CN115326548A - 一种可变腐蚀环境下氨氢应力腐蚀实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可变腐蚀环境下氨氢应力腐蚀实验装置，包括机架，机架上设置有上加载杆与下加载杆，上加载杆与下加载杆之间连接有可拆装的断裂失效平台，断裂失效平台由电化学充氢试验组件A与高压充氢/氨试验组件B组成，断裂失效平台与控制系统相连接。该实验装置通过更换断裂失效平台，在同一实验装置系统中实现电化学环境及高压环境下的氨氢应力腐蚀试验；可同时用于试样疲劳断裂试验以及慢应变速率拉伸试验。
Description
技术领域
本发明涉及一种可变腐蚀环境下氨氢应力腐蚀实验装置。
背景技术
氢能是公认的无碳清洁能源，来源广泛，应用场景丰富，是推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源快速发展的理想媒介；发展氢能的清洁利用可实现交通运输和工业等领域的大规模深度脱碳。能源转型背景下，发展氢能已经成为发达经济体的共识，发展氢能可以促进能源体系清洁低碳化，优化能源终端体系。
氢的储存和运输是进行大规模应用的前提，气态氢运输为许多应用提供了最简单且通常能效为最高的解决方案，高压储氢气瓶是压缩氢广泛使用的关键技术，广泛应用于加氢站及车载储氢领域。
在高压氢气环境中受到机械加载作用，储氢材料易发生氢脆。同时，石油和天然气行业中，管道过度阴极保护的危害非常大，过度保护可能会导致材料外部涂层的阴极剥离并增加氢致损伤的敏感性。
氨作为富氢分子，用它作为能量载体是氢液态运输的另一种可能性。在常规的氨运输中，通常选择冷却和加压存储的组合。
液氨长期置于管道中，极易因液氨腐蚀导致管道开裂。液氨的压力容器受到拉伸力作用，易发生严重开裂现象，裂纹由内而外，不易发现就出现断裂
所以，研究材料在高浓度高压力氢下的性能变化是保证氨氢安全、稳定、可靠运输、储存的前提。
目前，高压氢/氨环境应力腐蚀装置和电化学充氢应力腐蚀装置，都只针对单个腐蚀环境下研究材料的性能变化。对于提供一个同时可用于高压氨氢以及电化学充氢应力腐蚀的试验装置面临的问题包括，如何实现两种腐蚀环境装置的更换以及实验系统装置的选取。本发明对面临的技术问题包括装置密封技术、更换装置技术、电化学充氢试验方法、高压充氢/氨试验方法给出创新性的解决方案。
目前，对于可变腐蚀环境下的氨氢应力腐蚀实验装置国内研究较少。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种可变腐蚀环境下氨氢应力腐蚀实验装置。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种可变腐蚀环境下氨氢应力腐蚀实验装置，包括机架，机架上设置有上加载杆与下加载杆，上加载杆与下加载杆之间连接有可拆装的断裂失效平台，断裂失效平台由电化学充氢试验组件A与高压充氢/氨试验组件B组成，断裂失效平台与控制系统相连接。
优选的，上加载杆竖直且顶端固定有上基座，上基座经螺钉紧固在机架的主机顶座上；下加载杆竖直穿过机架的主机底座以及经螺钉紧固在主机底座上的下基座，下加载杆的底端位于主机底座的下方并经连接电动机构来驱动升降。
优选的，电化学充氢试验组件A与高压充氢/氨试验组件B上均设置有竖直的上连杆与下连杆，上连杆的顶端与下连杆的底端均设置有销孔，上加载杆的底端与下加载杆的顶端均固连有销栓支架，销栓支架上均设置有用以连杆竖向插入的凹孔，凹孔的前后侧均设置有前后贯通的可视通口，凹孔的左右侧均设置有用以与销孔相对应的插孔，同端侧的销孔与插孔上穿插有定位插销。
优选的，下加载杆的顶端与下方的销栓支架底部之间设置有斜面支架，斜面支架由左楔形块与右楔形块组成，左楔形块上设有上楔形面，右楔形块上设有下楔形面，下楔形面与上楔形面贴紧且均自上往下倾斜，左楔形块的左端侧水平螺接有左紧定螺钉，右楔形块的右端侧水平螺接有右紧定螺钉，右紧定螺钉紧定在左楔形块的右端侧，左紧定螺钉紧定在右楔形块的左端侧；下加载杆的顶端与左楔形块底面固定，右楔形块顶面与对应销栓支架底面固定；左楔形块与右楔形块的左右两侧均上下抱紧有抱箍。
优选的，电化学充氢试验组件A包括失效环境箱以及对称位于失效环境箱上下方的夹具，失效环境箱的内部设有实验介质内层，实验介质内层的外周部为循环液体外层，实验介质内层与循环液体外层相互阻隔，失效环境箱在实验介质内层的上下端面设有用以试样穿过的试样穿插通口；夹具采用夹爪，上方夹爪连接上连杆，下方夹爪连接下连杆。
优选的，高压充氢/氨试验组件B包括高压反应釜箱体，高压反应釜箱体内部设有高压试验腔，高压试验腔中设有试样支架，试样支架上设有与被测试样相匹配的试样夹具，试样夹具用以夹紧试样的上下两端，其中下方试样夹具固连着穿过高压反应釜箱体的密封座的下连杆，高压反应釜箱体的外顶部固连有上连杆，高压反应釜箱体上设有压力表，实时监测氢气/氨气压力的大小，高压试验腔上设有外接供气系统的接气口。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
该实验装置通过更换断裂失效平台，在同一实验装置系统中实现电化学环境及高压环境下的氨氢应力腐蚀试验；可同时用于试样疲劳断裂试验以及慢应变速率拉伸试验。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的构造示意图。
图2为电化学充氢试验组件A的构造示意图。
图3为高压充氢/氨试验组件B的构造示意图。
图4为销栓支架的构造示意图。
图5为高压充氢/氨试验组件B的局部构造示意图。
图6为斜面支架的构造示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1~6所示，本实施例提供了一种可变腐蚀环境下氨氢应力腐蚀实验装置，包括机架，机架上设置有上加载杆1与下加载杆2，上加载杆与下加载杆之间连接有可拆装的断裂失效平台3，断裂失效平台由电化学充氢试验组件A与高压充氢/氨试验组件B组成，断裂失效平台与控制系统相连接。电化学充氢试验组件A外接电化学系统4，高压充氢/氨试验组件B外接供气系统5。
电化学充氢试验组件A与高压充氢/氨试验组件B可以根据实验目的进行替换。电化学充氢试验组件A配合电化学系统，其中包括电化学工作站以及直流电源来实现电化学充氢的实验。
在本发明实施例中，上加载杆竖直且顶端固定有上基座6，上基座经螺钉紧固在机架的主机顶座7上；下加载杆竖直穿过机架的主机底座8以及经螺钉紧固在主机底座上的下基座9，下加载杆的底端位于主机底座的下方并经连接电动机构来驱动升降。被测试样10形变动力由电动机构提供，被测试样为薄板状。电动机构包括高精步进电机11，高精步进电机连接减速齿轮箱12，减速齿轮箱带动下加载杆升降运动。
在本发明实施例中，电化学充氢试验组件A与高压充氢/氨试验组件B上均设置有竖直的上连杆13与下连杆14，上连杆的顶端与下连杆的底端均设置有销孔15，上加载杆的底端与下加载杆的顶端均固连有销栓支架16，销栓支架上均设置有用以连杆竖向插入的凹孔，凹孔的前后侧均设置有前后贯通的可视通口17，凹孔的左右侧均设置有用以与销孔相对应的插孔，同端侧的销孔与插孔上穿插有定位插销18。
在本发明实施例中，下加载杆的顶端与下方的销栓支架底部之间设置有斜面支架19，斜面支架由左楔形块20与右楔形块21组成，左楔形块上设有上楔形面，右楔形块上设有下楔形面，下楔形面与上楔形面贴紧且均自上往下倾斜，左楔形块的左端侧水平螺接有左紧定螺钉22，右楔形块的右端侧水平螺接有右紧定螺钉23，右紧定螺钉紧定在左楔形块的右端侧，左紧定螺钉紧定在右楔形块的左端侧；下加载杆的顶端与左楔形块底面固定，右楔形块顶面与对应销栓支架底面固定；左楔形块与右楔形块的左右两侧均上下抱紧有抱箍24。斜面支架的主要工作原理为：当试样长度稍短时，可以将左楔形块与右楔形块向两边推远，反之左楔形块与右楔形块推近可适用于试样长度稍长的试样实验情况，用于微调。最后用左、右紧定螺钉固定位置并旋紧，起到连接夹具系统和下加载杆的作用。为了保证加载时斜面支架的上下固定，左楔形块与右楔形块的左右两侧均上下抱紧有抱箍，将位置调整后的左楔形块与右楔形块上下箍紧，避免加载时上下脱离。
在本发明实施例中，电化学充氢试验组件A包括失效环境箱25以及对称位于失效环境箱上下方的夹具26，失效环境箱的内部设有实验介质内层27，实验介质内层的外周部为循环液体外层28，实验介质内层与循环液体外层相互阻隔，失效环境箱在实验介质内层的上下端面设有用以试样穿过的试样穿插通口；夹具采用夹爪，上方夹爪连接上连杆，下方夹爪连接下连杆。夹爪的夹头均通过垫片与试样接触，增大与试样间的摩擦力，保证加载时的牢固夹紧。试样穿插通口在试样穿过后，被测试样提前与试样穿插通口用硅橡胶密封，密封后放置3-4小时凝固，再进行实验。
在本发明实施例中，高压充氢/氨试验组件B包括高压反应釜箱体29，高压反应釜箱体内部设有高压试验腔30，高压试验腔中设有试样支架31，试样支架上设有与被测试样相匹配的试样夹具32，试样夹具用以夹紧试样的上下两端，其中下方试样夹具固连着穿过高压反应釜箱体的密封座33的下连杆，高压反应釜箱体的外顶部固连有上连杆，高压反应釜箱体上设有压力表34，实时监测氢气/氨气压力的大小，高压试验腔上设有外接供气系统的接气口。供气系统即为氢气/氨气储气瓶，配有连接工控机的阀门，实现控制进气量。下连杆伸入高压试验腔一端设有载荷敏感元件35。下连杆密封堵头36将载荷敏感元件与高压氢气隔离，避免了高压氢气引起的测量结果失真。此外，载荷敏感元件获得的电信号经引线引出，并接于信号处理系统。
在本发明实施例中，控制系统包括信号发生器37、功率放大器38、数据采集器39、工控机40、控温系统41、循环系统42。通过功率放大器和信号发生器，采集应力载荷以及失效实验环境装置内数据，输入到工控机中，对高精步进电机进行控制，实现慢应变速率拉伸试验以及疲劳断裂试验；同时配有控温系统和循环系统，通过工控机实现对实验温度的控制。在工控机选择电机控制的速率，设定好具体速率与方向，工控机对高精步进电机发出输出控制信号，控制电机运动，电机通过减速齿轮箱带动装置下方的加载杠进行上下运动，与此同时，通过电机上的编码器值来对电机进行负反馈控制，加上PID算法对电机的运动速率进行控制，以实现慢应变速率拉伸试验或疲劳裂纹试验的控制。
根据实验需求不同，当进行电化学充氢试验A时，工控机通过脉冲信号线、编码器信号线与高精步进电机连接，高精步进电机带有的编码器信号输出线、压力传感器信号输出线、温度传感器输出线连接至功率放大器的信号输入端，进行信号调理，通过信号输出端与数据采集器信号输入端相连，进行A/D转换，输出数字信号传输至工控机中。循环系统的工作原理为，通过系统内的恒温箱加热或冷却循环液体，失效环境箱外层通入循环液体，内层注入实验介质。其中温度传感器只装置于电化学充氢实验的失效环境箱上，测量电化学充氢实验中的液体温度。
根据实验需求不同，当进行电化学充氢试验时，失效环境箱内的介质可选择为空气、甘油溶液或电化学充氢溶液。甘油溶液将作为控温实验循环系统中的传热媒介，电化学充氢溶液（组成为0.5mol/L硫酸+0.2g/L硫脲溶液）将作为充氢实验中的电解质溶液。当需要装置环境处于一定值的温度下时，可通过上位机填入需要的温度数值，工控机将增加环境箱中的温度，同时实时接受温度传感器得到的温度值，进行温度反馈，形成闭环控制，以实现实验环境温度控制。
在本发明实施例中，该可变腐蚀环境下氨氢应力腐蚀实验装置的工作原理为：
当使用电化学充氢试验组件A时，S1：打开电控系统，包括工控机、功率放大器等；S2：失效环境箱内圈装入电化学充氢溶液，外圈通入恒温水，温控系统已打开实现温度控制；S3：安装夹具及被测试样，控制工控机夹紧被测试样；S3：开启工控机上的拉伸试验。达到试样应力腐蚀试验的目的。
当使用高压充氢/氨试验组件B时，S1：打开电控系统，包括工控机、功率放大器等；S2：将试样装于高压试样腔的试样支架上内，打开供气系统进行高压充氢或氨；S3：开启工控机上的拉伸试验。达到试样应力腐蚀试验的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.一种可变腐蚀环境下氨氢应力腐蚀实验装置，其特征在于：包括机架，机架上设置有上加载杆与下加载杆，上加载杆与下加载杆之间连接有可拆装的断裂失效平台，断裂失效平台由电化学充氢试验组件A与高压充氢/氨试验组件B组成，断裂失效平台与控制系统相连接。
2.根据权利要求1所述的可变腐蚀环境下氨氢应力腐蚀实验装置，其特征在于：上加载杆竖直且顶端固定有上基座，上基座经螺钉紧固在机架的主机顶座上；下加载杆竖直穿过机架的主机底座以及经螺钉紧固在主机底座上的下基座，下加载杆的底端位于主机底座的下方并经连接电动机构来驱动升降。
3.根据权利要求1所述的可变腐蚀环境下氨氢应力腐蚀实验装置，其特征在于：电化学充氢试验组件A与高压充氢/氨试验组件B上均设置有竖直的上连杆与下连杆，上连杆的顶端与下连杆的底端均设置有销孔，上加载杆的底端与下加载杆的顶端均固连有销栓支架，销栓支架上均设置有用以连杆竖向插入的凹孔，凹孔的前后侧均设置有前后贯通的可视通口，凹孔的左右侧均设置有用以与销孔相对应的插孔，同端侧的销孔与插孔上穿插有定位插销。
4.根据权利要求3所述的可变腐蚀环境下氨氢应力腐蚀实验装置，其特征在于：下加载杆的顶端与下方的销栓支架底部之间设置有斜面支架，斜面支架由左楔形块与右楔形块组成，左楔形块上设有上楔形面，右楔形块上设有下楔形面，下楔形面与上楔形面贴紧且均自上往下倾斜，左楔形块的左端侧水平螺接有左紧定螺钉，右楔形块的右端侧水平螺接有右紧定螺钉，右紧定螺钉紧定在左楔形块的右端侧，左紧定螺钉紧定在右楔形块的左端侧；下加载杆的顶端与左楔形块底面固定，右楔形块顶面与对应销栓支架底面固定；左楔形块与右楔形块的左右两侧均上下抱紧有抱箍。
5.根据权利要求1所述的可变腐蚀环境下氨氢应力腐蚀实验装置，其特征在于：电化学充氢试验组件A包括失效环境箱以及对称位于失效环境箱上下方的夹具，失效环境箱的内部设有实验介质内层，实验介质内层的外周部为循环液体外层，实验介质内层与循环液体外层相互阻隔，失效环境箱在实验介质内层的上下端面设有用以试样穿过的试样穿插通口；夹具采用夹爪，上方夹爪连接上连杆，下方夹爪连接下连杆。
6.根据权利要求1所述的可变腐蚀环境下氨氢应力腐蚀实验装置，其特征在于：高压充氢/氨试验组件B包括高压反应釜箱体，高压反应釜箱体内部设有高压试验腔，高压试验腔中设有试样支架，试样支架上设有与被测试样相匹配的试样夹具，试样夹具用以夹紧试样的上下两端，其中下方试样夹具固连着穿过高压反应釜箱体的密封座的下连杆，高压反应釜箱体的外顶部固连有上连杆，高压反应釜箱体上设有压力表，实时监测氢气/氨气压力的大小，高压试验腔上设有外接供气系统的接气口。
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|---|---|---|---|
| CN202211164387.5A CN115326548B (zh) | 2022-09-23 | 一种可变腐蚀环境下氨氢应力腐蚀实验装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115326548A true CN115326548A (zh) | 2022-11-11 |
| CN115326548B CN115326548B (zh) | 2024-06-25 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040065659A (ko) * | 2003-01-15 | 2004-07-23 | 한국생산기술연구원 | 다점 굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험 장치 |
| CN109507100A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-03-22 | 北京航空航天大学 | 板状金属试样高应力作用下腐蚀电化学测试方法及装置 |
| CN112504954A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-16 | 山东科技大学 | 一种加载应力-环境腐蚀耦合作用的实验装置及方法 |
| CN113176196A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-07-27 | 东南大学 | 多场耦合环境下的一体化测试装置 |
| CN115032054A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-09-09 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种温控应力腐蚀电解槽及其使用方法 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040065659A (ko) * | 2003-01-15 | 2004-07-23 | 한국생산기술연구원 | 다점 굽힘 황화물 응력 부식 균열 시험 장치 |
| CN109507100A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-03-22 | 北京航空航天大学 | 板状金属试样高应力作用下腐蚀电化学测试方法及装置 |
| CN112504954A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-16 | 山东科技大学 | 一种加载应力-环境腐蚀耦合作用的实验装置及方法 |
| CN113176196A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-07-27 | 东南大学 | 多场耦合环境下的一体化测试装置 |
| CN115032054A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-09-09 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种温控应力腐蚀电解槽及其使用方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郑津洋;周池楼;顾超华;李智远;赵永志;徐平;张林;刘鹏飞;: "高压氢气环境材料耐久性试验装置的研究", 太阳能学报, no. 05, 28 May 2015 (2015-05-28), pages 51 - 58 * |
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