CN114371082A - 应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置、试验方法 - Google Patents

应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置、试验方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114371082A
CN114371082A CN202210054113.4A CN202210054113A CN114371082A CN 114371082 A CN114371082 A CN 114371082A CN 202210054113 A CN202210054113 A CN 202210054113A CN 114371082 A CN114371082 A CN 114371082A
Authority
CN
China
Prior art keywords
test
sample
gas
potential
pair
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210054113.4A
Other languages
English (en)
Inventor
雒设计
闫湃
徐向前
吕祥鸿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Shiyou University
Original Assignee
Xian Shiyou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Shiyou University filed Critical Xian Shiyou University
Priority to CN202210054113.4A priority Critical patent/CN114371082A/zh
Publication of CN114371082A publication Critical patent/CN114371082A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
    • G01N3/12—Pressure testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/006—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light of metals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0019—Compressive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/0042—Pneumatic or hydraulic means
    • G01N2203/0044—Pneumatic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0062—Crack or flaws
    • G01N2203/0066—Propagation of crack
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022—Environment of the test
    • G01N2203/0236—Other environments
    • G01N2203/024—Corrosive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0617—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

本发明涉及一种应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置、试验方法，属于金属材质应力腐蚀技术领域，夹具对试样施加弹性应力，密闭测试容器盛放测试溶液和试样，试验气体增压装置向密闭测试容器内部通入试验气体至预设压力，恒流源向试样通入恒电流，电位探测装置测量一对测点中每个测点的电位，计算机根据测量的一对测点中每个测点的电位确定试样是否开裂或试样上的裂纹扩展速率，实现了对金属材料的应力腐蚀开裂裂纹扩展速率的评价和开裂监测。

Description

应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置、试验方法
技术领域
本发明涉及金属材质应力腐蚀技术领域，特别是涉及一种应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置、试验方法。
背景技术
离心压缩机是石油天然气、化工行业的重要构件，其服役环境为高压氢、少量甲烷、乙烷、硫化氢和水汽等。当使用混合气体时，H2S气体溶于水溶液后，会生成一种弱酸，使溶液的pH值下降，从而导致金属发生腐蚀。离心风机在工作过程中，风机的叶轮因旋转承受应力的作用，包括恒定的拉伸应力和可能的震动引起的变动应力，因材料的腐蚀、性能退化，叶轮存在低应力断裂的风险，产生应力腐蚀开裂(SCC)，造成停工停产和经济损失。
针对上述情况，在含H2S环境中服役的构件都需要对材料的应力腐蚀开裂行为进行测试，NACE TM 0177-2015标准中对在含H2S环境中应力腐蚀的试验方法和设备做了规定，即对试样施加恒定载荷后将试样置于含H2S的环境中，经过720h后观察试样是否存在裂纹或者发生断裂作为评价材料抗应力腐蚀开裂的依据，如果试样存在或者断裂表明材料不抗硫化氢应力腐蚀，否则材料具有良好的抗硫化氢应力腐蚀能力。但上述方法将测试结束后试样是否存在裂纹或发生断裂作为应力腐蚀开裂的判定依据，存在测试周期长，不能对开裂进行实时监测的缺点。发明专利“一种硫化物应力腐蚀开裂试验装置”(CN104697873A)，公开了一种应力腐蚀试验装置，可准确检测试验过程中施加的载荷，消除加载过程中试样上的弯矩，提高了试验结果的准确性，但其对试样施加的力只能是轴向，无法测试对试样施加径向的力时对试样产生的影响；发明专利“模拟金属材质在实际工况条件下的应力腐蚀实验装置”(CN105021455A)，公开了一种实际工况条件下的应力腐蚀实验装置，解决了现有技术中试样装置不能真实模拟工况环境中溶液冲刷的问题；发明专利“一种复合加载应力腐蚀试验装置及方法”(CN105388101A)，公开了一种符合加载应力腐蚀试验装置可实现钻杆、油套管材料在油气井下高温高压多相流腐蚀介质及承受拉伸、扭转、液体流动冲击的复杂受力工况的耐腐蚀性能研究，但其无法模拟在高压氢和H2S环境下试样的性能，且上述对金属应力腐蚀行为进行检测的方法都无法预测应力腐蚀开裂裂纹扩展速率。
上述的标准和专利在试验过程中，由于高温高压环境下釜内极高的密闭性以及试样的夹具等多方面因素，均不能实现高压氢和H2S环境下应力腐蚀开裂裂纹扩展及实时直观地观察到釜内试样开裂的情况。目前国内也还没有一种对金属材料的应力腐蚀开裂裂纹扩展速率进行评价和监测的设备，因此需要一种高压氢和硫化氢应力腐蚀开裂裂纹扩展速率评价及监测装置，具有很大的应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置、试验方法，以实现对金属材料的应力腐蚀开裂裂纹扩展速率的评价和开裂监测。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置，所述装置包括：密闭测试容器、试验气体增压装置、夹具、恒流源、电位探测装置和计算机；
试样固定在夹具上，所述夹具用于对所述试样施加弹性应力，使所述试样的凸性表面部分产生均匀的纵向张应力；
所述密闭测试容器用于盛放测试溶液，并在测试溶液中放置固定有试样的夹具；所述试验气体增压装置的气体输出端穿过所述密闭测试容器的器壁进入所述密闭测试容器的内部，所述试验气体增压装置用于向盛放了测试溶液和试样的密闭测试容器内部通入试验气体，使密闭测试容器的内部压力达到预设压力；所述试验气体包括氢气和硫化氢；
所述试样通过导线分别与恒流源的正极和负极连接；所述恒流源用于向所述试样通入恒电流；
在所述试样上设置一对测点，一对测点通过导线与电位探测装置连接；所述电位探测装置用于测量一对测点中每个测点的电位；
电位探测装置与计算机连接，所述计算机用于根据电位探测装置测量的一对测点中每个测点的电位确定试样是否开裂或试样上的裂纹扩展速率。
可选的，所述密闭测试容器包括：釜体、釜盖和多个螺栓；
釜体和釜盖通过多个螺栓进行密封；
所述釜体用于盛放测试溶液和放置于测试溶液中的试样；
与恒流源的正极和负极连接的导线以及与电位探测装置连接的导线穿过釜盖后与所述试样连接；所述试验气体增压装置的气体输出端穿过釜盖后位于所述釜体的测试溶液中。
可选的，所述试验气体增压装置包括：氢气气瓶、硫化氢气瓶、第一气瓶调节器、第一气瓶安全阀、第二气瓶调节器、第二气瓶安全阀和空气压缩机；
氢气气瓶依次通过第一气瓶调节器和第一气瓶安全阀与空气压缩机的气体输入端连接，硫化氢气瓶依次通过第二气瓶调节器和第二气瓶安全阀与空气压缩机的气体输入端连接，空气压缩机的气体输出端穿过所述密闭测试容器的器壁进入所述密闭测试容器的内部；
所述空气压缩机用于将氢气气瓶中的氢气或硫化氢气瓶中的硫化氢输送至密闭测试容器，使所述密闭测试容器的内部压力达到预设压力。
可选的，所述电位探测装置包括：模数转换模块和信号放大器；
在所述试样上设置的一对测点通过导线与模数转换模块的信号输入端连接，模数转换模块的信号输出端与信号放大器的信号输入端连接；所述模数转换模块用于将测量的一对测点中每个测点的电位模拟信号转换为电位数字信号；
信号放大器的信号输出端与计算机连接；所述信号放大器用于将所述电位数字信号放大后传输至所述计算机。
可选的，所述装置还包括：有毒气体回收装置和有毒气体检测装置；
有毒气体回收装置的测量端穿过所述密闭测试容器的器壁进入所述密闭测试容器的内部，所述有毒气体回收装置用于回收所述密闭测试容器中的有毒气体；
有毒气体检测装置设置于所述密闭测试容器的外部，所述有毒气体检测装置用于检测空气中的有毒气体，并在检测到有毒气体时发出警报。
可选的，当进行应力腐蚀开裂裂纹扩展速率评价试验时，所述试样为预制长度为2mm裂纹的四点弯曲试样；
当进行应力腐蚀开裂监测试验时，所述试样为无缺口型四点弯曲试样和有缺口型四点弯曲试样。
一种应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置的试验方法，所述试验方法包括：
加工试样，并在加工好的试样上设置一对测点；
在加工好的试样上焊接与恒流源的正极和负极连接的导线，并在一对测点所在位置处焊接与电位探测装置连接的导线；
配置测试溶液；
将试样安装在夹具上，并利用夹具对所述试样施加弹性应力；
在密闭测试容器中放入配置好的测试溶液，并将安装试样的夹具放置于测试溶液中；
通过试验气体增压装置向所述密闭测试容器内部通入氢气，使密闭测试容器的内部压力达到第一预设压力；
通过试验气体增压装置向所述密闭测试容器内部通入硫化氢气体，使密闭测试容器的内部压力达到第二预设压力；
开启电位探测装置实时测量一对测点中每个测点的电位；
根据测量的一对测点中每个测点的电位，确定试样是否开裂或试样上的裂纹扩展速率。
可选的，所述通过试验气体增压装置向所述密闭测试容器内部通入氢气，使密闭测试容器的内部压力达到第一预设压力，之前还包括：
向密闭测试容器的内部充入空气至预定压力，保压24h，进行气密性检查；
若气密性良好，则将密闭测试容器内部的空气泄压。
可选的，根据测量的一对测点中每个测点的电位，确定试样上的裂纹扩展速率，具体包括：
根据测量的一对测点中每个测点的电位，获得一对测点的电位差，作为试验后测点电位差；
根据试验前测点电位差、试验后测点电位差和试验前裂纹长度，利用裂纹长度计算模型，确定试验后裂纹长度；所述裂纹长度计算模型为
Figure BDA0003475498960000051
和
Figure BDA0003475498960000052
之间的对应关系，其中，a1为试验后裂纹长度，a0为试验前裂纹长度，V1为试验后测点电位差，V0为试验前测点电位差；
根据试验后裂纹长度，计算试样上的裂纹扩展速率。
可选的，根据测量的一对测点中每个测点的电位，确定试样是否开裂，具体包括：
根据测量的一对测点中每个测点的电位，获得一对测点的电位差；
当一对测点的电位差剧增时，判定试样发生了开裂。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置、试验方法，夹具对试样施加弹性应力，密闭测试容器盛放测试溶液和试样，试验气体增压装置向密闭测试容器内部通入试验气体至预设压力，恒流源向试样通入恒电流，电位探测装置测量一对测点中每个测点的电位，计算机根据测量的一对测点中每个测点的电位确定试样是否开裂或试样上的裂纹扩展速率，实现了对金属材料的应力腐蚀开裂裂纹扩展速率的评价和开裂监测。
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为本发明提供的应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置的结构示意图；
图2为本发明提供的夹具示意图；
图3为本发明提供的裂纹扩展速率评价试验使用的试样示意图；
图4为本发明提供的应力腐蚀开裂监测试验使用的试样示意图；图4(a)为无缺口型四点弯曲试样的结构示意图，图4(b)为有缺口型四点弯曲试样的结构示意图。
符号说明：1-空气压缩机，2-螺栓，3-压力表，4-釜盖，5-恒流源，6-电位探测装置，7-计算机，8-有毒气体回收装置，9-夹具，10-釜体，11-气瓶，12-气瓶调节器，13-气瓶安全阀，14-有毒气体检测装置，15-螺丝，16-聚四氟乙烯棒，17-试样。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置、试验方法，以实现对金属材料的应力腐蚀开裂裂纹扩展速率的评价和开裂监测。
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作进一步详细的说明。
本发明提供了一种应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置，如图1所示，装置包括：密闭测试容器、试验气体增压装置、夹具9、恒流源5、电位探测装置6和计算机7。
密闭测试容器用于盛放测试溶液和放置于测试溶液中的试样17；试验气体增压装置的气体输出端穿过密闭测试容器的器壁进入密闭测试容器的内部，试验气体增压装置用于向盛放了测试溶液和试样17的密闭测试容器内部通入试验气体，使密闭测试容器的内部压力达到预设压力；试验气体包括氢气和硫化氢。
试样17固定在夹具9上，夹具9用于对试样17施加弹性应力，使试样17的凸性表面部分产生均匀的纵向张应力。试样17通过导线分别与恒流源5的正极和负极连接；恒流源5用于向试样17通入恒电流。在试样17上设置一对测点，一对测点通过导线与电位探测装置6连接。电位探测装置6用于测量一对测点中每个测点的电位。电位探测装置6与计算机7连接，计算机7用于根据电位探测装置6测量的一对测点中每个测点的电位确定试样17是否开裂或试样17上的裂纹扩展速率。
其中，导线的具体连接方式为：焊接在试样17外表面最大受力区或缺口或预制裂纹两侧的铜导线与外加恒流源5的正负极连接，焊接在试样17外表面非缺口或预制裂纹任意区域的铜导线与电位探测装置6连接。
参照图2，在试样17和夹具9接触的区域使用聚四氟乙烯棒16进行隔绝，避免试样17与夹具9之间发生电偶腐蚀。利用螺丝15对式样施加弹性应力。
利用压力表3测量密闭测试容器的内部压力。
密闭测试容器包括：釜体10、釜盖4和多个螺栓2。釜体10和釜盖4通过多个螺栓2进行密封；釜体10用于盛放测试溶液和放置于测试溶液中的试样17；与恒流源5的正极和负极连接的导线以及与电位探测装置6连接的导线穿过釜盖4后与试样17连接；试验气体增压装置的气体输出端穿过釜盖4后位于釜体10的测试溶液中。优选的，螺栓2的数量为6个。
试验气体增压装置包括：氢气气瓶、硫化氢气瓶、第一气瓶调节器、第一气瓶安全阀、第二气瓶调节器、第二气瓶安全阀和空气压缩机1。氢气气瓶依次通过第一气瓶调节器和第一气瓶安全阀与空气压缩机1的气体输入端连接，硫化氢气瓶依次通过第二气瓶调节器和第二气瓶安全阀与空气压缩机1的气体输入端连接，空气压缩机1的气体输出端穿过密闭测试容器的器壁进入密闭测试容器的内部。空气压缩机1用于将氢气气瓶中的氢气或硫化氢气瓶中的硫化氢输送至密闭测试容器，使密闭测试容器的内部压力达到预设压力。即，图1中的两个气瓶11分别为氢气气瓶、硫化氢气瓶，两个气瓶调节器12分别为第一气瓶调节器和第二气瓶调节器，两个气瓶安全阀13分别为第一气瓶安全阀和第二气瓶安全阀。
电位探测装置6包括：模数转换模块和信号放大器。在试样17上设置的一对测点通过导线与模数转换模块的信号输入端连接，模数转换模块的信号输出端与信号放大器的信号输入端连接；模数转换模块用于将测量的一对测点中每个测点的电位模拟信号转换为电位数字信号。信号放大器的信号输出端与计算机7连接；信号放大器用于将电位数字信号放大后传输至计算机7。
参照图1，装置还包括：有毒气体回收装置8和有毒气体检测装置14。有毒气体回收装置8的测量端穿过密闭测试容器的器壁进入密闭测试容器的内部，有毒气体回收装置8用于回收密闭测试容器中的有毒气体。有毒气体检测装置14设置于密闭测试容器的外部，有毒气体检测装置14用于检测空气中的有毒气体，并在检测到有毒气体时发出警报。避免试验人员受到不必要的伤害。
如图3所示，当进行应力腐蚀开裂裂纹扩展速率评价试验时，试样17为预制长度为2mm裂纹的四点弯曲试样17，长度范围为50mm-200mm，宽度范围为4mm-20mm，厚度范围为1.5mm-7mm的试样17。
如图4所示，当进行应力腐蚀开裂监测试验时，试样17为无缺口型四点弯曲试样17和有缺口型四点弯曲试样17，试样17长度范围50mm-200mm，宽度范围4mm-20mm，厚度范围1.5mm-7mm。有缺口型四点弯曲试样17用来研究在预损伤协同作用下对金属材料应力腐蚀开裂性能影响。
测试溶液可为NACE TM 0177种的A溶液(5％NaCl+0.5％CH3COOH+蒸馏水)，将50g的NaCl、5g的CH3COOH化学纯试剂溶于945g的蒸馏水中配制成测试溶液，其pH值范围2.6-2.8。测试溶液不限于A溶液，可根据材料的实际服役环境选择，3.5％NaCl、模拟溶液、钻井液等。
本发明的应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置可适用于碳钢、不锈钢、钛合金等多种金属的应力腐蚀开裂裂纹扩展速率评价及监测，以及其他气体和液体环境下的应力腐蚀开裂评价及检测。
一种应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置的试验方法包括以下步骤：
步骤1，加工试样，并在加工好的试样上设置一对测点。
将待测试材料加工成一定尺寸的板状试样，满足表面粗糙度的要求。
步骤2，在加工好的试样上焊接与恒流源的正极和负极连接的导线，并在一对测点所在位置处焊接与电位探测装置连接的导线。
步骤3，配置测试溶液。
根据具体的服役环境，使用分析纯化学试剂和蒸馏水按照一定的比例配制测试溶液。
步骤4，将试样安装在夹具上，并利用夹具对试样施加弹性应力。
将用砂纸逐级打磨且清洗干净的应力腐蚀开裂裂纹扩展速率评价试样或应力腐蚀开裂监测试样安装在四点弯曲夹具上，如图2，依据标准GB/T15970.2-2000利用试样夹具对试样施加弹性应力，使试样夹具的内支点间的试样凸性表面部分产生均匀的纵向张应力。
四点弯曲最大张应力在试样外侧表面中心位置，最大张应力可表示为：
Figure BDA0003475498960000091
其中：σmax-最大张应力，Pa；E为材料的弹性模量，Pa；t为试样厚度，m；y为试样的最大挠度，m；H为两支点间的距离，m；A为内外支点间的距离，m。
步骤5，在密闭测试容器中放入配置好的测试溶液，并将安装试样的夹具放置于测试溶液中。
在釜体内放入配制好的溶液和准备好的试样及夹具，且避免和釜体内壁接触，再将釜盖和釜体密封。
步骤5之后，对密闭测试容器进行气密性检测：
向密闭测试容器的内部充入空气至预定压力，保压24h，进行气密性检查；若气密性良好，则将密闭测试容器内部的空气泄压。
步骤6，通过试验气体增压装置向密闭测试容器内部通入氢气，使密闭测试容器的内部压力达到第一预设压力。
步骤7，通过试验气体增压装置向密闭测试容器内部通入硫化氢气体，使密闭测试容器的内部压力达到第二预设压力。
步骤8，开启电位探测装置实时测量一对测点中每个测点的电位。
步骤9，根据测量的一对测点中每个测点的电位，确定试样是否开裂或试样上的裂纹扩展速率。
在一个示例中，确定试样上的裂纹扩展速率的方法为：
根据测量的一对测点中每个测点的电位，获得一对测点的电位差，作为试验后测点电位差；
根据试验前测点电位差、试验后测点电位差和试验前裂纹长度，利用裂纹长度计算模型，确定试验后裂纹长度；裂纹长度计算模型为
Figure BDA0003475498960000101
和
Figure BDA0003475498960000102
之间的对应关系，其中，a1为试验后裂纹长度，a0为试验前裂纹长度，V1为试验后测点电位差，V0为试验前测点电位差；
裂纹长度计算模型采用电位函数a10/a0～V10/V0对电位进行三次样条函数插值求裂纹长度，裂纹长度计算模型的确定过程为：
Figure BDA0003475498960000103
Figure BDA0003475498960000104
Figure BDA0003475498960000105
Figure BDA0003475498960000106
其中：ΔV10＝V1-V0，Δa10＝a1-a0。ΔV1、ΔV0、Δa1、Δa0分别表示各自的微元值。
可以由Δa10/a0求出ΔV10/V0，继而可以确定Δa1/a1～ΔV1/V1的数值关系，并得试验后裂纹长度并算出da/dt，实现对裂纹扩展速率的评价。
在一个示例中，根据试验后裂纹长度，计算试样上的裂纹扩展速率。
确定试样是否开裂的方法为：
根据测量的一对测点中每个测点的电位，获得一对测点的电位差；
当一对测点的电位差剧增时，判定试样发生了开裂。
对断裂时间的监测可精确到0.1h。
本发明的应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置还可用于确定开裂点：利用电位函数将监测到的电位变化确定为开裂点。
本发明利用夹具对试样施加弹性应力，密闭测试容器盛放测试溶液和试样，试验气体增压装置向密闭测试容器内部通入试验气体至预设压力，恒流源向试样通入恒电流，电位探测装置测量一对测点中每个测点的电位，计算机根据测量的一对测点中每个测点的电位确定试样是否开裂或试样上的裂纹扩展速率，实现了对金属材料的应力腐蚀开裂裂纹扩展速率的评价和开裂监测。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文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 (10)

1.一种应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置，其特征在于，所述装置包括：密闭测试容器、试验气体增压装置、夹具、恒流源、电位探测装置和计算机；
试样固定在夹具上，所述夹具用于对所述试样施加弹性应力，使所述试样的凸性表面部分产生均匀的纵向张应力；
所述密闭测试容器用于盛放测试溶液，并在测试溶液中放置固定有试样的夹具；所述试验气体增压装置的气体输出端穿过所述密闭测试容器的器壁进入所述密闭测试容器的内部，所述试验气体增压装置用于向盛放了测试溶液和试样的密闭测试容器内部通入试验气体，使密闭测试容器的内部压力达到预设压力；所述试验气体包括氢气和硫化氢；
所述试样通过导线分别与恒流源的正极和负极连接；所述恒流源用于向所述试样通入恒电流；
在所述试样上设置一对测点，一对测点通过导线与电位探测装置连接；所述电位探测装置用于测量一对测点中每个测点的电位；
电位探测装置与计算机连接，所述计算机用于根据电位探测装置测量的一对测点中每个测点的电位确定试样是否开裂或试样上的裂纹扩展速率。
2.根据权利要求1所述的应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置，其特征在于，所述密闭测试容器包括：釜体、釜盖和多个螺栓；
釜体和釜盖通过多个螺栓进行密封；
所述釜体用于盛放测试溶液和放置于测试溶液中的试样；
与恒流源的正极和负极连接的导线以及与电位探测装置连接的导线穿过釜盖后与所述试样连接；所述试验气体增压装置的气体输出端穿过釜盖后位于所述釜体的测试溶液中。
3.根据权利要求1所述的应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置，其特征在于，所述试验气体增压装置包括：氢气气瓶、硫化氢气瓶、第一气瓶调节器、第一气瓶安全阀、第二气瓶调节器、第二气瓶安全阀和空气压缩机；
氢气气瓶依次通过第一气瓶调节器和第一气瓶安全阀与空气压缩机的气体输入端连接，硫化氢气瓶依次通过第二气瓶调节器和第二气瓶安全阀与空气压缩机的气体输入端连接，空气压缩机的气体输出端穿过所述密闭测试容器的器壁进入所述密闭测试容器的内部；
所述空气压缩机用于将氢气气瓶中的氢气或硫化氢气瓶中的硫化氢输送至密闭测试容器，使所述密闭测试容器的内部压力达到预设压力。
4.根据权利要求1所述的应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置，其特征在于，所述电位探测装置包括：模数转换模块和信号放大器；
在所述试样上设置的一对测点通过导线与模数转换模块的信号输入端连接，模数转换模块的信号输出端与信号放大器的信号输入端连接；所述模数转换模块用于将测量的一对测点中每个测点的电位模拟信号转换为电位数字信号；
信号放大器的信号输出端与计算机连接；所述信号放大器用于将所述电位数字信号放大后传输至所述计算机。
5.根据权利要求1所述的应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置，其特征在于，所述装置还包括：有毒气体回收装置和有毒气体检测装置；
有毒气体回收装置的测量端穿过所述密闭测试容器的器壁进入所述密闭测试容器的内部，所述有毒气体回收装置用于回收所述密闭测试容器中的有毒气体；
有毒气体检测装置设置于所述密闭测试容器的外部，所述有毒气体检测装置用于检测空气中的有毒气体，并在检测到有毒气体时发出警报。
6.根据权利要求1所述的应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置，其特征在于，当进行应力腐蚀开裂裂纹扩展速率评价试验时，所述试样为预制长度为2mm裂纹的四点弯曲试样；
当进行应力腐蚀开裂监测试验时，所述试样为无缺口型四点弯曲试样和有缺口型四点弯曲试样。
7.一种应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置的试验方法，其特征在于，所述试验方法包括：
加工试样，并在加工好的试样上设置一对测点；
在加工好的试样上焊接与恒流源的正极和负极连接的导线，并在一对测点所在位置处焊接与电位探测装置连接的导线；
配置测试溶液；
将试样安装在夹具上，并利用夹具对所述试样施加弹性应力；
在密闭测试容器中放入配置好的测试溶液，并将安装试样的夹具放置于测试溶液中；
通过试验气体增压装置向所述密闭测试容器内部通入氢气，使密闭测试容器的内部压力达到第一预设压力；
通过试验气体增压装置向所述密闭测试容器内部通入硫化氢气体，使密闭测试容器的内部压力达到第二预设压力；
开启电位探测装置实时测量一对测点中每个测点的电位；
根据测量的一对测点中每个测点的电位，确定试样是否开裂或试样上的裂纹扩展速率。
8.根据权利要求7所述的应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置的试验方法，其特征在于，所述通过试验气体增压装置向所述密闭测试容器内部通入氢气，使密闭测试容器的内部压力达到第一预设压力，之前还包括：
向密闭测试容器的内部充入空气至预定压力，保压24h，进行气密性检查；
若气密性良好，则将密闭测试容器内部的空气泄压。
9.根据权利要求7所述的应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置的试验方法，其特征在于，根据测量的一对测点中每个测点的电位，确定试样上的裂纹扩展速率，具体包括：
根据测量的一对测点中每个测点的电位，获得一对测点的电位差，作为试验后测点电位差；
根据试验前测点电位差、试验后测点电位差和试验前裂纹长度，利用裂纹长度计算模型，确定试验后裂纹长度；所述裂纹长度计算模型为
Figure FDA0003475498950000031
和
Figure FDA0003475498950000032
之间的对应关系，其中，a1为试验后裂纹长度，a0为试验前裂纹长度，V1为试验后测点电位差，V0为试验前测点电位差；
根据试验后裂纹长度，计算试样上的裂纹扩展速率。
10.根据权利要求7所述的应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置的试验方法，其特征在于，根据测量的一对测点中每个测点的电位，确定试样是否开裂，具体包括：
根据测量的一对测点中每个测点的电位，获得一对测点的电位差；
当一对测点的电位差剧增时，判定试样发生了开裂。
CN202210054113.4A 2022-01-18 2022-01-18 应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置、试验方法 Pending CN114371082A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210054113.4A CN114371082A (zh) 2022-01-18 2022-01-18 应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置、试验方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210054113.4A CN114371082A (zh) 2022-01-18 2022-01-18 应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置、试验方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114371082A true CN114371082A (zh) 2022-04-19

Family

ID=81143607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210054113.4A Pending CN114371082A (zh) 2022-01-18 2022-01-18 应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置、试验方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114371082A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1920521A (zh) * 2005-08-26 2007-02-28 中国科学院金属研究所 一种小尺度片状样品三点弯曲力学性能测试方法和装置
EP1887341A1 (en) * 2006-08-01 2008-02-13 Institute of Nuclear Energy Research Atomic Energy Council, Executive Yuan Method and system for producing stress corrosion cracking
CN103207141A (zh) * 2013-03-21 2013-07-17 宝鸡石油钢管有限责任公司 一种抗硫化氢应力腐蚀开裂弯曲试验装置
CN103969176A (zh) * 2014-05-21 2014-08-06 中国船舶重工集团公司第七二五研究所青岛分部 一种应力状态下低合金钢海水腐蚀试验方法
CN113588434A (zh) * 2021-07-20 2021-11-02 浙江工业大学 煤制气环境中的试样疲劳裂纹扩展速率检测装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1920521A (zh) * 2005-08-26 2007-02-28 中国科学院金属研究所 一种小尺度片状样品三点弯曲力学性能测试方法和装置
EP1887341A1 (en) * 2006-08-01 2008-02-13 Institute of Nuclear Energy Research Atomic Energy Council, Executive Yuan Method and system for producing stress corrosion cracking
CN103207141A (zh) * 2013-03-21 2013-07-17 宝鸡石油钢管有限责任公司 一种抗硫化氢应力腐蚀开裂弯曲试验装置
CN103969176A (zh) * 2014-05-21 2014-08-06 中国船舶重工集团公司第七二五研究所青岛分部 一种应力状态下低合金钢海水腐蚀试验方法
CN113588434A (zh) * 2021-07-20 2021-11-02 浙江工业大学 煤制气环境中的试样疲劳裂纹扩展速率检测装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
廖婉奇: "直流电位差法测低周疲劳裂纹扩展测试系统的研究", no. 11, pages 23 - 24 *
李灏等: "断裂力学", 山东科学技术出版社, pages: 96 *
樊光程等: "GH3535 合金的蠕变裂纹扩展性能研", 压力容器, vol. 37, no. 7, pages 1 - 8 *
薛河等: "基于直流电位降法的裂纹监测仪器系统设计", 传感器与微系统, vol. 39, no. 11, pages 85 - 88 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103207141A (zh) 一种抗硫化氢应力腐蚀开裂弯曲试验装置
CN107063990B (zh) 一种模拟缝隙腐蚀的电化学试验装置
CN102706750A (zh) 一种高温高压恒载荷应力腐蚀实验方法及装置
CN112284921A (zh) 基于高温液压鼓胀试样测试的材料单轴应力-应变关系确定方法
CN105891093A (zh) 一种铁磁性金属材料抗氢致开裂性能的检测方法
CN111638146A (zh) 一种穿透型裂纹钢管爆破试验方法
Hyde et al. Some considerations on specimen types for small sample creep tests
CN112816553B (zh) 一种基于支持向量机的耐热钢老化等级评估方法
CN203216822U (zh) 一种抗硫化氢应力腐蚀开裂弯曲试验装置
CN114371082A (zh) 应力腐蚀开裂监测及裂纹扩展速率评价装置、试验方法
Hosseini Assessment of crack in corrosion defects in natural gas transmission pipelines
JPH0676960B2 (ja) 繰返し荷重を受ける機械構造物の余寿命評価方法およびその装置
CN115541483A (zh) 金属材料海洋大气环境-弹性拉伸应力交互作用试验方法
Tandon et al. Evaluation of existing fracture mechanics models for burst pressure predictions, theoretical and experimental aspects
Doubov et al. The experience of gas pipeline stress-strain state control with usage of the metal magnetic memory method as compared with conventional methods and stress control means
Silva et al. Fatigue life assessment for NPS30 steel pipe
Johnsen et al. Hydrogen induced stress cracking (hisc) of stainless steels under cathodic protection in seawater: Presentation of a new test method
CN115931614A (zh) 一种模拟深海环境恒载荷应力腐蚀试验装置
CN109916731B (zh) 一种胶筒在腐蚀与应力作用下的可靠性测试装置及方法
CN115683824B (zh) 一种腐蚀环境下试件的断裂韧性测试装置
RU2465565C1 (ru) Способ изготовления образцов высоконагруженного металла нефтегазового оборудования для испытания на циклическую трещиностойкость
CN112229912A (zh) 一种三通裂纹振动测频和校核方法
CN117129416A (zh) 一种含缺陷钢管分步式恒载荷全尺寸试验系统及方法
CN113268827B (zh) 一种基于等效损伤路径含裂纹压力容器剩余寿命预测方法
CN113484226B (zh) 一种密封橡胶材料老化模拟在线监测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination