專利名稱：高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫高壓楔形張開加載(WOL)預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，用于進(jìn)行各種高強(qiáng)度鋼的高溫高壓應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)，用于壓力容器用鋼的應(yīng)力腐蝕裂紋敏感性測(cè)量。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，壓力容器呈現(xiàn)出向大型化、高參數(shù)方向發(fā)展的趨勢(shì)，若采用一般的低強(qiáng)度鋼來制造大型反應(yīng)器，將導(dǎo)致容器壁太厚，總質(zhì)量過大，給制造、運(yùn)輸和安裝造成難度，也使綜合投資增加。為此，大量采用低合金高強(qiáng)度鋼來制造大型容器。然而，大量采用低合金高強(qiáng)度鋼也帶來了許多應(yīng)用問題，如敏感介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕問題。應(yīng)力腐蝕是指由殘余應(yīng)力或外加應(yīng)力和腐蝕聯(lián)合作用所產(chǎn)生的材料破壞過程，該過程導(dǎo)致的材料開裂 稱為應(yīng)力腐蝕開裂(Stress Corrosion Cracking, SCC)。應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象在化工、煉油等企業(yè)的設(shè)備及管道中經(jīng)常發(fā)生。應(yīng)力腐蝕開裂是危害最大的腐蝕形態(tài)之一，往往導(dǎo)致應(yīng)力脆斷，是一種災(zāi)難性的腐蝕。例如飛機(jī)失事、橋梁斷裂、油氣管的爆炸等危害極大。工程上常用的奧氏體不銹鋼、銅合金、鈦合金及高強(qiáng)度鋼和高強(qiáng)度鋁合金等，對(duì)應(yīng)力腐蝕都很敏感。在石油化工行業(yè)中，針對(duì)高強(qiáng)度鋼的應(yīng)力腐蝕研究主要集中在常見的濕H2S環(huán)境與含O2及CO2的液氨環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕開裂等方面，低合金高強(qiáng)度鋼在高溫鍋爐水中的應(yīng)力腐蝕開裂問題并未引起足夠的重視。高強(qiáng)度鋼在腐蝕介質(zhì)中的應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速度是衡量該鋼種是否可以在化工設(shè)備中安全使用的主要指標(biāo)，該數(shù)值一般采用GB/T 15970. 6-2007《金屬和合金的腐蝕應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)第6部分恒載荷或恒位移下預(yù)裂紋試樣的制備和應(yīng)用》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)方法來測(cè)定；試驗(yàn)中所加的載荷一般采用標(biāo)定螺栓載荷和刀口張開位移的關(guān)系來確定，由于刀口張開位移的微小變化對(duì)應(yīng)的是載荷的大幅波動(dòng)，而刀口張開位移的精確測(cè)量又是十分困難的；而且這種測(cè)量方法需要將試樣從試驗(yàn)環(huán)境中取出進(jìn)行測(cè)量，從而導(dǎo)致試驗(yàn)過程的中斷，影響試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于高溫高壓的試驗(yàn)環(huán)境，測(cè)量刀口張開位移的過程將十分麻煩，而且過程也十分漫長(zhǎng)；因此需要一種直接測(cè)量螺栓載荷的方式，同時(shí)，高溫高壓介質(zhì)環(huán)境的模擬需要一套完整的介質(zhì)加熱、參數(shù)測(cè)量和安全防護(hù)等組成的系統(tǒng)，但是，現(xiàn)有技術(shù)中沒有相關(guān)技術(shù)的公開報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，用于模擬現(xiàn)場(chǎng)高溫環(huán)境，連續(xù)進(jìn)行應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)，以提高試驗(yàn)的精度和試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由高溫高壓容器、密封引線接頭、數(shù)據(jù)采集箱、溫度控制器和工業(yè)計(jì)算機(jī)構(gòu)成；
所述高溫高壓容器是由鋼板焊接而成的具有夾套結(jié)構(gòu)的密閉容器，夾套內(nèi)充有導(dǎo)熱油，針對(duì)導(dǎo)熱油設(shè)置電加熱器件；所述密閉容器的頂蓋設(shè)置為法蘭蓋，在所述法蘭蓋上安裝密封引線接頭，并分別設(shè)置溫度傳感器、安全閥、壓力表和壓力變送器；在所述密閉容器內(nèi)部設(shè)置用于放置WOL試樣的試樣架；以所述密封引線接頭將所述WOL試樣上的應(yīng)變片信號(hào)引出密閉容器；所述數(shù)據(jù)采集箱用于分別接收由所述密封引線接頭引出的應(yīng)變片信號(hào)和由壓力變送器檢測(cè)得到的密閉容器中的壓力信號(hào)；所述工業(yè)計(jì)算機(jī)在試驗(yàn)開始后實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集箱傳送來的應(yīng)變信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為供裂紋擴(kuò)展速率計(jì)算用的載荷值；所述工業(yè)計(jì)算機(jī)還通過串行通訊口接收溫度控制器傳遞過來的溫度傳感器檢測(cè)信號(hào)；由所述工業(yè)計(jì)算機(jī)輸出控制信號(hào)用于控制密閉容器中的溫度和壓力范圍。本發(fā)明高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于所述密封引線接頭是以碳鋼棒加工成中空柱塞，在中空柱塞的內(nèi)腔中填充CPS氧化銅無機(jī)膠形·成密封，在中空柱塞的頂蓋上開設(shè)引線孔，信號(hào)引線由高溫膠連劑固結(jié)在內(nèi)腔中，并自引線孔引出，在密封引線接頭與法蘭蓋之間設(shè)置銅墊片以保證密封性能。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在I、本發(fā)明設(shè)置由鋼板焊接而成的具有夾套結(jié)構(gòu)的密閉容器，可以實(shí)現(xiàn)高溫高壓環(huán)境下的WOL應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)。2、本發(fā)明設(shè)置密封引線接頭將應(yīng)變片信息引出，可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)載荷的連續(xù)測(cè)量，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。3、本發(fā)明采用工業(yè)計(jì)算機(jī)來控制試驗(yàn)過程，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程中載荷、溫度、壓力等信息的實(shí)時(shí)記錄。極大地方便了利用試驗(yàn)結(jié)果對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。


圖I為本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；圖2a為本發(fā)明中引線密封接頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b為本發(fā)明中引線密封接頭上引線孔示意圖；圖中標(biāo)號(hào)1密閉容器；2導(dǎo)熱油；3電加熱器件；4法蘭蓋；5密封引線接頭；5a引線孔；5b為CPS氧化銅無機(jī)膠；6溫度傳感器；7安全閥；8壓力表；9壓力變送器；10試樣架;11為WOL試樣。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本實(shí)施例中高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置是由高溫高壓容器、密封引線接頭、數(shù)據(jù)采集箱、溫度控制器和工業(yè)計(jì)算機(jī)構(gòu)成；高溫高壓容器是由鋼板焊接而成的具有夾套結(jié)構(gòu)的密閉容器1，夾套內(nèi)充有導(dǎo)熱油2，針對(duì)導(dǎo)熱油2設(shè)置電加熱器件3 ;密閉容器I的頂蓋設(shè)置為法蘭蓋4，在法蘭蓋4上安裝密封引線接頭5，并分別設(shè)置溫度傳感器6、安全閥7、壓力表8和壓力變送器9 ;在密閉容器內(nèi)部設(shè)置用于放置WOL試樣11的試樣架10 ；以密封引線接頭5將WOL試樣上的應(yīng)變片信號(hào)引出密閉容器；
數(shù)據(jù)采集箱用于分別接收由密封引線接頭引出的應(yīng)變片信號(hào)和由壓力變送器檢測(cè)得到的密閉容器I內(nèi)的壓力信號(hào)；工業(yè)計(jì)算機(jī)在試驗(yàn)開始后實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集箱傳送來的應(yīng)變信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為供裂紋擴(kuò)展速率計(jì)算用的載荷值；工業(yè)計(jì)算機(jī)還通過串行通訊口接收溫度控制器傳遞過來的溫度傳感器檢測(cè)信號(hào)；由工業(yè)計(jì)算機(jī)輸出控制信號(hào)用于控制密閉容器中的溫度和壓力范圍。如圖2a和圖2b所示，本實(shí)施例中密封引線接頭5是以碳鋼棒加工成中空柱塞，在中空柱塞的內(nèi)腔中填充CPS氧化銅無機(jī)膠5b形成密封，在中空柱塞的頂蓋上開設(shè)引線孔5a，信號(hào)引線由高溫膠連劑固結(jié)在內(nèi)腔中，并自引線孔引出，在密封引線接頭與法蘭蓋之間設(shè)置銅墊片以保證密封性能。本實(shí)施例中的高溫高壓容器是指溫度為250°C和壓力為4MPa的工作環(huán)境。 試驗(yàn)過程I、預(yù)先按GB/T 15970. 6-2007《金屬和合金的腐蝕應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)第6部分恒載荷或恒位移下預(yù)裂紋試樣的制備和應(yīng)用》制作帶預(yù)制裂紋的WOL試樣，安裝測(cè)力螺栓并粘貼應(yīng)變片，利用拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載，所加的初始載荷是通過粘貼的應(yīng)變片、數(shù)據(jù)采集箱和工業(yè)計(jì)算機(jī)測(cè)出。2、打開試驗(yàn)容器的法蘭蓋，在容器內(nèi)裝入待試驗(yàn)的介質(zhì)，安裝好試樣架，將加工好的WOL試樣放置在試樣架上，注意保持試樣上粘貼應(yīng)變片的螺栓應(yīng)暴露在試驗(yàn)介質(zhì)的上方。安裝引線連接接頭，注意引線連接接頭與法蘭蓋的密封墊應(yīng)完好，接好各應(yīng)變片連線；檢查溫度傳感器以及各路管口是否正常，然后合上法蘭蓋，打開工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，開啟溫度控制器，設(shè)定好試驗(yàn)溫度及加熱速度，開始對(duì)試驗(yàn)容器進(jìn)行加熱。加熱過程中對(duì)于溫度、載荷、壓力等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并判斷是否在正常范圍內(nèi)。如超過正常范圍時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。3、當(dāng)試驗(yàn)參數(shù)達(dá)到試驗(yàn)要求的規(guī)范時(shí)，溫度控制器將進(jìn)行恒溫控制，此時(shí)保持容器內(nèi)的溫度和壓力基本穩(wěn)定，由工業(yè)計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)和記錄試驗(yàn)容器內(nèi)的溫度、載荷、壓力，通過應(yīng)變片測(cè)量試樣上的載荷變化，根據(jù)載荷的變化情況判斷預(yù)制裂紋的擴(kuò)展情況，計(jì)算裂紋擴(kuò)展速度，待裂紋擴(kuò)展速度降低到設(shè)定的范圍時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。這時(shí)先關(guān)閉溫度控制器，待密閉容器內(nèi)的溫度降低到接近環(huán)境溫度時(shí)，打開法蘭蓋，取出WOL試樣進(jìn)行觀察和測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征是由高溫高壓容器、密封引線接頭、數(shù)據(jù)采集箱、溫度控制器和工業(yè)計(jì)算機(jī)構(gòu)成； 所述高溫高壓容器是由鋼板焊接而成的具有夾套結(jié)構(gòu)的密閉容器，夾套內(nèi)充有導(dǎo)熱油，針對(duì)導(dǎo)熱油設(shè)置電加熱器件；所述密閉容器的頂蓋設(shè)置為法蘭蓋，在所述法蘭蓋上安裝密封引線接頭，并分別設(shè)置溫度傳感器、安全閥、壓力表和壓力變送器；在所述密閉容器內(nèi)部設(shè)置用于放置WOL試樣的試樣架；以所述密封引線接頭將所述WOL試樣上的應(yīng)變片信號(hào)引出密閉容器； 所述數(shù)據(jù)采集箱用于分別接收由所述密封引線接頭引出的應(yīng)變片信號(hào)和由壓力變送器檢測(cè)得到的密閉容器中的壓力信號(hào)； 所述工業(yè)計(jì)算機(jī)在試驗(yàn)開始后實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集箱傳送來的應(yīng)變信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為供裂紋擴(kuò)展速率計(jì)算用的載荷值；所述工業(yè)計(jì)算機(jī)還通過串行通訊口接收溫度控制器傳遞過來的溫度傳感器檢測(cè)信號(hào)；由所述工業(yè)計(jì)算機(jī)輸出控制信號(hào)用于控制密閉容器中的溫度和壓力范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征是所述密封弓I線接頭是以碳鋼棒加工成中空柱塞，在中空柱塞的內(nèi)腔中填充CPS氧化銅無機(jī)膠形成密封，在中空柱塞的頂蓋上開設(shè)引線孔，信號(hào)引線由高溫膠連劑固結(jié)在內(nèi)腔中，并自引線孔引出，在密封引線接頭與法蘭蓋之間設(shè)置銅墊片以保證密封性能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫高壓楔形張開加載預(yù)裂紋應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征是由高溫高壓容器、密封引線接頭、數(shù)據(jù)采集箱、溫度控制器和工業(yè)計(jì)算機(jī)構(gòu)成；高溫高壓容器是由鋼板焊接而成的具有夾套結(jié)構(gòu)的密閉容器，夾套內(nèi)充有導(dǎo)熱油，針對(duì)導(dǎo)熱油設(shè)置電加熱器件；密閉容器的頂蓋設(shè)置為法蘭蓋，在法蘭蓋上安裝密封引線接頭，并分別設(shè)置溫度傳感器和壓力變送器；在密閉容器內(nèi)部設(shè)置用于放置WOL試樣的試樣架；以密封引線接頭將WOL試樣上的應(yīng)變片信號(hào)引出密閉容器；由工業(yè)計(jì)算機(jī)控制密閉容器中溫度和壓力范圍。本發(fā)明可用于模擬現(xiàn)場(chǎng)高溫環(huán)境，連續(xù)進(jìn)行應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01N3/18GK102944482SQ201210453909
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者陳龍, 羅雪梅, 秦宗川, 陳學(xué)東, 崔軍, 卜華全 申請(qǐng)人:合肥通用機(jī)械研究院