CN114383999B - 钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置及其腐蚀速度测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置及其腐蚀速度测定方法，所属钢构件腐蚀实验设备技术领域，包括耐腐蚀PE储罐，所述的耐腐蚀PE储罐下部设有与耐腐蚀PE储罐相连通的PP主管路，所述的PP主管路上设有若干与PP主管路相并联式连通的钢格构柱，所述的钢格构柱外围设有与钢格构柱相套接的环形管路，所述的环形管路与PP主管路间均设有分支管路，其中一根分支管路与耐腐蚀PE储罐上部间设有退水管路。具有安装便捷、操作简单、成本低和通用性强的特点。通过模拟加速腐蚀试验，加快对结构构件局部腐蚀试验的周期，解决了大气暴露试验周期长的问题。
Description
技术领域
本发明涉及钢构件腐蚀实验设备技术领域，具体涉及一种钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置及其腐蚀速度测定方法。
背景技术
钢材对人类文明进步起到了巨大的推动作用，在材料领域有着举足轻重的地位。由于钢材轻质高强、塑性韧性好、工业化程度高、综合经济效益好等优点，被广泛应用在水利工程、桥梁工程、建筑工程、石化工程、冶金工程、电力及输电设施、矿井设施、舰船及海洋工程、油气管道设施、飞机及车辆工程等。钢结构的应用已遍及人们的日常生活和国民经济的各个领域，但其腐蚀是一个一直困扰着我们而不容忽视的问题，其容易受到环境中腐蚀介质、水分和空气中氧的侵蚀，特别是在苛刻的海洋环境和工业环境下，钢材的腐蚀尤为严重。
锈蚀使结构构件截面损失，在荷载和腐蚀环境耦合作用下，大大降低了其承载力，严重影响结构的安全性和可靠性，甚至会带来灾难性的事故。为此需要对钢构件进行腐蚀后受力性能研究。但是，由于大气暴露试验周期很长，试验区域性强，不利于试验结果的推广和应用，促使人们开展模拟加速腐蚀试验研究，它能在短时间内较快地得到试验结果，以推测材料、结构构件长期腐蚀行为及寿命。而许多钢构件在使用过程中并非均匀腐蚀，而是局部腐蚀。现有技术的加速腐蚀箱大都是针对整个试样的腐蚀，针对钢结构大构件的局部腐蚀，如果用购买的腐蚀箱进行腐蚀，腐蚀设备本身昂贵，成本高。
发明内容
本发明主要解决现有技术中存在的不足，提供了一种钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置及其腐蚀速度测定方法，其具有安装便捷、操作简单、成本低和通用性强的特点。通过模拟加速腐蚀试验，加快对结构构件局部腐蚀试验的周期，解决了大气暴露试验周期长的问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置，包括耐腐蚀PE储罐，所述的耐腐蚀PE储罐下部设有与耐腐蚀PE储罐相连通的PP主管路，所述的PP主管路上设有若干与PP主管路相并联式连通的钢格构柱，所述的钢格构柱外围设有与钢格构柱相套接的环形管路，所述的环形管路与PP主管路间均设有分支管路，其中一根分支管路与耐腐蚀PE储罐上部间设有退水管路。
作为优选，所述的耐腐蚀PE储罐与PP主管路间设有与PP主管路相管路连通的耐腐离心泵，所述的耐腐离心泵与PP主管路间设有长闭电磁阀，所述的耐腐离心泵外围设有配电箱，所述的PP主管路与退水管路间设有与配电箱相电路连通的加热器和照明灯。
作为优选，所述的配电箱包括通用交流接触器，所述的通用交流接触器侧边设有与通用交流接触器相电路连通的空气开关，所述的空气开关与通用交流接触器间设有数显时间继电器，所述的通用交流接触器另一侧边设有与通用交流接触器相电路连通的空气漏电保护器，所述的通用交流接触器下端设有与通用交流接触器相电路连通的过热载继电器。
作为优选，所述的钢格构柱外围设有与PP主管路相连通的小试样U形管路，所述的小试样U形管路内设有腐蚀小试样，所述的小试样U形管路与PP主管路间、分支管路与PP主管路间均设有焊接球阀I。
作为优选，所述的环形管路包括若干呈矩形框架结构分布的PP直管I，竖直方向的PP直管I与水平方向的PP直管I间均设有焊接内丝弯头，所述的焊接内丝弯头与PP直管I间均设有焊接外丝直接，一侧竖直方向的PP直管I与分支管路间设有焊接四通，另一侧竖直方向的PP直管I间、PP直管I与焊接四通间均设有焊接活接，所述的PP直管I组成的框架结构内设有若干呈“T”字形结构且与焊接四通相连通的焊接三通I。
所述的小试样U形管路包括一对位于腐蚀小试样两侧的PP直管II，所述的PP直管II与PP主管路间设有焊接三通II，所述的焊接三通II与PP直管II间设有焊接弯头II，所述的焊接弯头II与PP直管II间设有焊接活接II。
所述的退水管路包括若干退水直管，竖直方向的退水直管与水平方向的退水直管间均设有焊接弯头III，所述的退水直管与分支管路间设有焊接活接III，所述的焊接活接III与退水直管间设有焊接球阀II，所述的焊接活接III与环形管路间、焊接活接III与分支管路间设有焊接三通III。
作为优选，所述的PP直管I内侧、焊接三通I上、PP直管II内侧均设有若干喷淋孔。
作为优选，所述的耐腐蚀PE储罐与PP主管路间设有PVC外丝接头，所述的PVC外丝接头与PP主管路间采用内丝连接接头进行连接固定，所述的内丝连接接头与PVC外丝接头间通过安装尼龙耐酸乙烯滤网进行过滤。
作为优选，所述的钢格构柱的非腐蚀部位的防护方法为乙烯基树脂涂层防护；所述的退水管路末端伸入耐腐蚀PE储罐的液面之上。
一种钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置的腐蚀速度测定方法，包括如下操作步骤：
步骤一，小试样的制作：分别在与钢格构柱(钢构件)翼缘和腹板同一批钢材上沿纵向割取小试样，依据《金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法》(GB/T228.1-2010)》、《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》(GB/T2975-2018)初步确定小样尺寸，测定小试样的质量m0及厚度h0，每三个小试样为一组，根据测定腐蚀速度的时间，确定小试样的组数。为确保锈蚀深度测试基准面的完整性和精确性，锈蚀前，用乙烯基树脂涂层包裹每块试件周边及上下表面的两侧，沿长度方向每边宽约2.5mm，以防锈蚀。
步骤二，除锈：达到规定腐蚀时间后，室温下对腐蚀试样除锈，50mL盐酸(HCl＝1.19g/ml)、3.5g六次甲基四胺加蒸馏水配制成1000ml溶液，浸泡一定时间后(锈层厚度不同，浸泡时间也不同)，用清水冲洗干净，吹干，测定试件的厚度(he)和质量(m1)。
步骤三，测定腐蚀速度，依据公式(1)计算质量损失W；
W＝(m0-m1)/A (1)，式中A为腐蚀小试样的腐蚀表面积。
依据腐蚀时间t，拟合W与t的函数关系，即W＝f(t)。函数的变化率可以用导数的概念准确地描述，即干湿循环环境下单位表面积的重量损失随时间的变化率为：
同理可测定厚度损失。
作为优选，
本发明能够达到如下效果：利用三维非接触式表面形貌仪对除锈后的腐蚀试件的基体金属的表面形貌进行测试，包括锈坑的分布、形状、大小、深度、面积等表面轮廓参数，并对其分布规律进行分析。小试样的腐蚀形貌可代表大构件的局部腐蚀的形貌。
本发明提供了一种钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置及其腐蚀速度测定方法，与现有技术相比较，具有安装便捷、操作简单、成本低和通用性强的特点。通过模拟加速腐蚀试验，加快对结构构件局部腐蚀试验的周期，解决了大气暴露试验周期长的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的耐腐蚀PE储罐与PP主管路的连接结构示意图。
图3是本发明的钢格构柱与环形管路的结构示意图。
图4是本发明的环形管路上喷淋孔的结构示意图。
图5是本发明的小试样U形管路的结构示意图。
图6是本发明的退水管路的结构示意图。
图7是本发明的配电箱的结构示意图。
图8是本发明的配电箱的电路工作原理的结构示意图。
图中：耐腐蚀PE储罐1，PVC外丝接头101，尼龙耐酸乙烯滤网102，内丝连接接头103，配电箱2，空气漏电保护器201，通用交流接触器202，数显时间继电器203，空气开关204，过热载继电器205，加热器3，照明灯4，退水管路5，焊接弯头III501，退水直管502，焊接球阀II 503，焊接活接III504，焊接三通III505，环形管路6，PP直管I 601，焊接内丝弯头602，焊接外丝直接603，焊接三通I 604，焊接四通605，焊接活接606，钢格构柱7，分支管路8，腐蚀小试样9，小试样U形管路10，PP直管II 1001，焊接活接II 1002，焊接三通II 1003，焊接弯头II 1004，焊接球阀I 11，PP主管路12，长闭电磁阀13，耐腐离心泵14，喷淋孔15。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：如图1-8所示，一种钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置，包括耐腐蚀PE储罐1，耐腐蚀PE储罐1下部设有与耐腐蚀PE储罐1相连通的PP主管路12，耐腐蚀PE储罐1与PP主管路12间设有PVC外丝接头101，PVC外丝接头101与PP主管路12间采用内丝连接接头103进行连接固定，内丝连接接头103与PVC外丝接头101间通过安装尼龙耐酸乙烯滤网102进行过滤。耐腐蚀PE储罐1与PP主管路12间设有与PP主管路12相管路连通的耐腐离心泵14，耐腐离心泵14与PP主管路12间设有长闭电磁阀13，耐腐离心泵14外围设有配电箱2，PP主管路12与退水管路5间设有与配电箱2相电路连通的加热器3和照明灯4。PP主管路12上设有3组与PP主管路12相并联式连通的钢格构柱7，每组3个，钢格构柱7的非腐蚀部位的防护方法为乙烯基树脂涂层防护。钢格构柱7外围设有与钢格构柱7相套接的环形管路6，环形管路6与PP主管路12间均设有分支管路8，其中一根分支管路8与耐腐蚀PE储罐1上部间设有退水管路5。退水管路5末端伸入耐腐蚀PE储罐1的液面之上。钢格构柱7外围设有与PP主管路12相连通的小试样U形管路10，小试样U形管路10内设有腐蚀小试样9，小试样U形管路10与PP主管路12间、分支管路8与PP主管路12间均设有焊接球阀I 11。
配电箱2包括通用交流接触器202，通用交流接触器202侧边设有与通用交流接触器202相电路连通的空气开关204，空气开关204与通用交流接触器202间设有数显时间继电器203，通用交流接触器202另一侧边设有与通用交流接触器202相电路连通的空气漏电保护器201，通用交流接触器202下端设有与通用交流接触器202相电路连通的过热载继电器205。
环形管路6包括6根呈矩形框架结构分布的PP直管I 601，竖直方向的PP直管I 601与水平方向的PP直管I 601间均设有焊接内丝弯头602，焊接内丝弯头602与PP直管I 601间均设有焊接外丝直接603，一侧竖直方向的PP直管I601与分支管路8间设有焊接四通605，另一侧竖直方向的PP直管I 601间、PP直管I 601与焊接四通605间均设有焊接活接606，PP直管I 601组成的框架结构内设有若干呈“T”字形结构且与焊接四通605相连通的焊接三通I604。
小试样U形管路10包括一对位于腐蚀小试样9两侧的PP直管II 1001，PP直管II1001与PP主管路12间设有焊接三通II 1003，焊接三通II 1003与PP直管II 1001间设有焊接弯头II 1004，焊接弯头II 1004与PP直管II 1001间设有焊接活接II 1002。
退水管路5包括3根退水直管502，竖直方向的退水直管502与水平方向的退水直管502间均设有焊接弯头III501，退水直管502与分支管路8间设有焊接活接III504，焊接活接III504与退水直管502间设有焊接球阀II 503，焊接活接III 504与环形管路6间、焊接活接III504与分支管路8间设有焊接三通III505。
PP直管I 601内侧、焊接三通I 604上、PP直管II 1001内侧均设有若干喷淋孔15。
钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置的腐蚀速度测定方法，包括如下操作步骤：
步骤一，小试样的制作：分别在与钢格构柱(钢构件)翼缘和腹板同一批钢材上沿纵向割取小试样，依据《金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法》(GB/T228.1-2010)、》《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》(GB/T2975-2018)初步确定小样尺寸，测定小试样的质量m0及厚度h0，每三个小试样为一组，根据测定腐蚀速度的时间，确定小试样的组数。为确保锈蚀深度测试基准面的完整性和精确性，锈蚀前，用乙烯基树脂涂层包裹每块试件周边及上下表面的两侧，沿长度方向每边宽约2.5mm，以防锈蚀；
步骤二，除锈：达到规定腐蚀时间后，室温下对腐蚀试样除锈，50mL盐酸(HCl，＝1.19g/ml)、3.5g六次甲基四胺加蒸馏水配制成1000ml溶液，浸泡一定时间后(锈层厚度不同，浸泡时间也不同)，用清水冲洗干净，吹干，测定试件的厚度(h0)和质量(m1)；
步骤三，测定腐蚀速度，依据公式(1)计算质量损失W，
W＝(m0-m1)/A (1)，式中A为腐蚀小试样的腐蚀表面积；
依据腐蚀时间t，拟合W与t的函数关系，即W＝f(t)。函数的变化率可以用导数的概念准确地描述，即干湿循环环境下单位表面积的重量损失随时间的变化率为：
同理可测定厚度损失。
利用三维非接触式表面形貌仪对除锈后的腐蚀试件的基体金属的表面形貌进行测试，包括锈坑的分布、形状、大小、深度、面积等表面轮廓参数，并对其分布规律进行分析。小试样的腐蚀形貌可代表大构件的局部腐蚀的形貌。
综上所述，该钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置及其腐蚀速度测定方法，具有安装便捷、操作简单、成本低和通用性强的特点。通过模拟加速腐蚀试验，加快对结构构件局部腐蚀试验的周期，解决了大气暴露试验周期长的问题。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (8)
1.一种钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置，其特征在于：包括耐腐蚀PE储罐(1)，所述的耐腐蚀PE储罐(1)下部设有与耐腐蚀PE储罐(1)相连通的PP主管路(12)，所述的PP主管路(12)上设有若干与PP主管路(12)相并联式连通的钢格构柱(7)，所述的钢格构柱(7)外围设有与钢格构柱(7)相套接的环形管路(6)，所述的环形管路(6)与PP主管路(12)间均设有分支管路(8)，其中一根分支管路(8)与耐腐蚀PE储罐(1)上部间设有退水管路(5)，所述的钢格构柱(7)外围设有与PP主管路(12)相连通的小试样U形管路(10)，所述的小试样U形管路(10)内设有腐蚀小试样(9)，所述的小试样U形管路(10)与PP主管路(12)间、分支管路(8)与PP主管路(12)间均设有焊接球阀I(11)；
所述的环形管路(6)包括若干呈矩形框架结构分布的PP直管I(601)，竖直方向的PP直管I(601)与水平方向的PP直管I(601)间均设有焊接内丝弯头(602)，所述的焊接内丝弯头(602)与PP直管I(601)间均设有焊接外丝直接(603)，一侧竖直方向的PP直管I(601)与分支管路(8)间设有焊接四通(605)，另一侧竖直方向的PP直管I(601)间、PP直管I(601)与焊接四通(605)间均设有焊接活接(606)，所述的PP直管I(601)组成的框架结构内设有若干呈“T”字形结构且与焊接四通(605)相连通的焊接三通I(604)；
所述的小试样U形管路(10)包括一对位于腐蚀小试样(9)两侧的PP直管II(1001)，所述的PP直管II(1001)与PP主管路(12)间设有焊接三通II(1003)，所述的焊接三通II(1003)与PP直管II(1001)间设有焊接弯头II(1004)，所述的焊接弯头II(1004)与PP直管II(1001)间设有焊接活接II(1002)；
所述的退水管路(5)包括若干退水直管(502)，竖直方向的退水直管(502)与水平方向的退水直管(502)间均设有焊接弯头III(501)，所述的退水直管(502)与分支管路(8)间设有焊接活接III(504)，所述的焊接活接III(504)与退水直管(502)间设有焊接球阀II(503)，所述的焊接活接III(504)与环形管路(6)间、焊接活接III(504)与分支管路(8)间设有焊接三通III(505)。
2.根据权利要求1所述的钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置，其特征在于：所述的耐腐蚀PE储罐(1)与PP主管路(12)间设有与PP主管路(12)相管路连通的耐腐离心泵(14)，所述的耐腐离心泵(14)与PP主管路(12)间设有长闭电磁阀(13)，所述的耐腐离心泵(14)外围设有配电箱(2)，所述的PP主管路(12)与退水管路(5)间设有与配电箱(2)相电路连通的加热器(3)和照明灯(4)。
3.根据权利要求2所述的钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置，其特征在于：所述的配电箱(2)包括通用交流接触器(202)，所述的通用交流接触器(202)侧边设有与通用交流接触器(202)相电路连通的空气开关(204)，所述的空气开关(204)与通用交流接触器(202)间设有数显时间继电器(203)，所述的通用交流接触器(202)另一侧边设有与通用交流接触器(202)相电路连通的空气漏电保护器(201)，所述的通用交流接触器(202)下端设有与通用交流接触器(202)相电路连通的过热载继电器(205)。
4.根据权利要求1所述的钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置，其特征在于：所述的PP直管I(601)内侧、焊接三通I(604)上、PP直管II(1001)内侧均设有若干喷淋孔(15)。
5.根据权利要求1所述的钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置，其特征在于：所述的耐腐蚀PE储罐(1)与PP主管路(12)间设有PVC外丝接头(101)，所述的PVC外丝接头(101)与PP主管路(12)间采用内丝连接接头(103)进行连接固定，所述的内丝连接接头(103)与PVC外丝接头(101)间通过安装尼龙耐酸乙烯滤网(102)进行过滤。
6.根据权利要求1所述的钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置，其特征在于：所述的钢格构柱(7)的非腐蚀部位的防护方法为乙烯基树脂涂层防护；所述的退水管路(5)末端伸入耐腐蚀PE储罐(1)的液面之上。
7.根据权利要求3所述的钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置的腐蚀速度测定方法，其特征在于包括如下操作步骤：
步骤一，小试样的制作：分别在与钢格构柱翼缘和腹板同一批钢材上沿纵向割取小试样，依据《金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法》(GB/T228.1-2010)》、《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》(GB/T2975-2018)初步确定小样尺寸，测定小试样的质量m0及厚度h0，每三个小试样为一组，根据测定腐蚀速度的时间，确定小试样的组数为确保锈蚀深度测试基准面的完整性和精确性，锈蚀前，用乙烯基树脂涂层包裹每块试件周边及上下表面的两侧，沿长度方向每边宽2.5mm，以防锈蚀；
步骤二，除锈：达到规定腐蚀时间后，室温下对腐蚀试样除锈，50mL盐酸、3.5g六次甲基四胺加蒸馏水配制成1000ml溶液，浸泡一定时间后，用清水冲洗干净，吹干，测定试件的厚度(he)和质量(m1)；
步骤三，测定腐蚀速度，依据公式(1)计算质量损失W，
W＝(m0-m1)/A (1)，式中A为腐蚀小试样的腐蚀表面积；
依据腐蚀时间t，拟合W与t的函数关系，即W＝f(t)，函数的变化率可以用导数的概念准确地描述，即干湿循环环境下单位表面积的重量损失随时间的变化率为：
同理可测定厚度损失。
8.根据权利要求7所述的钢格构柱干湿循环局部腐蚀装置的腐蚀速度测定方法，其特征在于：利用三维非接触式表面形貌仪对除锈后的腐蚀小试样的基体金属的表面形貌进行测试，包括锈坑的分布、形状、大小、深度、面积的表面轮廓参数，并对其分布规律进行分析，小试样的腐蚀形貌可代表大构件的局部腐蚀的形貌。
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