CN206920199U - 一种简易高温高压充氢装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种简易高温高压充氢装置，属于材料高温高压充氢技术领域。该简易高温高压充氢装置包括不锈钢管，两个同材质堵头、热电偶、压力表、进气管、隔膜阀和连接配件组成。所述两个堵头中间开孔，一个中间焊热电偶，一个中间焊进气管。待所述不锈钢管内部填充实验材料后，两个堵头与不锈钢管两端采用钎焊连接。所述进气管一端连接隔膜阀和压力表。该装置的优点是：充氢成本低、安全可靠、简单易行，完全能够满足实验材料充氢所需。
Description
技术领域
本实用新型涉及材料高温高压充氢技术领域，具体为一种简易高温高压充氢装置。
背景技术
氢导致材料性能的退化被称为“氢脆”，主要表现为材料塑性的降低。材料的氢脆大致可分为两种，如果在施加应力之前氢进入了材料的内部，则称为内部氢脆；除此之外，称为环境氢脆。材料内部的氢有多个来源，如冶炼、酸洗、电解电镀等，而环境氢脆主要指材料在含氢的环境中使用。材料的氢脆一直受到研究者的广泛关注。研究氢脆的一个主要的方法就是在性能测试之前对材料进行高温高压充氢。然而常用的高温高压充氢釜由于其结构复杂，容积较大，而且需要24小时专人值守，对于一次充氢实验需要十天的情况，其非常不便利，而且充氢费用较高。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的高压充氢釜开炉费用高、操作不便利等问题，本实用新型的目的在于提供一种简易高温高压充氢装置，该充氢装置充氢成本低、安全可靠且简单易行。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种简易高温高压充氢装置，该充氢装置包括充氢室、进气管、热电偶和隔膜阀；其中：所述充氢室为两端封闭的筒状结构，包括两端开口的不锈钢管体、堵头A和堵头B，堵头A和堵头B分别焊接于不锈钢管体的两端；所述充氢室内设有所述热电偶，用于测量充氢室内部温度；所述进气管的一端连接充氢室，另一端通过三通分别连接压力表和隔膜阀，所述进气管用于向充氢室内部填充氢气。
所述堵头A和堵头B为圆形片状结构；堵头A和堵头B的材质与不锈钢管体相同(优选304不锈钢)；堵头A和堵头B的直径与不锈钢管体外径相同，堵头A和堵头B的厚度大于不锈钢管体的壁厚。
所述堵头A的中心位置开孔，热电偶通过该孔焊接在充氢室上，焊接方式为钎焊；所述热电偶为铠装热电偶。
所述进气管的一端焊接在充氢室的堵头B的中间位置，焊接方式为钎焊。
所述隔膜阀的开口端连接螺母或高纯氢气源；当需要向充氢室内充入氢气时连接高纯氢气源，充氢结束后则撤除氢气源并连接螺母(螺母起封闭作用)。
所述不锈钢管的外径和壁厚根据充氢的实验内容和实验条件进行选择和计算，根据实验内容选取不锈钢管体的外径D和长度，根据实验的温度和压力P，通过公式(1)，选取合适的安全系数S，计算所需不锈钢管体的最小壁厚δ；为了安全起见，不锈钢管体的壁厚为计算最小壁厚δ的2倍。
δ＝(P×D×S)/(2×抗拉强度) 公式(1)；
公式(1)中：当压力P<7MPa时，安全系数S＝8；当7<P<17.5MPa时，S＝6；当P>17.5MPa时，S＝4。抗拉强度指所选充氢室不锈钢管体材料在实验温度条件下的抗拉强度。
所述隔膜阀优选采用世伟洛克隔膜阀，其承受的压力范围为真空～24MPa，使用温度范围为-73～121℃。
所述压力表优选为氢压力表，量程为0-20MPa。
本实用新型与常用的高温高压充氢釜相比，优点如下：
1、本实用新型的充氢装置完全能够满足实验材料充氢所需。
2、本实用新型的充氢装置充氢成本低、安全可靠且简单易行。
附图说明
图1为本实用新型充氢装置结构示意图。
图中：1-热电偶，2-堵头A，3-不锈钢管体，4-堵头B，5-进气管，6-压力表，7-隔膜阀，8-三通，9-螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细描述。
请参照图1，本实用新型为简易高温高压充氢装置，包括充氢室、进气管5、热电偶1和隔膜阀7；其中：充氢室是由两端开口的不锈钢管体3、堵头A2和堵头B4组成，堵头A2和堵头B4分别焊接于不锈钢管体3的两端；充氢室的堵头A2上焊接热电偶，堵头B4上焊接进气管5的一端，进气管5的另一端通过三通8分别连接压力表6和隔膜阀7。
所述堵头A2和堵头B4为圆形片状结构；堵头A2和堵头B4的材质与不锈钢管体3相同，优选304不锈钢；堵头A2和堵头B4的直径与不锈钢管体3外径相同，堵头A2和堵头B4的厚度大于不锈钢管体3的壁厚。
所述堵头A2的中心位置开孔，热电偶1通过该孔焊接在充氢室上，焊接方式为钎焊；所述热电偶为铠装热电偶。所述进气管5的一端通过钎焊方式焊接在充氢室的堵头B4的中间位置。
所述隔膜阀7的开口端连接螺母9或高纯氢气源；当需要向充氢室内充入氢气时连接高纯氢气源，充氢结束后则撤除氢气源并连接螺母(螺母起封闭作用)。
所述不锈钢管体3的外径和壁厚根据充氢的实验内容和实验条件进行选择和计算，根据实验内容选取不锈钢管体的外径D和长度，根据实验的温度和压力P，通过公式(1)，选取合适的安全系数S，计算所需不锈钢管体的最小壁厚δ；为了安全起见，不锈钢管体的壁厚为计算最小壁厚δ的2倍。
δ＝(P×D×S)/(2×抗拉强度) 公式(1)；
其中：当压力P<7MPa时，安全系数S＝8；当7<P<17.5MPa时，S＝6；当P>17.5MPa时，S＝4。抗拉强度指所选充氢室不锈钢管体材料在实验温度下的抗拉强度。
所述隔膜阀优选采用世伟洛克隔膜阀，其承受的压力范围为真空～24MPa，使用温度范围为-73～121℃。
所述压力表优选为氢压力表，量程为0-20MPa。
本实用新型工作原理：根据实验条件计算和选择合适尺寸的不锈钢管体3、堵头A2和堵头B4，不锈钢管体3两端车焊接坡口，两个堵头中间钻孔，并在一面车焊接坡口。其中堵头A2中间焊接热电偶1，堵头B4中间焊接进气管5。堵头A2通过钎焊与不锈钢管3连接，然后不锈钢管体3内部放入充氢样品，最后堵头B4通过钎焊与不锈钢管体3另一端相连，注意焊接过程中不锈钢管体3内部要填充氩气保护，防止充氢样品氧化。至此，简易的高温高压充氢室制备完成。进气管5另一端通过三通与压力表6和隔膜阀7相连，隔膜阀7另一端在充氢气时连接机械泵和高纯氢气源。利用机械泵把充氢室抽成真空，利用氢源给充氢室加氢气。上述过程反复进行三次，从而保证充氢室内部氢气的纯度。根据实验条件充入固定压力的氢气(观察压力表6)，然后关闭隔膜阀7，并断开与机械泵和氢源的连接，用螺母9把隔膜阀7另一端封住。利用检漏仪检测充氢装置是否漏气。检测完成后把充氢室放入加热炉内，并升到预定的实验温度，待热电偶1的温度稳定后，观察压力表6是否达到预定的充氢压力。由于随着扩散时间的增加，氢进入了材料的内部，从而降低了充氢室的压力，因此也增加了本充氢装置的安全性。充氢结束后，待充氢室冷却到室温后，打开隔膜阀7，放出充氢室内部残留的氢气，利用线切割把堵头B4切掉，拿出内部的材料，完成高温高压充氢实验。
实施例1：
利用本实用新型充氢装置对一种单晶高温合金材料(DD55)进行高温高压充氢实验，充氢条件和结果如表1中实施例1所示，为了方便对比，表1中列出了与本实验合金组织类似的CMSX-2和PWA1480单晶高温合金，利用传统的高温高压充氢釜进行充氢的结果。可以看出，实施例1充氢后氢含量为120ppm，达到了同类合金传统充氢方法的氢含量水平(90～300ppm)，因此该充氢装置完全可以满足实验充氢所需。
表1利用本发明的充氢装置进行的充气条件和结果
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (8)
1.一种简易高温高压充氢装置，其特征在于：该充氢装置包括充氢室、进气管、热电偶和隔膜阀；其中：所述充氢室为两端封闭的筒状结构，包括两端开口的不锈钢管体、堵头A和堵头B，堵头A和堵头B分别焊接于不锈钢管体的两端；所述充氢室内设有所述热电偶，用于测量充氢室内部温度；所述进气管的一端连接充氢室，另一端通过三通分别连接压力表和隔膜阀，所述进气管用于向充氢室内部填充氢气。
2.根据权利要求1所述的简易高温高压充氢装置，其特征在于：所述堵头A和堵头B为圆形片状结构；堵头A和堵头B的材质与不锈钢管体相同；堵头A和堵头B的直径与不锈钢管体外径相同，堵头A和堵头B的厚度大于不锈钢管体的壁厚。
3.根据权利要求2所述的简易高温高压充氢装置，其特征在于：所述堵头A、堵头B与不锈钢管体的材质为304不锈钢。
4.根据权利要求1所述的简易高温高压充氢装置，其特征在于：所述堵头A的中心位置开孔，热电偶通过该孔焊接在充氢室上，焊接方式为钎焊；所述热电偶为铠装热电偶。
5.根据权利要求1所述的简易高温高压充氢装置，其特征在于：所述进气管的一端焊接在充氢室的堵头B的中间位置，焊接方式为钎焊。
6.根据权利要求1所述的简易高温高压充氢装置，其特征在于：所述隔膜阀的开口端连接螺母或高纯氢气源；当需要向充氢室内充入氢气时连接高纯氢气源，充氢结束后则撤除氢气源并连接螺母。
7.根据权利要求1所述的简易高温高压充氢装置，其特征在于：所述隔膜阀采用世伟洛克隔膜阀，其承受的压力范围为真空～24MPa，使用温度范围为-73～121℃。
8.根据权利要求1所述的简易高温高压充氢装置，其特征在于：所述压力表为氢压力表，量程为0-20MPa。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN109519696A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-03-26 | 荆门宏图特种飞行器制造有限公司 | 一种罐体 |
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2017
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