ES2617670T3 - Método para mediciones de hidrógeno de permeación - Google Patents

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ES2617670T3 ES13824351.4T ES13824351T ES2617670T3 ES 2617670 T3 ES2617670 T3 ES 2617670T3 ES 13824351 T ES13824351 T ES 13824351T ES 2617670 T3 ES2617670 T3 ES 2617670T3
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Abstract

Un método (10, 30, 50, 60, 65) para medir un contenido de hidrógeno absorbido mediante permeación en una pieza de trabajo (8, 86, 87, 91, 93, 69) en forma de átomos de hidrógeno, para calificar una interacción entre dicha pieza de trabajo y dicho contenido de hidrógeno absorbido que puede debilitar dicha pieza de trabajo o provocar una fragilización de dicha pieza de trabajo, que comprende: - proporcionar una sonda (7, 38, 51, 61, 66) que comprende: - un elemento de recogida (29) configurado para ser asociado con dicha pieza de trabajo (8, 86, 87, 91, 93, 69), en el que dicho elemento de recogida de dicha sonda comprende una abertura de acceso para recibir una cantidad de hidrógeno absorbido que emana de dicha pieza de trabajo; - un puerto de entrada (27); - una cámara de mezcla (7', 38', 51', 62) dispuesta para comunicarse neumáticamente con dicho puerto de entrada (27) y con dicho elemento de recogida (29) configurado para mezclar un gas de medición con dicha cantidad de hidrógeno que emana de dicha pieza de trabajo, de tal forma que se forma una mezcla gaseosa (24) en la que dicha cantidad (13) de hidrógeno en emanación cambia desde dicha forma atómica a una forma molecular; caracterizado por - proporcionar un detector de estado sólido (15) en una porción interna de dicha sonda (7, 38, 51, 61, 66), de forma que dicha sonda (7, 38, 51, 61, 66) y dicho detector de estado sólido (15) forman un dispositivo compacto; - disponer dicha sonda (38, 51, 61, 66) con dicha abertura de acceso mirando a dicha pieza de trabajo (86, 87, 91, 93, 69), de tal forma que una cantidad (13) de hidrógeno que emana de dicha pieza de trabajo (86, 87, 91, 93, 69) pasa a través de dicha abertura de acceso y entra en dicha cámara de mezcla (38', 51', 61', 66'), - crear un flujo (Φ) de aire como gas de medición (26) desde dicho puerto de entrada (27) a través de dicha cámara de mezcla (7', 38', 62) hacia dicho detector de estado sólido (15), a un predeterminado caudal (W), en el que dicho flujo forma en dicha cámara de mezcla (7', 38', 51', 62) una mezcla gaseosa (24) de dicho aire con una cantidad de hidrógeno atómico, que emana de dicha pieza de trabajo en una forma molecular y provoca que dicha mezcla gaseosa contacte con dicho detector de estado sólido (15) para entrar en dicha cámara de mezcla (7', 38', 51', 62) a través de dicho puerto de entrada (27), - medir una concentración de hidrógeno (F) en dicha mezcla gaseosa (24) mediante dicho detector de estado sólido (15) que se conecta neumáticamente con dicha cámara de mezcla (7',38',62) para entrar en contacto con dicha mezcla gaseosa (24) en dicha cámara de mezcla y generando mediante dicho detector de estado sólido (15) una señal de medición (19) receptiva a dicha concentración de hidrógeno (F) de dicha mezcla gaseosa (24); - procesar mediante un medio de procesador (16) conectado a dicho detector de estado sólido (15) dicha señal de medición (19), comprendiendo dicho medio de procesador (16) un medio de programa que procesa dicha señal de medición (19) y calcula al menos un parámetro (17) relacionado con dicha interacción entre dicha pieza de trabajo (8, 86, 87, 91, 93, 69) y dicho hidrógeno absorbido.

Description

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DESCRIPCION
Metodo para mediciones de hidrogeno de permeacion Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a determinar la concentracion de hidrogeno en una mezcla con otro gas. El metodo puede usarse para determinar o seguir la absorcion de produccion de hidrogeno en piezas de trabajo de metal durante un tratamiento de superficie en un bano qmmico o electroqmmico. El metodo tambien puede usarse para supervisar corrosion y permeacion de hidrogeno en piezas de trabajo de metal, tales como tubenas usadas en ambientes corrosivos o en contacto con gases que contienen hidrogeno en la industria petroqmmica, en centrales electricas o en instalaciones de produccion/distribucion de hidrogeno, en particular, en componentes usado a altas temperaturas. El metodo adicionalmente puede usarse para llevar a cabo ensayos no destructivos de uniones de soldadura. El metodo tambien puede usarse para evaluar la difusividad del hidrogeno en un material solido, en particular en un metal.
Antecedentes de la invencion
Como se conoce bien, el hidrogeno puede reducir la resistencia de las piezas de trabajo de metal con las que entra en contacto sistematicamente. Esto es cierto, en particular, en el caso de aceros. De hecho, un contacto de larga duracion con gas de hidrogeno, como puede ser el caso en algunos ambientes de procesamiento, puede provocar que el hidrogeno se absorba en el metal. Mas alla de cierto punto, esto puede dar lugar a fragilizacion por hidrogeno. Por ejemplo, se conocen procesos de tratamiento de superficie qmmico o electroqmmico para tratar piezas de trabajo de metal, tales como tratamientos galvanicos, decapado, fresado qmmico o pulido electrolftico. Estos procesos tienen lugar mediante una reaccion de reduccion del hidrogeno que esta presente como ion H+ en un bano de tratamiento. De esta forma, se genera hidrogeno atomico que puede permanecer dentro de la pieza de trabajo tratada y puede provocar fragilizacion.
Se conocen diversos procedimientos para evaluar el riesgo de fragilizacion por hidrogeno en un proceso de tratamiento galvanico industrial. Por ejemplo, ASTM F519-10 proporciona ensayos destructivos en un significativo numero de espedmenes que deben prepararse de acuerdo con procedimientos espedficos. ASTM F 326-96 proporciona la medicion de un parametro de absorcion de hidrogeno durante el tratamiento y la medicion de su permeabilidad durante un posterior tratamiento de deshidrogenacion. Estos procedimientos tienen el inconveniente de ser demasiado costosos. Ademas, estos son ensayos indirectos y no oportunos. En otras palabras, las muestras se usan que son distintas de las piezas de trabajo realmente tratadas y debe esperarse cierto tiempo para que los resultados de los ensayos esten disponibles. Por lo tanto, si un resultado no es aceptable, puede ser necesario hacer volver las piezas de trabajo que se hubieran enviado o que incluso estuvieran en uso, lo que provoca importantes perdidas de dinero, junto con otras desventajas. Ademas, los procedimientos anteriormente mencionados no permiten ajustes en tiempo real de la variable de proceso, para limitar la absorcion de hidrogeno en las piezas de trabajo durante el tratamiento, ni mejoran la eficiencia del proceso.
Lo mismo tambien se aplica para tratamientos en los que la superficie una pieza de trabajo de metal se trata con una solucion de acido para retirar una capa de superficie de oxido. Por ejemplo, el decapado normalmente sucede por produccion de hidrogeno, que puede provocar fragilizacion por hidrogeno. Ademas, la solucion de acido puede ser agresiva para el metal.
Por lo tanto, se necesita un dispositivo mediante el cual la absorcion de hidrogeno pueda ser continuamente seguida en un tratamiento galvanico o en tratamientos como el decapado, de tal forma que esten disponibles datos en tiempo real y, preferentemente, por el cual pueda efectuarse un control de proceso para evitar la fragilizacion por hidrogeno.
Tambien se conoce que los procesos de esmaltado de las piezas de trabajo de metal pueden resultar en absorcion de hidrogeno y fragilizacion de superficie de las piezas de trabajo tratadas. De hecho, cuando se prepara la frita de esmaltado, normalmente se alcanzan temperaturas de entre 800 °C y 850 °C. En estas condiciones, cualquier agua presente en la mezcla de esmaltado es disociada catalfticamente por el hierro del acero de la pieza de trabajo de metal, por lo tanto se forma hidrogeno que se absorbe en la pieza de trabajo y a continuacion se difunde a traves de la pieza de trabajo. En el enfriamiento posterior de la pieza de trabajo, el hidrogeno tiende a migrar de regreso a la superficie de la pieza de trabajo, donde se encuentra una capa de esmaltado impermeable. La presion de hidrogeno puede deteriorar y debilitar esta capa. Este es el denominado defecto de "escama de pescado".
Por lo tanto, se necesita un metodo para ensayos de permeacion preliminares, para evaluar si una pieza de trabajo de metal puede esmaltarse sin provocar tal comportamiento.
El dispositivo tradicionalmente usado para ensayos de permeacion preliminares es la celda Devanathan-Stachurski, que comprende una media celda de generacion de hidrogeno y una media celda de medicion. La celda permite la medicion de la difusividad del hidrogeno en un metal. Este dispositivo es complicado ya que existen dos medias celdas que deben montarse juntas, ya que debe asegurarse una conexion estrecha y por razones menores
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adicionales. Ademas, los ensayos tienen una duracion considerable. Por lo tanto, se necesita un dispositivo para llevar a cabo ensayos de permeacion de hidrogeno preliminares o para medir la difusividad del hidrogeno a traves de un material de metal, que es mas facil de usar y mas fiable que los dispositivos de la tecnica anterior.
Para medir el contenido de hidrogeno dentro de piezas de trabajo de metal, se usan dispositivos conocidos como desorbedores, que comprenden un horno en el que una muestra se dispone tras encerrarse dentro de un tubo de cuarzo. La muestra se calienta a continuacion para provocar que el hidrogeno absorbido salga de la misma y para dejar el horno en una corriente de gas. La concentracion de hidrogeno en la corriente se supervisa, integra y compara con el peso de la muestra, obteniendo por lo tanto una medida cuantitativa del hidrogeno contenido en la muestra. Los desorbedores son bastante voluminosos y caros y tambien implican considerables costes de operacion y mantenimiento. Ademas, unicamente permiten ensayos destructivos. Por lo tanto, se necesita un dispositivo para determinar el contenido de hidrogeno incorporado en una pieza de trabajo de metal que sea menos caro, que implique menores costes de operacion y mantenimiento y que sea mas facil de usar que los desorbedores convencionales. Tambien se necesita un dispositivo de este tipo para realizar ensayos no destructivos.
Tambien se conoce que al menos una etapa de los procesos de corrosion en un material de metal suceden por la produccion de hidrogeno. Esta produccion de hidrogeno depende de la intensidad de la corrosion. Tambien se conocen dispositivos para supervisar el flujo de hidrogeno como un indicador de sucesos de corrosion. Estos dispositivos comprenden detectores amperometricos, asf que no proporcionan fiabilidad y resistencia satisfactorias.
Como se conoce bien, hidrogeno es mas y mas usado como un vector/combustible energetico, por ejemplo, para alimentar vehfculos de motor. En particular, se desarrollan instalaciones de distribucion de gas de hidrogeno y redes comprendiendo bombas de auto servicio. Para la seguridad de tales instalaciones, se requiere que los dispositivos comprueben en tiempo real si puede suceder fragilizacion por hidrogeno en el metal de los conductos y de las bombonas de gas usadas para transmitir y almacenar el gas de hidrogeno. Hoy en dfa, no se conoce ningun dispositivo que pueda detectar de forma fiable y notificar estos riesgos de fragilizacion por hidrogeno.
El documento US 2009/0277249A1 describe un metodo y un dispositivo para determinar la calidad de un elemento de sellado poniendo una mezcla que contiene hidrogeno en contacto con el elemento de sellado y midiendo la cantidad de hidrogeno que pasa a traves del elemento de sellado, en forma de hidrogeno molecular. El uso de la misma tecnica tambien se menciona para llevar a cabo ensayos de permeacion en un componente, en el que el hidrogeno pasa a traves del componente, todavfa en la forma molecular. La tecnica no permite determinar el contenido de hidrogeno que esta presente en el elemento de sellado y no permite determinar la difusividad del hidrogeno a traves del elemento de sellado. Por lo tanto, el documento US2009/0277249A1 no puede evaluar el riesgo de fragilizacion del elemento de sellado, pero sf el grado de opresion del elemento de sellado, es decir cuanto hidrogeno se pierde a traves del elemento de sellado.
En el documento EP1114992A2 se usa un elemento de recogida con forma de copa que se proporciona con nervaduras con forma de espiral para recoger hidrogeno que viene de una superficie de una pieza de trabajo y tambien se usa un detector amperometrico.
El documento WO2011/131897A1 describe un proceso para supervisar la tasa de corrosion en un conducto de metal que transmite un fluido corrosivo, en el que se proporciona un dispositivo que se dispone para formar, cuando el dispositivo se instala en una pared del conducto de metal, una camara configurada para recibir gas de hidrogeno que permea a traves de la pared del conducto. El proceso comprende una etapa de tratamiento para eliminar una especie de metal de la camara, una etapa de medicion de una cantidad de hidrogeno que se recibe en la camara, para estimar la tasa de corrosion del conducto metal. Incluso en este caso, la medicion del hidrogeno permeado es una medicion de permeabilidad, que aumenta debido a la corrosion, pero no puede conducir al contenido de hidrogeno que esta presente en las paredes del conducto, ni puede determinarse la difusividad del hidrogeno en las paredes.
Sumario de la invencion
Es por lo tanto un objeto de la presente invencion proporcionar un metodo para detectar la presencia de hidrogeno dentro de una pieza de trabajo o artfculo de metal y para evaluar si un proceso de corrosion o un riesgo de fragilizacion por hidrogeno es probable que suceda.
Es un objeto particular de la presente invencion proporcionar un metodo de este tipo para establecer si hay hidrogeno presente en piezas de trabajo de metal y para evaluar el riesgo de agrietamiento por corrosion debido a fragilizacion por hidrogeno para piezas de trabajo de metal durante un tratamiento que implica produccion de hidrogeno, tales como un tratamiento galvanico, decapado, fresado qmmico o pulido electrolftico.
Es otro objeto particular de la presente invencion proporcionar un metodo de este tipo para llevar a cabo ensayos preliminares de permeacion de hidrogeno en un metal, para evaluar la difusividad del hidrogeno y/o para prever el comportamiento de una pieza de trabajo del mismo metal en un tratamiento de superficie como un proceso de esmaltado.
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Es un objeto particular adicional de la presente invencion proporcionar un metodo de este tipo para establecer si hay hidrogeno presente en piezas de trabajo del equipo y para evaluar los riesgos relacionados con el hidrogeno para piezas de trabajo del equipo tales como tubenas y recipientes para transmitir y/o tratar y/o almacenar gas de hidrogeno, para usarse, por ejemplo, en instalaciones de distribucion para veldculos de motor.
Tambien es un objeto particular de la presente invencion proporcionar un metodo de este tipo para identificar un proceso de corrosion mediante mediciones de permeacion de hidrogeno en tubenas y elementos de recipiente usados en la industria qmmica/de produccion de energfa.
Es un objeto particular de la invencion determinar el contenido de hidrogeno que esta presente en una pieza de trabajo y/o difusividad del hidrogeno a traves de la pieza de trabajo, asf como correlacionar tal contenido y/o difusividad con los riesgos de agrietamiento de la pieza de trabajo debido a debilitamiento por hidrogeno o tasa de fragilizacion.
Estos y otros objetos se consiguen mediante un metodo para medir un contenido de hidrogeno absorbido mediante permeacion en una pieza de trabajo en forma de atomos de hidrogeno, para calificar una interaccion entre la pieza de trabajo y el hidrogeno absorbido que puede debilitar o provocar una fragilizacion de la pieza de trabajo, comprendiendo el metodo las etapas de la reivindicacion 1.
Detectores de estado solido, en sf conocidos, se usan tambien para hidrogeno, pero unicamente para medir la concentracion de hidrogeno en mezclas de hidrogeno y gas que pueden formarse en el ambiente y no para medir el hidrogeno absorbido en piezas de trabajo de metal o de otro material y que emana a traves de una superficie de estas piezas de trabajo. La ventaja del uso de detectores de estado solido es que no comprenden electrodos, por lo tanto no requieren usar lfquidos o geles espedficos, es decir, sustancias qmmicas que pueden ser toxicas o daninas.
El proceso de permeacion de hidrogeno, que se absorbe en forma de atomos de hidrogeno, a traves de la pieza de trabajo sucede debido a un gradiente de concentracion de hidrogeno absorbido entre el interior de la pieza de trabajo y el ambiente que lo rodea, donde el hidrogeno esta presente en forma de moleculas y tiene una concentracion muy baja, normalmente de aproximadamente 0,5 ppm.
De acuerdo con la presente invencion, el elemento de recogida de la sonda comprende una abertura de acceso para la cantidad de hidrogeno en emanacion y comprende un medio para disponer la sonda con la abertura de acceso mirando a la pieza de trabajo, de tal forma que la cantidad de hidrogeno que emana de la pieza de trabajo pasa a traves de la abertura de acceso. Para entrar en la camara de mezcla. Un dispositivo de este tipo es util para realizar mediciones comenzando desde el hidrogeno absorbido en la pieza de trabajo.
En particular, el medio para disponer la sonda con la abertura de acceso mirando a la pieza de trabajo se configura para sujetar la sonda con la abertura dispuesta en contacto con la pieza de trabajo. El medio de sujecion puede ser un medio de sujecion convencional, en particular puede comprender un medio mecanico tales como un medio roscado, un medio de brida asf como un medio de soldadura. Como alternativa, o ademas, el medio de sujecion puede ser un medio magnetico, por ejemplo puede comprender al menos una porcion de la sonda hecha de un material magnetico, si la pieza de trabajo comprende un metal que pueda ser atrafdo por material magnetico.
En una aplicacion del metodo, un dispositivo que tiene una sonda con una abertura para introducir la pieza de trabajo en la misma puede usarse para detectar y/o supervisar un riesgo asociado con la presencia de hidrogeno absorbido en la pieza de trabajo en forma de atomos de hidrogeno, tal como el riesgo de fragilizacion por hidrogeno en piezas de trabajo de metal que se usan en contacto con un gas que contiene hidrogeno. En este caso, la etapa de disposicion de una camara de mezcla proporciona una etapa de disposicion de una abertura de acceso la camara de mezcla mirando a una superficie exterior de la pared, en particular la abertura de acceso se pone en contacto con la pared. Ademas, se proporciona una etapa de succion de gas de la camara de mezcla, provocando de este modo las etapas de introduccion de una corriente de un gas de medicion, de formacion de una mezcla y de la transmision de la mezcla. Ademas, la etapa de procesamiento de la senal de medicion calcula un valor C del contenido de hidrogeno absorbido en la pared como el parametro de interaccion. En particular, la etapa de control calcula una pluralidad de valores de distribucion del hidrogeno absorbido en la pieza de trabajo. Para calcular la pluralidad de valores de distribucion puede usarse un metodo de elementos finitos comenzando desde la senal de medicion, que cambia con el paso del tiempo.
En particular, el dispositivo puede usarse para supervisar el riesgo de fragilizacion por hidrogeno en paredes de envases tales como elementos de canalizacion, recipientes y otro equipo que se usa para transmitir, almacenar y transformar un gas que contiene hidrogeno en un proceso de distribucion o fabricacion.
En otra aplicacion del metodo, un dispositivo de este tipo puede usarse para detectar y/o supervisar con el paso del tiempo la corrosion de la pared de un envase usado para transmitir, almacenar o transformar un lfquido corrosivo. En este caso, el metodo difiere del caso de la deteccion y/o supervision de un riesgo de fragilizacion en que, la etapa de procesamiento la senal de medicion calcula un valor de tasa de corrosion de la pared debido al fluido corrosivo como
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el parametro de interaccion.
El envase puede ser un elemento de canalizacion, un recipiente de almacenamiento o un equipo de proceso. Como se conoce bien, en una amplia variedad de materiales de metal, sucede corrosion junto con una reaccion de reduccion de hidrogeno y con una produccion de gas de hidrogeno, tan pronto como ya no estan presentes las condiciones para una reduccion de oxfgeno en el ambiente que rodean el lugar de corrosion. El metal de la pared proxima al lugar de corrosion se permea mediante una porcion del hidrogeno producido de esta forma, por lo tanto, la concentracion de hidrogeno en la mezcla gaseosa que se forma dentro de la sonda proporciona una medida del proceso de corrosion, incluso de un proceso de corrosion generalizado, dentro de un envase de este tipo. En otras palabras, el flujo de hidrogeno que emana de una pieza de trabajo afectado por corrosion puede correlacionarse con la tasa de corrosion y asf a perdida de peso/grosor de la pared, que permite la prediccion de la posibilidad de rotura, por ejemplo, debido a presion interna u otras cargas.
En una realizacion ilustrativa, la sonda comprende un conducto separador que tiene un primer extremo provisto de dicha abertura y un segundo extremo, opuesto al primer extremo, que se conecta neumaticamente con la camara de mezcla. Ventajosamente, en el caso de envases que operan a altas temperaturas, habitualmente por encima de 150 °C, la longitud del conducto separador se selecciona de modo que la temperatura en el detector no excede una temperatura maxima predeterminada, para garantizar la operacion del detector y/o no reducir su vida util.
De esta forma, es posible detectar y/o supervisar procesos de corrosion y/o riesgos de fragilizacion por hidrogeno, respectivamente en el caso de envases usados para el tratamiento de fluidos corrosivos y/o para el tratamiento de gas que puede contener hidrogeno, incluso a alta temperatura. En particular, el dispositivo de acuerdo con esta realizacion ilustrativa de la invencion puede usarse para detectar y supervisar sucesos de danos relacionados con hidrogeno, tales como Fragilizacion por hidrogeno y Despegado por hidrogeno, es decir el desprendimiento de una capa de revestimiento interior debido a hidrogeno en una etapa de enfriamiento. Esto es particularmente util en el caso de reactores de hidrocraqueo.
En otra realizacion ilustrativa, el dispositivo comprende un medio para desplazar la sonda mientras mantiene la abertura a una predeterminada distancia de una superficie, a lo largo de una trayectoria de movimiento prefijado. En particular, el medio para desplazar la sonda es un medio automatico para desplazar la sonda de acuerdo con un programa de temporizacion prefijado o siguiendo el movimiento de un aparato distinto.
En una aplicacion adicional del metodo, un dispositivo de este tipo puede usarse para medir el gas de hidrogeno que se genera mientras se sueldan dos elementos de metal mediante un procedimiento automatico, en el que se forma un cordon de soldadura. Para este proposito, el dispositivo puede comprender un medio de conexion convencional para conectarse con una cabeza de soldar de un equipo de soldadura automatico. Ya que la abertura esta a una distancia de los elementos de metal a soldar, tambien se succiona aire de medicion del ambiente a traves de la abertura. Ademas, el metodo tiene una diferencia con respecto al caso de detectar y/o supervisar el riesgo de fragilizacion en una pieza de trabajo de metal usada en contacto con un gas que contiene hidrogeno, ya que la etapa de disponer una camara de mezcla comprende una etapa de mover la camara de mezcla siguiendo un frente del cordon de soldadura que se esta formando a una distancia predeterminada de las piezas de trabajo de metal.
De esta forma, es posible detectar y supervisar, con el paso del tiempo, el contenido de hidrogeno absorbido residual en el cordon de soldadura, que es la principal causa del suceso de colapso conocido como agrietamiento en fno.
En una realizacion ilustrativa, el metodo tambien usa un aparato para realizar ensayos de permeacion electroqmmica en dicha pieza de trabajo, comprendiendo el aparato:
- una fuente de gas de hidrogeno configurada para generar un gas de medicion de hidrogeno en una primera cara de la muestra opuesta a una segunda cara de dicha pieza de trabajo, donde se dispone dicho elemento recogido;
en el que el medio de programa se configura para calcular una parametro de interaccion seleccionado del grupo que consiste en:
- un coeficiente de difusion o difusividad del material;
- un contenido medio de hidrogeno absorbido en la pieza de trabajo;
- una distribucion del hidrogeno absorbido en la pieza de trabajo.
En particular la fuente de gas de hidrogeno es una celda electrolftica generadora de hidrogeno que comprende un anodo y un catodo dispuesto para llevarse a una tension de trabajo y una solucion electrolftica dispuesta entre el anodo y el catodo, en el que el catodo tiene una tension igual a la tension de la muestra, que esta hecha de un material de metal y la muestra tiene la primera cara en contacto con la solucion electrolftica, en el que la tension y la solucion electrolftica se seleccionan para provocar una reaccion de reduccion de la medicion hidrogeno en la primera cara.
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De esta forma, se proporciona un metodo para realizar mediciones de permeacion ventajosamente con respecto a los dispositivos de la tecnica anterior, por ejemplo con respecto a la anteriormente mencionada celda Devanathan- Stachurski. De hecho, el dispositivo comprende unicamente una media celda de generacion de hidrogeno electrolftica, por el contrario no comprende una media celda electrolftica de medicion. Por lo tanto, una solucion electroqmmica adicional no tiene que usarse para medicion, con lo que:
- se evitan algunos sucesos de corrosion, ya que la muestra no tiene una cara anodica expuesta a esta solucion de medicion;
- la muestra no debe pasivarse antes del ensayo de permeacion, lo que ahorra tiempo;
- no se requiere un tratamiento preliminar preciso de la superficie de la muestra, es decir un tratamiento mecanico y un tratamiento de limpieza, como sucede, por el contrario, en una medicion electroqmmica.
Ademas de determinar la difusividad, el metodo tambien puede usarse para llevar a cabo ensayos preliminares para evaluar preliminarmente la resistencia de una capa de esmaltado en una superficie de metal, tratando una muestra, antes de esmaltar las piezas de trabajo finitas.
En una realizacion ilustrativa, el metodo usa un medio para calentar la pieza de trabajo, por ejemplo un medio de calentamiento electrico o por induccion, para ayudar al hidrogeno a emanar fuera de la pieza de trabajo.
En particular, el medio de procesador se configura para calcular una pluralidad de valores de distribucion del contenido del hidrogeno absorbido en la pieza de trabajo. Preferentemente, el medio de procesador se configura para usar un metodo de elementos finitos para calcular la pluralidad de valores de distribucion comenzando desde la senal de medicion, receptiva al tiempo.
Con un dispositivo de este tipo tambien es posible conocer el contenido de hidrogeno restante a una temperatura dada, por ejemplo, a una temperatura de trabajo de la pieza de trabajo.
Breve descripcion de los dibujos
La invencion se mostrara a continuacion con la descripcion de sus realizaciones ilustrativas, ilustrando pero sin limitacion, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
- la Figura 1 muestra en forma de diagrama un dispositivo;
- la Figura 2 muestra en forma de diagrama un aparato para llevar a cabo ensayos de permeacion de hidrogeno electroqmmicos en una muestra;
- la Figura 3 es una vista diamagratica en perspectiva de la sonda del dispositivo de la Figura 2;
- las Figuras 4 y 5 muestran en forma de diagrama un dispositivo para supervisar el hidrogeno absorbido en la pared de un envase de gas de hidrogeno o para seguir la corrosion de una pared de un envase de un fluido corrosivo;
- la Figura 6 es una vista en seccion transversal diamagratica de la sonda del dispositivo de las Figuras 4 y 5;
- las Figuras 7 y 8 muestran en forma de diagrama un dispositivo similar al dispositivo de las Figuras 4 y 5, adecuado para trabajar a alta temperatura;
- la Figura 9 muestra en forma de diagrama un dispositivo para medir gas de hidrogeno que se genera en un proceso de soldadura automatico;
- la Figura 10 muestra un dispositivo integrado para un metodo de acuerdo con la invencion;
- la Figura 11 muestra en forma de diagrama un dispositivo para determinar el contenido de hidrogeno absorbido en una pieza de trabajo, en particular en una pieza de trabajo finalizada no de acuerdo con la invencion;
- la Figura 12 muestra en forma de diagrama un proceso para determinar la difusividad;
- la Figura 13 muestra en forma de diagrama un dispositivo para determinar el contenido de hidrogeno absorbido en una pieza de trabajo durante un tratamiento galvanico no de acuerdo con la invencion;
- la Figura 14 muestra en mas detalle, la sonda del dispositivo de la Figura 13.
Descripcion de una realizacion ilustrativa preferida
Con referencia a la Figura 1, se describe un dispositivo 10 para medir una cantidad de hidrogeno 13 que emana de una pieza de trabajo 8, para calificar una interaccion entre la pieza de trabajo 8 y un contenido de hidrogeno absorbido en la pieza de trabajo 8. El dispositivo comprende una sonda 7 que incluye una camara de mezcla 7' que es accesible para la cantidad de hidrogeno 13 que emana de la pieza de trabajo 8 debido a la presencia de hidrogeno absorbido dentro de la misma y que esta equipada con un puerto de entrada 27 para un gas de medicion 26. El puerto de entrada puede ser un puerto de admision de aire ambiental o una boquilla adecuada para conectarse a un envase como una bombona de gas, que contiene un gas presurizado, por ejemplo aire, no mostrado. El dispositivo 10 tambien comprende un detector de estado solido 15 y un medio de conexion 28 para conectar neumaticamente el detector 15 con la camara de mezcla 7'. El dispositivo 10 comprende ademas un medio de transmision de gas 14 para transmitir el gas de medicion desde el puerto de entrada 27 hacia el detector de estado solido 15, a un predeterminado caudal W. Debido al medio de transmision, se forma una mezcla 24 en la camara de mezcla 7 por la cantidad de hidrogeno 13 que emana de la pieza de trabajo 8 y por el gas de medicion
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26, que se transmite al detector de estado solido 15 a traves del medio de conexion 28. El detector 15 se configura para medir una concentracion de hidrogeno F en la mezcla de gas 24 y para generar una senal de medicion 19 que depende de la concentracion F.
En la Figura 1, el medio de transmision de gas puede comprender un ventilador 14, que preferiblemente se dispone corriente abajo del detector 15 o corriente abajo de una camara accesible al detector 15 o el ventilador 14 puede ubicarse entre la camara de mezcla 7 y detector 15. De acuerdo con la presente invencion como se muestra en la Figura 10, la sonda y el detector forman un dispositivo compacto en el que el detector 15 se dispone en una porcion interna de la sonda 7. El medio de transmision puede comprender un medio de ajuste de flujo, por ejemplo una valvula de regulacion, asociado con un envase de gas presurizado como una bombona de gas.
El dispositivo 10 tambien comprende un medio de procesador 16 conectado funcionalmente al detector de estado solido 15, para recibir la senal de medicion 19. El medio de procesador 16 se adapta para procesar la senal de medicion 19 para calcular un parametro 17 que califica la interaccion entre la pieza de trabajo 8 y el hidrogeno absorbido dentro de la misma.
Con referencia a la Figura 2, se describe un aparato para ensayos de permeacion 40 para realizar ensayos de permeacion electroqmmicos en una muestra 86. El dispositivo 40 comprende un medio de generacion de gas de hidrogeno 31 para generar gas de medicion de hidrogeno 13'. Los medios de generacion comprenden una unidad de generacion de gas electrolftico, es decir una celda de generacion 31. La celda de generacion 31 comprende un envase 32 que, en uso, contiene una solucion de generacion 33 y un circuito 34 que comprende un generador de tension 35 y un anodo 36 que se disponen dentro del envase 32 y que se sumergen en la solucion de generacion 33. El anodo 36 se conecta al polo positivo del generador 35. El polo negativo del generador 35 puede conectarse a un catodo 37. Si la mezcla 86 se hace de un material de metal, el catodo 37 puede comprender o puede estar en contacto con la muestra 86. La solucion de generacion 33 puede seleccionarse teniendo en cuenta la aplicacion para la que se efectua el ensayo de permeacion preliminar. En el caso de un tratamiento de esmaltado, la solucion de generacion puede ser una solucion de NaOH de una solucion de H2SO4 que tambien contiene promotores de produccion de hidrogeno. En el caso de un tratamiento de decapado, la solucion de generacion 33 puede ser un bano de decapado convencional.
En el aparato 40, la muestra 86 se dispone electricamente a la misma tension que el catodo 37 de la celda de generacion 31, por lo tanto una reaccion de reduccion de hidrogeno puede tener lugar en la muestra 86 y el hidrogeno permea a traves del material en forma de atomos de hidrogeno y a continuacion sale del mismo como hidrogeno molecular gaseoso 13.
El aparato 40 comprende ademas un dispositivo 30 para medir el contenido de hidrogeno que se absorbe en la muestra 86. El dispositivo 30 comprende una sonda 38. La sonda puede ser un elemento 38 sustancialmente en forma de campana, como se muestra en la Figura 3, que incluye una camara de mezcla 38', equipada con una abertura de acceso 29 para la cantidad de hidrogeno 13 que emana de la muestra 86 y tambien equipada con al menos un puerto de entrada para el aire ambiental 26, como el gas de medicion. La sonda tambien se equipa con un medio, no mostrado, para disponer la sonda 38 de modo que la abertura 29 mira a la pieza de trabajo o muestra 86, En este caso se proporciona preferentemente un medio de sujecion en la muestra 86.
El dispositivo 30 comprende ademas un detector de estado solido 15, asf como un medio de transferencia de gas, por ejemplo un ventilador 14. Tambien se proporciona un medio de conexion neumatico 28 entre la camara de mezcla 38' y ventilador 51. De acuerdo con la presente invencion el medio de conexion neumatico tiene que comprender un alojamiento de detector 15 dentro de la sonda 38, con el que el detector 15 forma un dispositivo compacto, como se muestra en la Figura 10.
La cantidad de hidrogeno 13 que emana de la muestra 86 entra en la camara de mezcla 38' de la sonda 38 a traves de la abertura 29. En la camara de mezcla 38', la cantidad de hidrogeno emanada 13 se mezcla con el aire succionado a traves del puerto 27 debido al ventilador 14, formando la mezcla de aire/hidrogeno 24. La mezcla 24 alcanza el detector 15, debido a la succion del ventilador 14. El detector 15 se configura para producir una senal electrica 19 receptiva, en particular proporcional a la concentracion de hidrogeno de la mezcla 24 analizada en lmea. La electronica del detector 15 se conecta electricamente a la unidad de procesador 16 para proporcionar a la misma con la senal 19. En la unidad de procesador 16, la senal 19 puede procesarse para determinar la difusividad D de hidrogeno en la muestra 86 y un valor de concentracion medio del hidrogeno permeado en la muestra 86.
La difusividad D puede determinarse mediante el mismo procedimiento bien conocido usado en la tecnica anterior, mediante la celda Devanathan-Stachurski. Mas en detalle, con referencia a la Figura 12, la senal de medicion 19, por ejemplo una senal de corriente electrica i(t) se muestra como una trama de corriente-tiempo que comienza en un tiempo inicial de ensayo t0, crece desde un valor i0, y a continuacion mantiene un valor h sustancialmente constante. La senal se integra con el paso del tiempo entre el tiempo inicial t0 y un tiempo generico t, obteniendo una funcion 18 que se aproxima a una lmea recta 18' tan buena como la senal 19 esta cerca del valor h. El punto de interseccion de la lmea 18' con el eje de tiempo indica un tiempo tL, conocido como desfase temporal, que permite el calculo de la difusividad D mediante la formula D=a2/6tL, en la que a es el grosor de la muestra.
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En un ensayo preliminar de esmaltado, ademas de la etapa de calculo de la difusividad D, se proporciona una etapa de medicion del tiempo de permanencia del hidrogeno cuando pasa a traves de la muestra 86 y tambien se proporciona una etapa de calculo de contenido libre de hidrogeno Cl dentro de muestra 86.
Mediante tales determinaciones, el proceso de esmaltado puede hacerse conforme con las normas EN10209, UNI9904, UNI8763.
El contenido medio del hidrogeno de permeacion dentro de la muestra 86 puede determinarse mediante la integracion de la senal 19 (Figura 12) en un predeterminado intervalo t0-ti comenzando desde el tiempo inicial de ensayo t0.
Haciendo referencia a la Figura 10, se describe una realizacion ilustrativa de un dispositivo integrado 30 para un metodo de la presente invencion en el que un cuerpo alargado 6 incluye la camara de mezcla 38' de la sonda 38, y un alojamiento 28 para el detector 15, que proporciona una conexion neumatica del detector 15 con la camara de mezcla 38. El cuerpo alargado 6' tiene un medio de sujecion, no mostrado, para la sujecion de uno de sus propios extremos a la pieza de trabajo 86. En el mismo extremo, el cuerpo alargado 6 tiene dos aberturas de acceso 29 para la cantidad de hidrogeno 13 que emana de pieza de trabajo 86, en la camara de mezcla 38'. En el extremo opuesto del cuerpo alargado 6, donde se proporciona el alojamiento 28 para la sonda 15 tambien estan presentes elementos de soporte para la sonda 15. El espacio entre el puerto de entrada 26 y alojamiento 28 define la camara de mezcla 38', para la creacion de la mezcla 24 de la cantidad de hidrogeno en emanacion 13 y de aire de medicion 26. En el alojamiento 28, el cuerpo 6 tambien tiene un puerto de salida 28" para la mezcla gaseosa 24. El puerto de salida 28" se conecta neumaticamente con un ventilador 14 integrado en el cuerpo alargado 6.
El detector de estado solido 15 puede ser, por ejemplo, un Detector de Hidrogeno MikroKera 4L disponible en Sinkera Technologies Inc.
Con referencia a las Figuras 4-6 se describe un dispositivo 50 para supervisar la condicion de porciones de carcasas dispuestas para contener fluidos corrosivos a temperatura ambiente, por ejemplo, en la industria petroqmmica. La Figura 4 muestra un envase 91, tales como un elemento de tubena, que contiene, o mas en particular transmite un lfquido de proceso corrosivo 92. El dispositivo 50 se monta en la cara exterior de la pared de metal 91 del envase 91' mediante un medio convencional, por ejemplo mediante medios magneticos si el material del envase 91 lo permite. Ventajosamente, el dispositivo 50 tiene una conexion de suministro electrico 59' y, preferentemente, un medio de conexion 59" de datos para emitir los datos calculados por la unidad de procesador 16, de acuerdo con la vista diamagratica de la Figura 1. Mas en detalle, como se muestra en la Figura 5, el dispositivo 50 comprende una sonda 51 que incluye una camara de mezcla 51'. La sonda 51 tambien se equipa con un puerto de entrada 27 para porciones de carcasas 91 de aire ambiental o cerca del mismo y tambien con un alojamiento 28 para una sonda en estado solido 51, para conectar neumaticamente la sonda 51 y la camara de mezcla 51', en una porcion de la sonda 51 a una distancia de la pared 91.
La sonda 51 comprende un medio para sujetarse a la superficie exterior de pared 91', no mostrado, por ejemplo un medio de sujecion magnetico. La cantidad de hidrogeno 13 que emana de la muestra 86 entra en la camara de mezcla 51' a traves de la abertura 29. En la camara de mezcla 51', la cantidad de hidrogeno emanada 13 se mezcla con aire succionado a traves del puerto de entrada 27 por el ventilador 14, formando por lo tanto la mezcla de aire/hidrogeno 24. La mezcla 24 alcanza al detector 15, debido a la succion del ventilador 14. El detector 15 se configura para producir una senal electrica 19 receptiva, en particular proporcional a la concentracion de hidrogeno de la mezcla 24 analizada en lrnea. La electronica del detector 15 se conecta electricamente a la unidad de procesador 16 para proporcionar a la misma con la senal 19. En la unidad de procesador 16, la senal 19 se procesa para obtener un valor de concentracion de hidrogeno permeado en la pared 91'. La sonda 51, detector 15, ventilador 14 y medio de procesador 16 pueden incluirse en una caja 54 dispuesta para conectarse a la pared 91 del envase 91. De acuerdo con la presente invencion, el dispositivo 50 es un dispositivo compacto, como se muestra en la Figura 10.
El metodo proporciona una etapa de calculo de la verdadera concentracion local de hidrogeno C en el metal, comenzando desde la senal de medicion 19 del flujo O de hidrogeno, mediante un metodo de elementos finitos, como se ha indicado anteriormente. Como alternativa, o ademas, se proporciona una etapa de determinacion de una tasa de la corrosion en el metal debido al fluido corrosivo.
El dispositivo 50 de las Figuras 4, 5 y 6 tambien puede usarse para realizar mediciones de permeacion de hidrogeno, para evaluar los riesgos asociados con hidrogeno absorbido mediante permeacion; tales como los riesgos de fragilizacion por hidrogeno de una pared de metal 91' de un envase 91 usado para contener un gas 92 que contiene hidrogeno o un fluido 92 que puede dar lugar a hidrogeno. Mas en detalle, el dispositivo 50 puede usarse para evaluar la presencia de un contenido de hidrogeno C mayor que un predeterminado valor C* de contenido de fragilizacion, por encima del cual surge un riesgo significativo de fragilizacion por hidrogeno de la pared 91', por ejemplo. En este caso, el medio de procesador 16 se configura para calcular un valor C del contenido de hidrogeno dentro de la pared 91' comenzando desde la senal de medicion 19 relacionada con la concentracion de hidrogeno en la mezcla de gas 26.
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Con referencia a las Figuras 7 y 8, se describe un dispositivo 60 para supervisar la condicion de envases dispuestos para contener fluidos corrosivos a una temperature elevada, a la cual un detector de estado solido no puede operar. La Figura 7 muestra un envase 93, tal como un recipiente, que contiene un lfquido de proceso corrosivo. El dispositivo 60 comprende una sonda 61, a su vez que comprende una camara de mezcla 62 en la que se dispone el detector de estado solido 15 y tambien que comprende un separador 63, en este caso un separador tubular, para mantener el detector 15 y medio de procesador 16 a una distancia de la pared 93' del recipiente 93. El separador 63 tiene un primer extremo mirando a la superficie exterior de la pared 93' y un segundo extremo, opuesto al primer extremo, conectado neumaticamente con la camara de mezcla 62. El separador tubular 63 tiene una longitud L adaptada para garantizar que la temperatura en la camara de mezcla 62 permite que el detector de estado solido trabaje. La camara de mezcla 62, detector 15, ventilador 14 y medio de procesador 16 pueden incluirse en una caja 54. De acuerdo con la presente invencion, el dispositivo 60 es un dispositivo compacto, como se muestra en la Figura 10.
En la Figura 8, la porcion de medicion 60 puede comprender la misma estructura que el dispositivo 50 de las Figuras 4-6. En otras palabras, el dispositivo 60 puede diferir del dispositivo 50 unicamente en el separador tubular 63.
La etapa de procesamiento es similar a lo que se ha descrito con referencia un dispositivo 50. La etapa de procesamiento tambien puede comprender las etapas de:
- calcular la concentracion cntica por encima de la cual es posible un desprendimiento de la pared del reactor (despegado);
- calcular la concentracion cntica de HE;
- calcular el grado de riesgo de ataque de hidrogeno.
El dispositivo 60 de las Figuras 7 y 8 tambien puede usarse para realizar mediciones de permeacion de hidrogeno, para evaluar tales riesgos como la fragilizacion por hidrogeno en una pared de metal 93' de un envase 93 usado para contener un gas a alta temperatura, que comprende gas de hidrogeno o un fluido que puede dar lugar a gas de hidrogeno. Mas en detalle, el dispositivo 60 puede usarse para detectar la presencia de un contenido de hidrogeno C mayor que un determinado valor C* de contenido de fragilizacion, por encima del cual surge un riesgo significativo de fragilizacion por hidrogeno de la pared 93', por ejemplo. En este caso, el medio de procesador 16 se configura para calcular un valor C del contenido de hidrogeno en la pared 93 comenzando desde senal de medicion 19 relacionada con la concentracion de hidrogeno en la mezcla de gas 26.
Con referencia a la Figura 9, un dispositivo 65 se describe para medir el gas de hidrogeno que se genera mientras se sueldan dos elementos de metal 67', 67" entre sf, a traves de una lmea de soldadura 68, por lo tanto creando un cordon de soldadura 69, mediante un procedimiento automatico. El dispositivo 65 comprende una sonda 66 que ventajosamente puede comprender un medio de conexion para conectarse con una cabeza de soldar de un equipo de soldadura automatico, no mostrado, o que puede asociarse con un medio para desplazar la camara de mezcla 66 sincronicamente con la cabeza de soldar. La sonda 66 se dispone a una distancia de los elementos de metal 67',67", preferentemente a una distancia de aproximadamente unos pocos mm, para succionar aire ambiental 26 junto con el hidrogeno que se genera mientras se suelda, de modo que una mezcla de aire/hidrogeno 24 formada en una camara de mezcla 66' de la sonda 66. La mezcla 24 se transmite hacia un detector 15 y se trata como en los anteriormente descritos dispositivos.
Los medios de procesador 16 del dispositivo 65 tambien se configuran para efectuar una etapa de calculo del grado de riesgo de agrietamiento en fno debido al hidrogeno que surge durante el procedimiento de soldadura.
Con referencia a la Figura 11, se muestra el dispositivo 70 para determinar el contenido de hidrogeno retenido en una pieza de trabajo, en particular en una pieza de trabajo mecanica 94 tal como un elemento de tornillo. El dispositivo 70 comprende una sonda 71 que comprende un tubo en forma de “U” 72, dispuesto para recibir la pieza de trabajo 94. El tubo en forma de “U” 72 tiene dos porciones de extremo 73' y 73" y tiene un puerto de entrada 27 para aire ambiental, proximo a la porcion de extremo 73', y un puerto de salida 28 proximo a la porcion de extremo de conexion 73", que forma una conexion neumatica con un detector de estado solido 15. El detector de estado solido se monta a un soporte tubular 77 junto con un ventilador de succion 14.
El dispositivo 70 puede comprender un medio para calentar la pieza de trabajo 94, por ejemplo un medio de calentamiento convencional electrico o por induccion, no mostrado.
Debido a al flujo circundante de aire de medicion 26 y posiblemente a la etapa de calentamiento, la muestra 94 libera hidrogeno 13 formado durante un tratamiento previo como un gas. El gas de hidrogeno 13 y aire de medicion 26 succionado a traves del puerto de entrada 27 desde una mezcla gaseosa de aire-hidrogeno 24. La mezcla de gas 24 alcanza el detector 15 a traves de medio de conexion neumatico 28, debido a la succion del ventilador 14. El detector 15 se configura para producir una senal electrica 19 receptiva, en particular proporcional a la concentracion de hidrogeno de la mezcla 24 analizada en lmea y por lo tanto receptiva a la cantidad de hidrogeno 13 que la pieza de trabajo 94, en las condiciones de ensayo, libera posteriormente. La senal 19 se procesa como se describe con referencia a los ejemplos anteriores.
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En este caso, el medio de procesador 16 se configura para calcular un valor de flujo de hidrogeno O con el paso del tiempo, comenzando desde el caudal W de gas de medicion 26, que se conoce, por ejemplo, de las caractensticas de un medio de transferencia de gas tal como un ventilador de desplazamiento positivo y comenzando desde la concentracion de hidrogeno F de la mezcla de gas 24, que se determina mediante el detector 15. El medio de procesador 16 tambien se configura para calcular, en particular el contenido medio Cm del hidrogeno absorbido en la pieza de trabajo 94, integrando dicho flujo de hidrogeno contenido en la mezcla de gas 24, durante un intervalo de tiempo predeterminado.
Con referencia a la Figura 13, se describe un dispositivo 20 para determinar el contenido de hidrogeno en una pieza de trabajo mientras se esta tratando en un bano electromecanico, por ejemplo, un bano de tratamiento galvanico. Un dispositivo de tratamiento galvanico esquematicamente comprende un tanque de tratamiento 80 dispuesto para contener una solucion o bano de tratamiento galvanico 81, un circuito electrico 82, un generador de tension 83 dispuesto a lo largo del circuito electrico 82, un elemento de catodo 84' y un elemento de anodo 84" en uso sumergido dentro de la solucion de tratamiento 81 contenida dentro del tanque 80. Una pieza de trabajo 85 a tratar mediante un tratamiento galvanico se dispone dentro del tanque 80, sumergida con la solucion tratamiento 81.
El dispositivo 20 comprende una sonda 21. La sonda 21 puede hacerse de cualquier material de metal, no necesariamente el mismo que el material de la pieza de trabajo 85 que se esta tratando, ya que las condiciones de reduccion de hidrogeno dependen de las condiciones de bano. En uso, una superficie exterior de sonda 21 se sumerge parcialmente con la solucion 81 contenida dentro del tanque 80 y la sonda se conecta electricamente al elemento de catodo 84'. Como se muestra, la sonda 21 comprende un tubo en forma de U. Son posibles otras formas, siempre que un extremo 21' del tubo pueda emerger del bano 81 para conectarse a un puerto de admision de gas de medicion, por ejemplo puerto de admision de aire ambiental. Como alternativa, la sonda 21 puede comprender un elemento en forma de espiral, no mostrado. Un extremo 21" de tubo en forma de “U” 21 se conecta al detector de estado solido 15 a traves de un conducto 22.
Durante el tratamiento galvanico, se forma algo de gas de hidrogeno 13 tanto en la superficie exterior de la sonda 21 como en la superficie exterior de pieza de trabajo 85. En el caso de la sonda 21, el hidrogeno 13 permea en el tubo en forma de “U” 21 donde se mezcla con aire de medicion 26 succionado por el ventilador 14 a traves del puerto de extremo 21', formando por lo tanto una mezcla de aire/hidrogeno 24. La mezcla 24 alcanza el detector 15, debido a la succion del ventilador 14. El detector 15 se configura para producir una senal de medicion electrica 19 receptiva, en particular proporcional a la concentracion de hidrogeno de la mezcla 24 analizada en lmea. La electronica del detector 15 se conecta electricamente a la unidad de procesador 16 para proporcionar a la misma con la senal 19.
En la unidad de procesador 16, la senal 19 se procesa para obtener al menos un parametro 17 que describe la interaccion entre el hidrogeno absorbido y la sonda 21 y, por lo tanto, la interaccion entre el hidrogeno absorbido y la pieza de trabajo 85. En particular, la unidad de procesador 16 se configura para calcular los valores de un perfil del contenido C residual de hidrogeno en la pieza de trabajo 85, que puede compararse con un valor maximo de contenido C*, denominado el contenido cntico, mas alla del cual el riesgo de fragilizacion por hidrogeno es inaceptable. La unidad de procesador 16 puede configurarse para efectuar automaticamente esta comparacion y para notificar el resultado de la misma a un operador a traves de un medio de presentacion convencional tal como un medio de presentacion digital o analogico y/o un medio de alarma optico y/o acustico.
Para producir los valores de un perfil de contenido C con el paso del tiempo, es decir una trama de la concentracion de hidrogeno residual en la pieza de trabajo 85 frente al tiempo, el medio de procesador 16 puede configurarse para llevar a cabo un metodo de elementos finitos.
En otras palabras, conociendo el coeficiente de difusion D de hidrogeno en el metal, contenido cntico C*, asf como caractensticas de la pieza de trabajo tales como el area de superficie S y el grosor T, es posible medir el flujo O de hidrogeno 13 a traves de la superficie de la sonda 21. Por lo tanto tambien puede calcularse el contenido C de hidrogeno absorbido en el metal. En particular, el coeficiente de difusion D puede calcularse desde el flujo O. Comparando C con C*, es posible evaluar el riesgo de fragilizacion por hidrogeno de la pieza de trabajo.
La unidad de procesador 16 puede configurarse adicionalmente para calcular un parametro de rendimiento catodico no del proceso. Ademas, la unidad de procesador 16 tambien puede configurarse para producir una senal de control en una forma que pueda recibirse por una unidad de proceso de control.
El dispositivo 20 tambien puede usarse para evaluar el riesgo de fragilizacion por hidrogeno en una pieza de trabajo que esta recibiendo un tratamiento en un bano qmmico tal como un tratamiento de decapado. La configuracion de este dispositivo para este bano puede obtenerse de la Figura 14, donde se omite el dispositivo electrico que comprende los artfculos 82, 83, 84', 84".
La sonda 21 es preferentemente una sonda desechable, ya que, durante el tratamiento y la medicion, se recubre con el recubrimiento espedfico del bano de tratamiento galvanico 81, por lo tanto el dispositivo 20 se hace preferentemente para ayudar la sustitucion de la sonda 21, es decir para retirary situar la ultima de/en el tanque 80.
La descripcion anterior de realizaciones ilustrativas espedficas para medir la permeacion de hidrogeno y de su modo de uso, pondra de manifiesto completamente la invencion de acuerdo con el punto de vista conceptual, de tal forma que otros, aplicando conocimiento de corriente, podran modificar y/o adaptar en diversas aplicaciones las realizaciones ilustrativas espedficas sin investigacion adicional y sin alejarse de la invencion y, por consiguiente, se 5 pretende que tales adaptaciones y modificaciones tendran que considerarse como equivalentes a las realizaciones espedficas. Los medios y materiales para realizar las diferentes funciones descritas en este documento podnan tener una naturaleza diferente sin, por esta razon, alejarse del campo de la invencion. Se ha de entender que la fraseologfa o terminologfa que se emplea en este documento es para el proposito de descripcion y no de limitacion.

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo (10, 30, 50, 60, 65) para medir un contenido de hidrogeno absorbido mediante permeacion en una pieza de trabajo (8, 86, 87, 91, 93, 69) en forma de atomos de hidrogeno, para calificar una interaccion entre dicha pieza de trabajo y dicho contenido de hidrogeno absorbido que puede debilitar dicha pieza de trabajo o provocar una fragilizacion de dicha pieza de trabajo, que comprende:
    - proporcionar una sonda (7, 38, 51, 61,66) que comprende:
    - un elemento de recogida (29) configurado para ser asociado con dicha pieza de trabajo (8, 86, 87, 91, 93, 69), en el que dicho elemento de recogida de dicha sonda comprende una abertura de acceso para recibir una cantidad de hidrogeno absorbido que emana de dicha pieza de trabajo;
    - un puerto de entrada (27);
    - una camara de mezcla (7', 38', 51', 62) dispuesta para comunicarse neumaticamente con dicho puerto de entrada (27) y con dicho elemento de recogida (29) configurado para mezclar un gas de medicion con dicha cantidad de hidrogeno que emana de dicha pieza de trabajo, de tal forma que se forma una mezcla gaseosa (24) en la que dicha cantidad (13) de hidrogeno en emanacion cambia desde dicha forma atomica a una forma molecular;
    caracterizado por
    - proporcionar un detector de estado solido (15) en una porcion interna de dicha sonda (7, 38, 51, 61, 66), de forma que dicha sonda (7, 38, 51, 61, 66) y dicho detector de estado solido (15) forman un dispositivo compacto;
    - disponer dicha sonda (38, 51, 61, 66) con dicha abertura de acceso mirando a dicha pieza de trabajo (86, 87, 91, 93, 69), de tal forma que una cantidad (13) de hidrogeno que emana de dicha pieza de trabajo (86, 87, 91, 93, 69) pasa a traves de dicha abertura de acceso y entra en dicha camara de mezcla (38', 51', 61', 66'),
    - crear un flujo (O) de aire como gas de medicion (26) desde dicho puerto de entrada (27) a traves de dicha camara de mezcla (7', 38', 62) hacia dicho detector de estado solido (15), a un predeterminado caudal (W), en el que dicho flujo forma en dicha camara de mezcla (7', 38', 51', 62) una mezcla gaseosa (24) de dicho aire con una cantidad de hidrogeno atomico, que emana de dicha pieza de trabajo en una forma molecular y provoca que dicha mezcla gaseosa contacte con dicho detector de estado solido (15) para entrar en dicha camara de mezcla (7', 38', 51', 62) a traves de dicho puerto de entrada (27),
    - medir una concentracion de hidrogeno (F) en dicha mezcla gaseosa (24) mediante dicho detector de estado solido (15) que se conecta neumaticamente con dicha camara de mezcla (7',38',62) para entrar en contacto con dicha mezcla gaseosa (24) en dicha camara de mezcla y generando mediante dicho detector de estado solido (15) una senal de medicion (19) receptiva a dicha concentracion de hidrogeno (F) de dicha mezcla gaseosa (24);
    - procesar mediante un medio de procesador (16) conectado a dicho detector de estado solido (15) dicha senal de medicion (19), comprendiendo dicho medio de procesador (16) un medio de programa que procesa dicha senal de medicion (19) y calcula al menos un parametro (17) relacionado con dicha interaccion entre dicha pieza de trabajo (8, 86, 87, 91, 93, 69) y dicho hidrogeno absorbido.
  2. 2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicha etapa de disponer dicha sonda (38, 51, 61) con dicha abertura de acceso (29) mirando a dicha pieza de trabajo (86, 87, 91, 93) proporciona sujetar dicha sonda (38, 51, 61) con dicha abertura de acceso (29) en contacto con dicha pieza de trabajo (86, 87, 91, 93).
  3. 3. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicha etapa de proporcionar una sonda (61) comprende proporcionar un conducto separador (63) que tiene un primer extremo (63') conectado a dicha abertura de acceso (29) y un segundo extremo (63"), opuesto a dicho primer extremo (63'), que se conecta neumaticamente con dicha camara de mezcla (62).
  4. 4. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que se proporciona un aparato (40) que realiza ensayos de permeacion en dicha pieza de trabajo, mediante una fuente de gas de hidrogeno (31) en dicho aparato (40) que genera un gas de medicion de hidrogeno (13') en una primera cara (88) de dicha pieza de trabajo (86) opuesta a una segunda cara (89) de dicha pieza de trabajo, donde se dispone dicho elemento de recogida (29);
    en el que dicho medio de procesador (16) calcula una parametro de interaccion (17) seleccionado del grupo que consiste en:
    - un coeficiente de difusion de hidrogeno o difusividad (D) en dicha pieza de trabajo;
    - un contenido medio (Cm) del hidrogeno absorbido en dicha pieza de trabajo (86);
    - una distribucion de hidrogeno (C) absorbida en dicha pieza de trabajo (86).
  5. 5. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que dicha fuente de gas de hidrogeno (31) en dicho aparato (40) es una celda electrolttica (31) que comprende:
    - un anodo (36) y un catodo (37) llevados a una tension (V),
    - una solucion electrolttica (33) dispuesta entre dicho anodo (36) y dicho catodo (37),
    10
    en el que dicho catodo (37) se establece en una tension igual a la tension de dicha pieza de trabajo (86) y dicha celda electrolftica (31) mantiene dicha solucion electrolftica (33) en contacto con dicha primera cara (88) de dicha pieza de trabajo:
    en el que dicha tension (V) y dicha solucion electrolftica (33) se seleccionan para provocar una reaccion de
    reduccion de dicho gas de medicion de hidrogeno (13') en dicha primera cara (88).
  6. 6. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que se proporciona una etapa para evaluar los riesgos de fragilizacion por hidrogeno de una pared de metal (91') de un envase (91) usado para contener un gas (92) que contiene hidrogeno o un fluido (92) que puede dar lugar a hidrogeno, comprendiendo dicha etapa la comparacion de un contenido de hidrogeno C, determinado de acuerdo con la reivindicacion 1, con un predeterminado valor C*" de contenido de fragilizacion por encima del cual surge un riesgo significativo de fragilizacion por hidrogeno de dicha pared (91').
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013224246A1 (de) * 2013-11-27 2015-05-28 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung des H2-Gehalts von H2/Erdgasmischungen
GB2538113B (en) * 2015-07-30 2018-05-09 Ion Science Ltd Analyte sensing probe
JP6394933B2 (ja) * 2015-11-27 2018-09-26 Ｊｆｅスチール株式会社 水素誘起割れ測定方法および測定装置
CN106644872B (zh) * 2016-09-14 2019-10-08 哈尔滨工业大学 一种氢分离合金临界氢脆的表征方法
CN108204938B (zh) * 2016-12-20 2020-08-21 核工业西南物理研究院 一种阻氚涂层中氢扩散渗透性能测定装置
CN106769834B (zh) * 2017-01-23 2023-08-11 天津大学 一种模拟不同流速下阴极保护氢渗透试验的装置及应用
CN106769781B (zh) * 2017-01-26 2019-07-23 武汉科技大学 一种测试金属材料氢渗透性能的装置及使用方法
WO2018144313A2 (en) * 2017-01-31 2018-08-09 Saudi Arabian Oil Company In-situ hic growth monitoring probe
US10883972B2 (en) * 2017-02-09 2021-01-05 Applied Materials, Inc. Coating tester using gas sensors
US10436741B2 (en) * 2017-04-28 2019-10-08 Saudi Arabian Oil Company Apparatus and method for the non-destructive measurement of hydrogen diffusivity
US10732163B2 (en) * 2017-04-28 2020-08-04 Saudi Arabian Oil Company Apparatus and method for the non-destructive measurement of hydrogen diffusivity
DE102018115552A1 (de) 2018-06-28 2020-01-02 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren und Vorrichtung zur Wasserstoffmessung in einer Wälzlageranordnung
CN111693426A (zh) * 2019-03-15 2020-09-22 宝山钢铁股份有限公司 一种评价搪瓷用钢鳞爆性能的装置和方法
CN114076721B (zh) * 2020-08-12 2023-09-12 宝山钢铁股份有限公司 钢板镀铬溶液使用寿命的检测方法
KR102636035B1 (ko) * 2021-09-13 2024-02-13 한국표준과학연구원 이동통신 단말기 앱과 연동되는 수소 가스 센서 시스템 및 이를 이용한 측정 방법
CN114034604B (zh) * 2021-11-25 2023-06-16 中国工程物理研究院材料研究所 一种涉氢材料综合反应系统及其测试方法
CN116337709B (zh) * 2022-12-14 2024-01-30 中国石油大学(华东) 一种高压流动循环氢渗透试验装置及方法
CN116793893B (zh) * 2023-04-23 2024-03-29 华南理工大学 一种高压临氢材料的氢含量测试装置及测试方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2886497A (en) * 1957-04-12 1959-05-12 United States Steel Corp Method for determining the permeability of steel to hydrogen
US3357903A (en) * 1961-05-12 1967-12-12 Jr Samuel C Lawrence Monitoring system and method for electroplating steel or other hydrogenpermeable metas
US4192175A (en) * 1978-03-03 1980-03-11 Kobe Steel, Ltd. Process and apparatus for measurement of diffusible hydrogen
SU1163212A1 (ru) * 1983-08-19 1985-06-23 Московский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимической И Газовой Промышленности Им.И.М.Губкина Способ испытани склонности металлов к водородному охрупчиванию
CA1276235C (en) * 1987-05-28 1990-11-13 Ghyslain Dube Probe for the determination of gas concentration in molten metal
CN1094162A (zh) * 1993-03-29 1994-10-26 中国科学院金属腐蚀与防护研究所 锅炉管道酸洗过程低应力脆性断裂危险性探测仪
GB9608041D0 (en) * 1996-04-18 1996-06-19 Ion Science Ltd A device for hydrogen collection
RU2135483C1 (ru) * 1997-08-11 1999-08-27 Научно-производственное предприятие "Азимут" Способ получения ингибитора коррозии и наводораживания металлов
RU2178556C2 (ru) * 1998-01-13 2002-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ" Устройство для измерения потока водорода, проникающего в металлическую корродирующую конструкцию
US6196060B1 (en) * 1998-07-20 2001-03-06 Intevep, S. A. Apparatus and method for monitoring hydrogen permeation
WO2000075634A1 (en) * 1999-06-08 2000-12-14 Midwest Research Institute Method and apparatus for determining diffusible hydrogen concentrations
US7306951B1 (en) * 1999-06-08 2007-12-11 Midwest Research Institute Method and apparatus for determining diffusible hydrogen concentrations
BRPI9905430B1 (pt) * 1999-12-01 2015-08-25 Ana Cristina Marchiorato Carneiro Corrêa Dispositivo de medição de hidrogênio permeado em estrutura metálica e processo de montagem externa e interna do mesmo em uma estrutura metálica.
GB2358060B (en) * 2000-01-05 2003-09-24 Ion Science Ltd Hydrogen collection and detection
JP2002289243A (ja) * 2001-03-27 2002-10-04 Toyo Eng Corp 透過水素ガス量測定方法およびその装置
JP3892842B2 (ja) * 2003-10-28 2007-03-14 新日本製鐵株式会社 薄鋼板の水素脆化評価装置およびその評価方法
DE102006017958A1 (de) * 2006-04-13 2007-10-25 Volker Dahm Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Dichtigkeit eines Prüfobjektes
CN101476076B (zh) * 2008-12-29 2011-06-15 中国科学院广州能源研究所 一种透氢合金材料及其制备方法
FR2959014B1 (fr) * 2010-04-19 2013-01-04 Total Raffinage Marketing Suivi de la vitesse de corrosion d'un conduit metallique parcouru par un fluide corrosif
JP5363516B2 (ja) * 2011-02-03 2013-12-11 日本電信電話株式会社 水素透過測定装置

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