装加载销38的加载销安装孔41，加载销安装孔41的位置与夹具4的圆孔37相对应，便于加载销插入。在试样的另一侧壁中间位置设有刀口42，刀口42的横截面为梯形。梯形刀口42的内底部设有细长的缺口43，缺口43贯通预设裂纹区域40和刀口42。刀口42用于装卡位移转移系统7的夹头24。试样表面涂覆一层较薄的环氧树脂，留下暴露部分为预设裂纹区域40。在拉伸试验前先预制2mm长的裂纹44。
本发明提出一种电场干扰与应力耦合条件下的氢致裂纹扩展行为的评价方法。利用相关参数计算敏感断裂抗力δ值，包括利用试样的张开位移、试样的厚度B、长度W、屈服强度Rp0.、弹性模量E等，对于不易满足平面应变条件的材料更加适合；计算应力强度因子K，包括利用断裂抗力δ值，试样的厚度B、长度W等参数，得到平面应力强度因子条件值。
利用裂纹截面的显微观察确定裂纹扩展模式，采用扫描电子显微镜或光学金相显微镜，通过断口形貌区分裂纹的伸展区(SZW)、韧性撕裂区(DT)和脆性裂解区(CL)，通过各区的扩展长度判断韧性的大小。
在实验前，准备好预制裂纹的试样5，并用环氧树脂密封，只留下暴露部分为38所示区域。夹具4外层涂覆一层环氧树脂，将一个U型钩通过胶塞6与实验舱1的底部固定连接，通过环氧树脂密封结合部位，另一个U型钩与胶塞连接但保持胶塞能上下活动。准备多个加载销38，采用喷塑处理。先将夹具4与应力加载系统3连接，调整夹具4上下两端的位置，通过加载销38将试样5与夹具4相连，拉伸机先施加较小的拉力将夹具4和试样5的连接结构紧固，将位移转移系统7装卡到刀口42，再将引伸计8装卡到刀口31，确保不会滑脱，并将引伸计8连接到拉伸机的检测模块上。使用兆欧表检测各部分之间是否绝缘。在介质槽19中倒入模拟溶液，将环境模拟实验舱的顶盖14盖上，与连接U型钩的胶塞形成密封。此时将位移转移系统底座33固定在顶盖14的凹槽18中。向水浴槽12中通水，对介质槽19进行水浴保温，使用温度计2对实验温度进行实时监测，通过孔20进行除氧，从22通入氮气，并通过21排出气体。从小孔15处插入辅助电极11，恒流电源9连接到试样5和辅助电极11。拉伸机与计算机相连，通过软件设置拉伸的加载参数，可以采用0.012mm/min的恒定位移速率。开始拉伸前，先打开恒流源9，设定电场干扰所需的电流，电流稳定后再进行拉伸实验。实验直至最大载荷出现后载荷值略微出现下降，即可停止。
利用实验得到载荷、裂尖张开位移等数据，可以用来计算材料的断裂抗力δ，计算公式如下：
Figure BDA0002610112130000091
Figure BDA0002610112130000101
Figure BDA0002610112130000102
Figure BDA0002610112130000103
公式(1)为直通型CT试样裂尖张开位移的计算公式，F为载荷，B为试样的厚度(不开侧槽试样B＝BN)，W为试样长度(与B成比例关系)，v为泊松比，a0为缺口长度与预制裂纹长度之和，σs为拉伸试验得到的屈服强度(没有明显屈服平台)，E为材料的弹性模量，Z为用于测定缺口张开位移的引伸计装卡位置与试样表面之间的距离，Vp为缺口张开位移的塑性分量。公式(3)为转动半径R的计算公式。公式(2)、(4)为
Figure BDA0002610112130000104
和
Figure BDA0002610112130000105
的计算公式。
取第一个载荷最大值为Fm，由此计算得到的断裂抗力值记为δm。通过不同充氢条件得到的Fm值往往是不同的，这说明了材料的韧性发生了改变，以空气中试样的断裂抗力值为参照，由此得到不同条件下的断裂抗力值的相对变化，可以对比其发生氢脆的敏感性。
利用断裂抗力值计算材料的应力强度因子，平面应力条件下，材料的应力强度因子与断裂抗力值的关系如下：
Figure BDA0002610112130000106
式中，Kc为平面应力断裂韧性，与试样尺寸有关；δ为裂纹开始扩展的临界条件下的断裂抗力值；E为弹性模量；σs为材料的屈服强度。平面应力断裂韧性Kc是与试样厚度相关的条件值，在不同电场干扰条件下，平面应力断裂韧性值的变化，反应出材料阻碍裂纹扩展的能力发生变化。
通过断口形貌区分裂纹的伸展区(SZW)、韧性撕裂区(DT)和脆性裂解区(CL)，通过各的区的扩展长度判断韧性的大小。对于不满足平面应变状态的试样，其中心最接近平面应变状态，裂纹扩展也会更快，裂纹前沿的平直度可以反映出材料塑性的变化。
在电场和应力载荷耦合条件下，使用断裂力学的方法对材料进行氢致裂纹扩展行为评价，其实现步骤如下：
步骤一、准备样品，测量试样的厚度B、长度W，通过疲劳机完成预制裂纹(约2mm)，在试样底部小孔处连接一根导线并密封该区域，将试样除设计的暴露部分外的区域都用绝缘胶密封，例如环氧树脂；通过标准拉伸试验得到试样的屈服强度σs、弹性模量E；
步骤二、安装好实验装置，用兆欧表检测试样与各部分之间的绝缘性，实验舱的介质槽中加入调配好模拟溶液，外侧通入循环水进行温度调节，用温度计监测介质槽中的温度变化，直到模拟溶液的温度达到合适值，可选地，同时进行除氧操作；开启电场干扰系统，启动应力加载系统，开始拉伸测试，引伸计会记录试样的缺口张开位移；
步骤三、利用相关参数计算敏感断裂抗力δ值，包括利用试样的张开位移、试样的厚度B、长度W、屈服强度σs、弹性模量E等，对于不易满足平面应变条件的材料更加适合；计算应力强度因子K，包括利用断裂抗力δ值，试样的厚度B、长度W等参数，得到平面应力条件下的强度因子条件值，通过对比多组实验的应力强度因子，评判不同条件下带缺陷材料的抗裂纹扩展能力；
步骤四、利用裂纹截面的显微观察确定裂纹扩展模式，采用扫描电子显微镜或光学金相显微镜，通过断口形貌区分裂纹的伸展区(SZW)、韧性撕裂区(DT)和脆性裂解区(CL)，通过各区的扩展长度判断韧性的大小。
下面是本方法的一个具体实施例：
通过本方法探究X80钢在土壤环境中受到电场干扰和应力载荷作用下的氢致裂纹扩展行为。试样尺寸根据标准制成紧凑拉伸试样，取样方向垂直于轧制方向。测量试样的基本参数，进行预制裂纹。对X80钢进行空气中的拉伸测试，得到屈服强度、弹性模量等参数。
表1 X80钢材料的基本参数
Figure BDA0002610112130000121
采用0.012mm/min的恒定位移速率进行拉伸测试，电场干扰的模拟选用50mA/cm2的电流密度，预充氢24h，环境介质为土壤模拟溶液，水浴保持25℃恒温。再进行一组空气环境中的对照组实验。
表2实验模拟工况参数
Figure BDA0002610112130000122
根据实验所得载荷-位移曲线先得到缺口张开位移的塑性分量Vp(用总变形量减去弹性变形量)和拉伸力F，如图11所示。利用公式(1)、(2)、(3)、(4)计算断裂抗力值，在空气中得到的δ1m(14)＝0.77mm,在50mA/cm2充氢条件下的δ2m(14)＝0.49mm，试样充氢条件下的断裂抗力值相对于空气中的下降了约36.4％，充氢条件下试样的塑性降低，氢脆敏感性升高。利用公式(5)计算断裂韧性，空气环境中Kc1＝326.4，在充氢条件下Kc2＝262.2，断裂韧性值相较空气中下降了约19.7％，试样阻碍裂纹扩展的能力出现了下降。
如图12所示，空气中裂纹扩展区域主要为大量韧窝状结构的韧性撕裂区(DT)，伸展区(SZW)较小，试样DT区中间部分扩展较大，而靠近试样表面则扩展很少。如图13所示，充氢条件下的裂纹扩展区主要为脆性断裂区(CL)，微观形貌显示出准解理特征，扩展较为均衡，这是因为试样韧性降低导致变形能力下降，伸展区(SZW)几乎不可见。
由此得出结论，在50mA/cm2充氢条件下，土壤模拟溶液环境中带有缺陷的X80管线钢有较大的氢脆敏感性，断裂模式主要为脆性断裂，抗裂纹扩展能力出现一定程度的下降。
以上对本申请实施例所提供的一种氢脆敏感性评价方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，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申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价装置，其特征在于，所述装置包括：
实验舱，用于模拟实验环境，在待测样品周围提供具有导电性的介质；
应力加载系统，用于给待测样品施加应力；
电场干扰系统，用于给待测样品施加干扰电场；
位移转移系统，与待测样品连接，用于将待测样品裂纹尺寸的变化转移出来；
位移监测系统，与位移转移系统连接，用于通过位移转移系统测量待测样品的裂纹尺寸。
2.根据权利要求1所述的力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价装置，其特征在于，所述电场干扰系统包括恒流电源和辅助电极，所述恒流电源的正负两极分别与所述待测样品、所述辅助电极电连接。
3.根据权利要求2所述的力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价装置，其特征在于，所述辅助电极为两组，分别设于所述待测样品的两侧。
4.根据权利要求1所述的力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价装置，其特征在于，所述待测样品的两端分别通过夹具与所述应力加载系统连接。
5.根据权利要求1所述的力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价装置，其特征在于，所述位移转移系统包括两根夹臂，两根夹臂的一端分别与所述待测样品连接，另一端分别连接一个滑块；两个滑块设于同一滑动杆上且均能够沿所述滑动杆滑动；两个滑块分别与所述位移监测系统的两个测量端连接。
6.根据权利要求5所述的力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价装置，其特征在于，所述滑动杆的顶端和底端分别设有用于限制滑块移动范围的固定件，底部固定件上设有两个穿孔，所述位移转移系统的两根夹臂分别从两个穿孔中穿过；所述夹臂为直角折线形，且两根夹臂平行设置；顶部固定件下表面设有弹簧，弹簧的外端与靠近的滑块的上表面连接。
7.根据权利要求4所述的力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价装置，其特征在于，所述夹具包括U型部和柄部；所述U型部的两支脚分别设有相对应的圆孔；两个圆孔和设于所述待测样品上的加载销安装孔，三孔一线，供加载销穿过，起到固定待测样品的作用；所述柄部与所述应力加载系统连接。
8.根据权利要求1所述的力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价装置，其特征在于，所述装置还包括除氧系统，用于给实验舱的内部除氧。
9.一种力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价方法，其特征在于，所述方法通过如权利要求1-8任一所述的装置实现；
所述方法的步骤包括：
S1、在待测样品的预设裂纹区域制备预设裂纹；再通过导线将待测样品与电场干扰系统的负极连接；
用绝缘胶将待测样品密封，密封范围为预设裂纹区域外的全部区域；
S2、将待测样品的两端与应力加载系统连接，并将具有导电性的介质加入到实验舱内；
S3、开启电场干扰系统和应力加载系统，开始力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价试验，同时通过位移转移系统和位移监测系统测量预设裂纹的张开位移；
S4、根据测量到的预设裂纹的张开位移以及待测样品自身具有的参数计算待测样品的敏感断裂抗力δ值、应力强度因子。
10.根据权利要求9所述的力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价方法，其特征在于，开启电场干扰系统和应力加载系统之前，对实验舱内部进行除氧操作。
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