CN113008769B - 应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料测试领域，旨在解决现有的气氛腐蚀试验无法准确预测结构件服役过程中的腐蚀速率的问题，提供应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置及试验方法。一种应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置，其包括密封反应容器、应力加载系统和气氛控制系统；气氛控制系统连通密封反应容器，用于控制密封反应容器内的气氛；应力加载系统置于密封反应容器内，并包括底座板、顶板、连接杆和砝码；连接杆垂直连接于底座板上，顶板可滑动地套设于连接杆，并能够沿连接杆向靠近或远离底座板的方向移动；砝码支撑于顶板之上。本发明的有益效果是能在恒定载荷的压应力作用过程中，实现应力腐蚀与气氛加速腐蚀耦合效应，符合结构件实际服役时的腐蚀特性。

Description

应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及材料测试领域，具体而言，涉及应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置及试验方法。
背景技术
结构件在服役过程中的气氛腐蚀速率往往大于其在气氛腐蚀试验中的速率，制约着结构件服役寿命及使役性能的精确预测。
发明内容
本发明旨在提供一种应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置，以解决现有的气氛腐蚀试验无法准确预测结构件服役过程中的腐蚀速率的问题。
本发明还提供一种应力与气氛耦合腐蚀试验方法。
本发明的实施例是这样实现的：
一种应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置，其包括密封反应容器、应力加载系统和气氛控制系统；
所述气氛控制系统连通所述密封反应容器，用于控制所述密封反应容器内的气氛；
所述应力加载系统置于所述密封反应容器内，并包括底座板、顶板、连接杆和砝码；所述连接杆垂直连接于所述底座板上，所述顶板可滑动地套设于所述连接杆，并能够沿所述连接杆向靠近或远离所述底座板的方向移动；所述砝码支撑于所述顶板之上。
本方案中的应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置使用时，将待检测构件置于底座板上，然后通过砝码下压顶板至使顶板和砝码共同下压待检测构件，以对待检测构件施加等于砝码和顶板的重力之和的压力，如此便可实现对待检测构件进行应力与气氛耦合腐蚀试验，试验结果更贴近构件的实际工作状况。
在一种实施方式中：
所述底座板为圆板状，所述连接杆共有三个，且呈等边三角形分布。
在一种实施方式中：
所述顶板上设有用于容许所述连接杆穿过的通孔，所述顶板上连接有直线轴承，所述直线轴承的内孔对应所述顶板的开孔；
所述连接杆穿过所述通孔和开孔，并和所述直线轴承实现滑动配合。
在一种实施方式中：
所述底座板的下表面连接有多个面分布的支脚。
在一种实施方式中：
所述气氛控制系统包括真空泵组、气体源、加热装置、四极杆质谱仪、气体分析探测仪、温湿度传感器以及压力传感器；
所述真空泵组连通所述密封反应容器，并能够对所述密封反应容器进行抽真空；
所述气体源连通所述密封反应容器，并能够向所述密封反应容器内通入一种或者多种气体；
所述加热装置设置于所述密封反应容器内，并能够对所述密封反应容器进行加热；
所述四极杆质谱仪通过微漏阀连接所述密封反应容器，用于在线标定真空反应容器内气体组成与成分；
所述气体分析探测仪、温湿度传感器和压力传感器分别连接于所述密封反应容器，并能够测量密封反应容器内气体的成分、温湿度和压力。
在一种实施方式中：
所述密封反应容器包括罐体本体和箱体盖板；
所述气体源通过设置于所述罐体本体上的气路接口连通所述密封反应容器内部；所述真空泵组、加热装置、气体分析探测仪、温湿度传感器及压力传感器分别通过开设于所述罐体本体上的法兰接口连接于所述密封反应容器。
在一种实施方式中：
所述罐体本体上设置有观察窗。
本发明实施例还提供一种应力与气氛耦合腐蚀试验方法，其包括：
1)将待检测构件置于密封反应容器内，并对待检测构件施加设定压力的荷载；
2)对密封反应容器进行密封并抽真空，使真空度达到5.0×10-3Pa以下；
3)通过加热装置使密封反应容器温度达到设定值；
4)向密封反应容器中充入一种或多种气体，并用气体分析探测仪实时监测密封反应容器中气体含量，在气体含量达到设定值以后停止充气；
5)试验中实时监测并调节气体含量，维持密封反应容器内气体分压保持在设定值；
6)观察和记录待检测构件的在密封反应容器内随时间的腐蚀情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中提及之附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1中示出了本发明实施例中的应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置的结构示意图；
图2中示出了本发明实施例中的应力加载系统的结构示意图。
图标：10-应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置；11-密封反应容器；12-应力加载系统；13-气氛控制系统；14-底座板；15-顶板；16-连接杆；17-砝码；18-待检测构件；20-直线轴承；21-支脚；22-支脚连接器；23-真空泵组；24-气体源；25-进气管；26-加热装置；27-气体分析探测仪；28-温湿度传感器；29-压力传感器；30-罐体本体；31-箱体盖板；32-气路接口；33-法兰接口；34-观察窗；35-四级杆质谱仪；36-微漏阀；37-流量计。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，本发明的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，本发明的描述中若出现“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
请配合参见图1和图2，本实施例提供一种应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置10，其包括密封反应容器11、应力加载系统12和气氛控制系统13。
其中，气氛控制系统13连通密封反应容器11，用于控制密封反应容器11内的气氛。应力加载系统12置于密封反应容器11内，并包括底座板14、顶板15、连接杆16和砝码17；连接杆16垂直连接于底座板14上，顶板15可滑动地套设于连接杆16，并能够沿连接杆16向靠近或远离底座板14的方向移动；砝码17支撑于顶板15之上。
本方案中的应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置10使用时，将待检测构件18置于底座板14上，然后通过砝码17下压顶板15至使顶板15和砝码17共同下压待检测构件18，以对待检测构件18施加等于砝码17和顶板15的重力之和的压力，如此便可实现对待检测构件18进行应力与气氛耦合腐蚀试验，试验结果更贴近构件的实际工作状况。
配合参见图2，本实施例中，底座板14为圆板状，连接杆16共有三个，且呈等边三角形分布。顶板15上设有用于容许连接杆16穿过的通孔，顶板15上连接有直线轴承20，直线轴承20的内孔对应顶板15的开孔；连接杆16穿过通孔和开孔，并和直线轴承20实现滑动配合。底座板14的下表面连接有多个面分布的支脚21。支脚21通过支脚连接器22连接于底座板14。
参见图1，本实施例中，气氛控制系统13包括真空泵组23、气体源24、加热装置26、气体分析探测仪27、温湿度传感器28及压力传感器29；真空泵组23连通密封反应容器11，并能够对密封反应容器11进行抽真空；气体源24连通密封反应容器11，并能够向密封反应容器11内通入一种或者多种气体，例如，气体可以是包括O2、N2、H2、CO2和H2O中的一种或多种，也可以是其他气体；加热装置26设置于密封反应容器11内，并能够对密封反应容器11进行加热，加热装置可以为电阻丝或碘钨灯，且位于真空密封容器内侧壁，温度范围可控制在20℃-200℃；气体分析探测仪27、温湿度传感器28和压力传感器29分别连接于密封反应容器11，并能够测量密封反应容器11内气体的成分、温湿度和压力。其中，温湿度传感器范围-40℃～120℃、0～100％RH，气体分析探测仪27的氢探头量程可以为0-50％vol，氧探头量程0-100vol％，分辨率均为±0.001％。可选地，还可设置四级杆质谱仪35通过微漏阀36连接密封反应容器11，以标定各类气体含量检测仪。可选地，密封反应容器11包括罐体本体30和箱体盖板31，罐体本体30和箱体盖板31均采用不锈钢制成，两者通过真空用氟橡胶圈密封；气体源24通过设置于罐体本体30上的气路接口32连通密封反应容器11内部；可选地，气体源24通过进气管25连接气路接口32，而在进气管25上可串设流量计37用于控制进气量。其中流量计可以包括体积流量计或质量流量计。真空泵组23、加热装置26、气体分析探测仪27、温湿度传感器28及压力传感器29分别通过开设于罐体本体30上的法兰接口33连接于密封反应容器11。可选地，罐体本体30上设置有DN100观察窗34，其通过氟橡胶圈密封。
本发明实施例还提供一种应力与气氛耦合腐蚀试验方法，其包括：
1)将待检测构件18置于密封反应容器11内，并对待检测构件18施加设定压力的荷载；
1)对密封反应容器11进行密封并抽真空，使真空度达到5.0×10-3Pa以下；
3)通过加热装置26使密封反应容器11温度达到设定值；
4)向密封反应容器11中充入一种或多种气体，并用气体分析探测仪27实时监测密封反应容器11中气体含量，在气体含量达到设定值以后停止充气；
5)试验中实时监测并调节气体含量，维持密封反应容器11内气体分压保持在设定值；
6)观察和记录待检测构件18的在密封反应容器11内随时间的腐蚀情况。
综合以上描述，本实施例中的应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置10具有能够在恒定载荷的压应力作用过程中，实现应力腐蚀与气氛加速腐蚀耦合效应，符合结构件实际服役时的腐蚀特性，试验结果具有较高的可用性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置，其特征在于：
包括密封反应容器、应力加载系统和气氛控制系统；
所述气氛控制系统连通所述密封反应容器，用于控制所述密封反应容器内的气氛；
所述应力加载系统置于所述密封反应容器内，并包括底座板、顶板、连接杆和砝码；所述连接杆垂直连接于所述底座板上，所述顶板可滑动地套设于所述连接杆，并能够沿所述连接杆向靠近或远离所述底座板的方向移动；所述砝码支撑于所述顶板之上；
所述气氛控制系统包括加热装置、四极杆质谱仪和气体分析探测仪；
所述加热装置设置于所述密封反应容器内，并能够对所述密封反应容器进行加热；
所述四极杆质谱仪通过微漏阀连接所述密封反应容器，用于在线标定真空反应容器内气体组成与成分；
所述气体分析探测仪连接于所述密封反应容器，并能够测量密封反应容器内气体的成分；
所述密封反应容器包括罐体本体和箱体盖板，所述罐体本体上设置有观察窗。
2.根据权利要求1所述的应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置，其特征在于：
所述底座板为圆板状，所述连接杆共有三个，且呈等边三角形分布。
3.根据权利要求1所述的应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置，其特征在于：
所述顶板上设有用于容许所述连接杆穿过的通孔，所述顶板上连接有直线轴承，所述直线轴承的内孔对应所述顶板的开孔；
所述连接杆穿过所述通孔和开孔，并和所述直线轴承实现滑动配合。
4.根据权利要求1所述的应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置，其特征在于：
所述底座板的下表面连接有多个面分布的支脚。
5.根据权利要求1所述的应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置，其特征在于：
所述气氛控制系统还包括真空泵组、气体源、温湿度传感器以及压力传感器；
所述真空泵组连通所述密封反应容器，并能够对所述密封反应容器进行抽真空；
所述气体源连通所述密封反应容器，并能够向所述密封反应容器内通入一种或者多种气体；
所述温湿度传感器和压力传感器分别连接于所述密封反应容器，并能够测量密封反应容器内气体的温湿度和压力。
6.根据权利要求5所述的应力与气氛耦合加速腐蚀试验装置，其特征在于：
所述气体源通过设置于所述罐体本体上的气路接口连通所述密封反应容器内部；所述真空泵组、加热装置、气体分析探测仪、温湿度传感器及压力传感器分别通过开设于所述罐体本体上的法兰接口连接于所述密封反应容器。
7.一种应力与气氛耦合腐蚀试验方法，其特征在于，该方法包括：
1)将待检测构件置于密封反应容器内，并对待检测构件施加设定压力的荷载；
2)对密封反应容器进行密封并抽真空，使真空度达到5.0×10-3Pa以下；
3)通过加热装置使密封反应容器温度达到设定值；
4)向密封反应容器中充入一种或多种气体，并用气体分析探测仪实时监测密封反应容器中气体含量，在气体含量达到设定值以后停止充气；
5)试验中实时监测并调节气体含量，维持密封反应容器内气体分压保持在设定值；
6)观察和记录待检测构件的在密封反应容器内随时间的腐蚀情况。
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