CN202351128U - 硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具 - Google Patents

硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具 Download PDF

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郑树启
陈长风
郭强
陈立强
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Abstract

本实用新型提供一种硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其包括有：一支架，包含有一横梁部及两纵梁部，两纵梁部由横梁部的两端同向延伸，并与横梁部的内侧面围绕成一容置空间，两纵梁部的末端相对延伸且分别形成一定位爪部，各定位爪部的内侧面分别设有一上玻璃棒，且两定位爪部之间形成一开口部，开口部与容置空间相连通，横梁部的中间部位贯穿有与容置空间相连通的螺纹孔；一承载平台，放置在支架的横梁部的内侧面上，且其上表面低于定位爪部的内侧面，而其下表面的中间部位对应螺纹孔形成有一凹部，承载平台的上表面的两端分别设有一下玻璃棒。本实用新型结构简单，不易变形，能够避免试样与支架在试验时发生接触，克服了现有技术的缺陷。

Description

硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具
技术领域
本实用新型涉及了一种应力夹具，尤其是一种硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具。
背景技术
随着石油工业的发展，石油与天然气开采深度及运输距离逐渐增加，使得开采和运输条件日益恶劣。此外，在开采和运输的过程中，高温高压H2S/CO2(我国某气田H2S分压达到9MPa，CO2分压达到6MPa，实际温度达到150℃)条件会造成管道材料的破损。从1952年开始，暴露于H2S油气田中的金属的SSC(Sulfide Stress Corrosion Cracking，硫化物应力腐蚀开裂)就是材料失效的主要原因之一，而且实验室和现场数据表明，极小浓度的H2S就可以导致金属材料SSC失效，因此，为了更好的了解金属材料在油气田环境中的抗开裂失效性能，考察其在油气田环境中是否安全可靠，需要在特定条件下(如含H2S的高温高压环境)对处于拉伸应力状态下的金属的耐应力腐蚀性能进行模拟试验。
目前，在进行上述试验时，对金属试样加载应力所采用的试验装置多是简单直角过度的试验装置，或是参照标准NACE TM0177-2005中制作的试验装置。在使用中发现，这些试验装置所使用的支架在受力时自身容易产生形变，使其对试样施加应力时发生变形，进而会影响试验结果，并且依据NACE TM0177-2005制作的试验装置不适合四点弯曲加载试验，该试验装置用玻璃管套在金属棒外侧以隔开试样与支架，避免二者接触，但是在试样受力条件下，试样容易压碎玻璃管，从而与支架接触，进而发生电偶腐蚀，也会对试验结果会造成很大影响。此外，该装置在使用时拆卸麻烦，工作效率低。
因此，有必要设计一种结构简单、能够很好的克服上述缺陷的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其结构简单，不易变形，便于拆卸，能避免试样与支架在试验时发生接触，以克服现有技术的缺陷。
为此，本实用新型提出一种硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其包括有：
一支架，包含有一横梁部及两纵梁部，两所述纵梁部由所述横梁部的两端同向延伸，并与所述横梁部的内侧面围绕成一容置空间，两所述纵梁部的末端相对延伸且分别形成一定位爪部，各所述定位爪部的内侧面分别设有一上玻璃棒，且两所述定位爪部之间形成一开口部，所述开口部与所述容置空间相连通，所述横梁部的中间部位贯穿有与所述容置空间相连通的螺纹孔；
一承载平台，放置在所述支架的横梁部的内侧面上，且其上表面低于所述定位爪部的内侧面，而其下表面的中间部位对应所述螺纹孔形成有一凹部，所述承载平台的上表面的两端分别设有一下玻璃棒；
一螺杆部，穿设于所述螺纹孔中，其上端容置在所述承载平台的凹部中。
如上所述的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其中，各所述定位爪部的内侧面分别形成一第一定位槽，所述上玻璃棒对应容设在所述第一定位槽处，而所述承载平台上表面的两端分别设有一第二定位槽，所述下玻璃棒对应设置在所述第二定位槽中。
如上所述的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其中，所述承载平台的上表面于两端分别形成一斜面，所述第二定位槽位于所述斜面上，所述下玻璃棒容设在所述斜面上的第二定位槽处，且其顶侧凸出于所述承载平台的上表面。
如上所述的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其中，所述螺杆部的上端为球冠状，而所述承载平台的凹部的形状与所述螺杆部的上端的形状相匹配。
如上所述的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其中，所述支架、承载平台及螺杆部由镍基合金制成，而所述上玻璃棒及下玻璃棒由石英制成。
如上所述的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其中，所述纵梁部的内侧面凹设形成一圆弧面，所述圆弧面与所述横梁部的内侧面之间通过一斜面相接，且其与所述斜面、所述定位爪部的内侧面为光滑过度连接。
综上所述，本实用新型提出的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，包括有支架、承载平台及螺杆部，通过将试样安放在承载平台上表面与支架的定位爪部下表面之间，并用玻璃棒将试样与承载平台、支架隔开，以防止试样与夹具接触，避免了电偶腐蚀情况的出现，而且玻璃棒在受到外力时不易破碎，进一步提高了本实用新型的使用可靠性。
本实用新型提出的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其结构简单合理，便于拆卸，并能克服自身形变对试验结果的影响，提高了试验的准确率；所述支架、承载平台及螺杆部由耐蚀性镍基合金制成，所述上玻璃棒及下玻璃棒由石英制成，使本实用新型可适用于在不同温度、不同压力的腐蚀条件下对材料的耐腐蚀性能考察试验。
附图说明
图1为本实用新型的应力夹具的结构示意图；
图2A为本实用新型的应力夹具中支架的主视图；
图2B为本实用新型的应力夹具中支架的俯视图；
图3A为本实用新型的应力夹具中承载平台的主视图；
图3B为本实用新型的应力夹具中承载平台的俯视图；
图4为利用本实用新型及应力腐蚀试验系统进行材料腐蚀试验的示意图。
主要元件标号说明：
1  支架         11  横梁部
12 纵梁部       13  容置空间
14 定位爪部     141 第一定位槽
15 上玻璃棒     16  开口部
17 螺纹孔       2   承载平台
21 凹部         22  下玻璃棒
23 第二定位槽   24  斜面
3  螺杆部       4   试样
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式：
图1为本实用新型的应力夹具的结构示意图；图2A为本实用新型的应力夹具中支架的主视图；图2B为本实用新型的应力夹具中支架的俯视图；图3A为本实用新型的应力夹具中承载平台的主视图；图3B为本实用新型的应力夹具中承载平台的俯视图；图4为利用本实用新型及应力腐蚀试验系统进行材料腐蚀试验的示意图。
参见图1，本实用新型提出的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其包括有一支架1、一承载平台2及一螺杆部3。其中，所述支架1包含有一横梁部11及两纵梁部12，两所述纵梁部12由所述横梁部11的两端同向延伸，并与所述横梁部11的内侧面围绕成一容置空间13，以放置一试样4，两所述纵梁部12的末端相对延伸且分别形成一定位爪部14，各所述定位爪部14的内侧面分别设有一上玻璃棒15，且两所述定位爪部之间形成一开口部16，所述开口部16与所述容置空间13相连通，而所述横梁部11的中间部位贯穿有与所述容置空间13相连通的螺纹孔17；所述承载平台2放置在所述支架1的横梁部11的内侧面上，且其上表面低于所述定位爪部14的内侧面，而其下表面的中间部位对应所述螺纹孔形成有一凹部21，所述承载平台2的上表面的两端分别设有一下玻璃棒22，并将该试样4放置在该下玻璃棒上；所述螺杆部3穿设于所述螺纹孔17中，其上端容置在所述承载平台2的凹部21中。其中，所述定位爪部的内侧面与承载平台上表面之间的距离，不做具体限定，可根据试验所需的试样厚度而定，只要该距离能满足使试样放置在上、下玻璃棒之间即可，另外，如图所示，所述上玻璃棒15、下玻璃棒22优选沿所述容置空间13的深度方向(即垂直于图面的方向)设置，当试样4沿容置空间13的横向放置在上、下玻璃棒之间时，使其长度方向能与上、下玻璃棒的设置方向相互垂直。
上述可知，在试样4放置在承载平台与定位爪部之间时，通过设置上玻璃棒15及下玻璃棒22，使试样4不与承载平台2及定位爪部相接触，可避免出现电偶腐蚀的情况，而且玻璃棒的强度及硬度较高，在受到外力时不容易破碎，进一步提高了本实用新型的使用可靠性，另外，本实用新型的支架为一体结构，在使用时不容易发生变形。
请一并参见图2A、图2B、图3A及图3B，优选的实施方式是，各所述定位爪部14的内侧面分别形成一第一定位槽141，所述上玻璃棒15对应容设在所述第一定位槽141处，而所述承载平台2上表面的两端分别设有一第二定位槽23，所述下玻璃棒22对应设置在所述第二定位槽23中，其中，如图所示，所述第一定位槽及第二定位槽优选沿所述容置空间的深度方向(即垂直于图面的方向)设置。在实际使用中，上述第一、第二定位槽能更好的固定上、下玻璃棒，避免上、下玻璃棒因滑移等情形而脱离定位爪部及承载平台，进而影响试验效果。
进一步地，所述承载平台2的上表面于两端分别形成一斜面24，所述第二定位槽23位于所述斜面24上，所述下玻璃棒22容设在所述斜面24上的第二定位槽23处，且其顶侧凸出于所述承载平台2的上表面，也就是说，所述下玻璃棒放置在第二凹槽时，其顶部的高度高于所述承载平台的上表面，如此，在下玻璃棒承载试样时，能使试样不与承载平台相接触。
在上述各可行的实施方式中，所述螺杆部3的上端为球冠状，而所述承载平台2的凹部21的形状与所述螺杆部2的上端的形状相匹配。即在实际使用中，该螺杆部优选为一圆头螺栓，并将其穿设在螺纹孔之后，再将承载平台放置在支架的横梁部的内侧面。
其中，所述支架、承载平台及螺杆部由镍基合金制成，该镍基合金具有优良的耐压、耐高温、耐酸、抗腐蚀等性能，适用于高温、高压及含硫化氢、二氧化碳等的腐蚀性环境下。另外，所述上玻璃棒及下玻璃棒由石英制成。
此外，如图所示，所述纵梁部12的内侧面进一步凹设形成一圆弧面a，所述圆弧面与所述横梁部11的内侧面之间通过一斜面b相接，且其与所述斜面、所述定位爪部14的内侧面为光滑过度连接。如此设计，可增加容置空间在横向上的距离，进一步降低试样的两端与支架相接触。
本实用新型提出的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其工作原理在于，将螺杆部3穿设在横梁部11的螺纹孔17中，并使其带球冠状的上端置于横梁部11的内侧；在横梁部11的内侧面上放置承载平台2，并将承载平台2的凹部21对应于螺杆部3的上端；将上、下玻璃棒15、22分别设置在定位爪部14的第一定位槽141、承载平台2的第二定位槽23处，以形成本实用新型。
当需要对试样加载应力时，其具体工作过程如下：将试样4放置在承载平台2上的下玻璃棒22上，并旋转螺杆部3以顶撑承载平台3向上移动，并带动下玻璃棒22上移并顶撑试样4，使试样4固定在上、下玻璃棒15、22之间，并与上、下玻璃棒15、22分别形成有两接触部位；随后，继续旋进螺杆部3，其通过推动承载平台2上行及下玻璃棒顶撑试样，使试样4的上、下表面在与上、下玻璃棒15、22相接触部位分别受到压应力及顶撑应力(拉应力)，进而使试样发生弯曲形变，由此，以实现对试样加载应力的目的。
请一并参见图4，将本实用新型用于材料的应力腐蚀失效分析时，其工作过程如下：先将试样4固定在本实用新型的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具100上，并按前述过程对试样加载应力至所需值，再一并放置至应力腐蚀试验系统5中哈氏合金高压釜51的容置槽内，向容置槽内注入试验溶液52，并对试验溶液除氧；通过进气开关53将H2S气瓶54、CO2气瓶55中的气体注入容置槽内、并由压力传感器56监控试验所需压力，通过热电偶57、温度传感器58来控制试验温度；当哈氏合金高压釜中的温度、压力达到试验设计条件时开始试验，在达到规定试验时间后，取出本实用新型，再将试样从本实用新型中卸载下来，即可完成对试样的应力腐蚀试验。
本实用新型的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，包括有支架、承载平台及螺杆部，通过将试样安放在承载平台上表面与支架的定位爪部下表面之间，并用玻璃棒将试样与承载平台、支架隔开，以防止试样与夹具接触，避免了电偶腐蚀情况的出现，而且玻璃棒在受到外力时不容易破碎，提高了本实用新型的可靠性。
本实用新型提出的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，由于支架、承载平台及螺杆部是由耐蚀性镍基合金制成，能够在高温高压H2S/CO2试验条件下，模拟材料在实际工况下的受力状态，可用于不同温度、不同硫化氢以及二氧化碳分压、不同油水比例、以及不同流速的试验环境，其能使试样所模拟的试验条件更接近实际应用条件，从而获得更多有价值的数据，为油田选材提供帮助。
综上所述，本实用新型的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其结构简单合理，便于拆卸，并能克服自身形变对试验结果的影响，提高了试验的准确率；由于支架、承载平台及螺杆部是由耐蚀性镍基合金制成，使本实用新型适用于在不同温度、不同压力的腐蚀条件下对材料的耐腐蚀性能考察试验。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (7)

1.一种硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其特征在于，所述应力夹具包括有：
一支架，包含有一横梁部及两纵梁部，两所述纵梁部由所述横梁部的两端同向延伸，并与所述横梁部的内侧面围绕成一容置空间，两所述纵梁部的末端相对延伸且分别形成一定位爪部，各所述定位爪部的内侧面分别设有一上玻璃棒，且两所述定位爪部之间形成一开口部，所述开口部与所述容置空间相连通，所述横梁部的中间部位贯穿有与所述容置空间相连通的螺纹孔；
一承载平台，放置在所述支架的横梁部的内侧面上，且其上表面低于所述定位爪部的内侧面，而其下表面的中间部位对应所述螺纹孔形成有一凹部，所述承载平台的上表面的两端分别设有一下玻璃棒；
一螺杆部，穿设于所述螺纹孔中，其上端容置在所述承载平台的凹部中。
2.如权利要求1所述的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其特征在于，各所述定位爪部的内侧面分别形成一第一定位槽，所述上玻璃棒对应容设在所述第一定位槽处，而所述承载平台上表面的两端分别设有一第二定位槽，所述下玻璃棒对应设置在所述第二定位槽中。
3.如权利要求2所述的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其特征在于，所述承载平台的上表面于两端分别形成一斜面，所述第二定位槽位于所述斜面上，所述下玻璃棒容设在所述斜面上的第二定位槽处，且其顶侧凸出于所述承载平台的上表面。
4.如权利要求1至3任一项所述的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其特征在于，所述螺杆部的上端为球冠状，而所述承载平台的凹部的形状与所述螺杆部的上端的形状相匹配。
5.如权利要求4所述的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其特征在于，所述支架、承载平台及螺杆部由镍基合金制成，而所述上玻璃棒及下玻璃棒由石英制成。
6.如权利要求5所述的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其特征在于，所述纵梁部的内侧面凹设形成一圆弧面，所述圆弧面与所述横梁部的内侧面之间通过一斜面相接，且其与所述斜面、所述定位爪部的内侧面为光滑过度连接。
7.如权利要求1所述的硫化氢环境应力腐蚀弯曲试验应力夹具，其特征在于，所述纵梁部的内侧面凹设形成一圆弧面，所述圆弧面与所述横梁部的内侧面之间通过一斜面相接，且其与所述斜面、所述定位爪部的内侧面为光滑过度连接。
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