海洋環(huán)境中陰極保護(hù)下的鋼材氫脆試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種海洋環(huán)境中陰極保護(hù)下的鋼材氫脆試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，包括介質(zhì)槽、恒電位儀、試樣、參比電極、輔助電極、加熱器、溫度測(cè)量與調(diào)節(jié)裝置、熱電偶、拉伸應(yīng)力加載裝置，通過在介質(zhì)槽中加入所需介質(zhì)，模擬鋼材實(shí)際使用的海洋環(huán)境；通過拉伸應(yīng)力加載裝置，能夠模擬鋼材在實(shí)際服役過程中所受的拉力；通過恒電位儀，能夠模擬鋼材在實(shí)際服役過程中的充氫情況；通過溫度測(cè)量和調(diào)節(jié)裝置可以模擬鋼材在不同溫度下的氫脆性能測(cè)試；操作簡(jiǎn)單，使用方便。
【專利說明】
海洋環(huán)境中陰極保護(hù)下的鋼材氫脆試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，特別是關(guān)于一種海洋環(huán)境中陰極保護(hù)下的鋼材氫脆試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著海洋油氣開發(fā)、利用的快速發(fā)展，鋼材在軍、民用平臺(tái)和海底鋼管，以及海底撓性管線的鎧裝保護(hù)層方面應(yīng)用廣泛。但是海洋環(huán)境對(duì)各種功能和結(jié)構(gòu)鋼材而言是一個(gè)嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境，也是高強(qiáng)度鋼材的敏感斷裂介質(zhì)，陰極保護(hù)技術(shù)已成為腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。合適有效的陰極保護(hù)不但能抑制鋼材的普遍腐蝕，還可以提高鋼材的安全使用系數(shù)。但是如果陰極保護(hù)電位過負(fù)，會(huì)引起陰極析氫，即使有很少量的氫滲入高強(qiáng)度鋼材內(nèi)部，在殘余應(yīng)力或服役時(shí)產(chǎn)生的外部應(yīng)力作用下會(huì)使材料發(fā)生斷裂。
[0003]目前，氫脆敏感性的預(yù)測(cè)采用的是圓柱高壓儲(chǔ)罐內(nèi)充氫，內(nèi)有試樣，從外部加載。然而該方法昂貴且存在安全問題。同時(shí)，在海洋環(huán)境中，陰極保護(hù)下的析氫濃度不易測(cè)的，因此不易控制高壓儲(chǔ)罐的充氫量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)，而提供海洋環(huán)境中陰極保護(hù)下的鋼材氫脆試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，通過在介質(zhì)槽中加入所需介質(zhì)，模擬鋼材實(shí)際使用的海洋環(huán)境；通過拉伸應(yīng)力加載裝置，能夠模擬鋼材在實(shí)際服役過程中所受的拉力；通過恒電位儀，能夠模擬鋼材在實(shí)際服役過程中的充氫情況；通過溫度測(cè)量和調(diào)節(jié)裝置可以模擬鋼材在不同溫度下的氫脆性能測(cè)試；操作簡(jiǎn)單，使用方便。
[0005]本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
海洋環(huán)境中陰極保護(hù)下的鋼材氫脆試驗(yàn)裝置，包括介質(zhì)槽、恒電位儀、試樣、參比電極、輔助電極、加熱器、溫度測(cè)量與調(diào)節(jié)裝置、熱電偶、拉伸應(yīng)力加載裝置，其特征在于所述拉伸應(yīng)力加載裝置包括拉伸應(yīng)力上夾具、拉伸應(yīng)力上夾具連接件和拉伸應(yīng)力下夾具、拉伸應(yīng)力下夾具連接件，所述拉伸應(yīng)力下夾具連接件從介質(zhì)槽下方過所述介質(zhì)槽中央，所述拉伸應(yīng)力下夾具連接件下端與拉伸試驗(yàn)機(jī)底座連接，所述拉伸應(yīng)力下夾具連接件的上端與所述拉伸應(yīng)力下夾具的下端連接，所述拉伸應(yīng)力下夾具上端通過內(nèi)螺紋與絕緣材料內(nèi)襯的外螺紋連接，所述絕緣材料內(nèi)襯的內(nèi)螺紋與所述試樣下端的外螺紋連接，在所述拉伸應(yīng)力下夾具連接件垂直方向上，所述拉伸應(yīng)力上夾具連接件從介質(zhì)槽上方穿過所述介質(zhì)槽中央，所述拉伸應(yīng)力上夾具連接件的上端連接在伸試驗(yàn)機(jī)橫梁上，所述拉伸應(yīng)力上夾具連接件下端與所述拉伸應(yīng)力上夾具上端螺紋連接，所述拉伸應(yīng)力上夾具下端通過內(nèi)螺紋與絕緣材料內(nèi)襯的外螺紋連接，所述試樣安裝于所述拉伸應(yīng)力上夾具與所述拉伸應(yīng)力下夾具之間，所述試樣兩端均通過外螺紋與所述絕緣材料內(nèi)襯的內(nèi)螺紋相連接；
所述加熱器和所述熱電偶置于所述介質(zhì)槽內(nèi)，通過所述介質(zhì)槽壁上的預(yù)留孔分別與位于所述介質(zhì)槽外的所述溫度測(cè)量和調(diào)節(jié)裝置連接，用密封材料填充在兩個(gè)預(yù)留孔處； 所述參比電極、所述輔助電極放置于所述介質(zhì)槽內(nèi)，所述參比電極、所述輔助電極、所述試樣均通過導(dǎo)線分別與位于所述介質(zhì)槽外部的所述恒電位儀連接。
[0006]所述介質(zhì)槽側(cè)面包括兩個(gè)氣體通道，位于下方的氣體通道是惰性氣體進(jìn)氣管道，位于上方的氣體通道為惰性氣體出氣管道，用于吹掃介質(zhì)槽中的介質(zhì)，在所述介質(zhì)槽側(cè)面下方設(shè)置有介質(zhì)排放口，用于介質(zhì)的排放。
[0007]利用海洋環(huán)境中陰極保護(hù)下的鋼材氫脆試驗(yàn)裝置進(jìn)行氫脆試驗(yàn)的方法，包括以下步驟:
(1)加工試樣:試樣中間包括一個(gè)V型缺口，試樣由數(shù)控切割機(jī)一次加工完成，試樣兩端為螺紋，螺紋規(guī)格和拉伸應(yīng)力上下夾具的絕緣材料內(nèi)襯的內(nèi)螺紋規(guī)格相配合；
(2)安裝拉伸加載系統(tǒng):將拉伸應(yīng)力下夾具安裝到拉應(yīng)力下夾具連接件上，插上定位銷，并用鎖密緊螺母將其鎖緊，在定位銷和鎖緊螺母處均用密封材料將其密封；在拉伸應(yīng)力下夾具上端的螺紋孔內(nèi)安裝絕緣材料內(nèi)襯；將拉伸應(yīng)力上夾具與拉伸應(yīng)力上夾具連接件利用螺紋連接緊固，并將拉伸應(yīng)力上夾具下端的螺紋孔內(nèi)安裝絕緣材料內(nèi)襯；
(3)安裝試樣:將試樣安裝到拉伸應(yīng)力上夾具與拉伸應(yīng)力下夾具之間，使用調(diào)節(jié)螺母將拉伸應(yīng)力上夾具連接件調(diào)整到合適位置，并背緊調(diào)節(jié)螺母；
(4 )安裝電極:將工作電極連接導(dǎo)線連接到試樣上，并將參比電極和輔助電極插入介質(zhì)槽中；
(5)氫脆試驗(yàn):使用拉伸應(yīng)力加載系統(tǒng)對(duì)試樣進(jìn)行加載直至指定大??；向介質(zhì)槽中加入試驗(yàn)介質(zhì)，試驗(yàn)介質(zhì)的液面高于試樣；調(diào)節(jié)恒電位儀對(duì)試樣施加保護(hù)電位；用惰性氣體通過介質(zhì)槽上側(cè)面進(jìn)氣口和出氣口對(duì)試驗(yàn)介質(zhì)進(jìn)行吹掃并保證介質(zhì)槽中處于正壓狀態(tài)，通過溫度測(cè)量和調(diào)節(jié)裝置將試驗(yàn)介質(zhì)加熱到預(yù)定溫度；
(6)試驗(yàn)結(jié)束:當(dāng)試驗(yàn)時(shí)間達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，卸載拉伸應(yīng)力，并將試驗(yàn)介質(zhì)溫度將至室溫；通過介質(zhì)排放口將介質(zhì)槽中的試驗(yàn)介質(zhì)放空，并關(guān)閉恒電位儀；取出試樣，觀察試樣的裂紋情況。
[0008]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明由于采用上述技術(shù)方案，通過在介質(zhì)槽中加入所需介質(zhì)，模擬鋼材實(shí)際使用的海洋環(huán)境；通過拉伸應(yīng)力加載裝置，能夠模擬鋼材在實(shí)際服役過程中所受的拉力；通過恒電位儀，能夠模擬鋼材在實(shí)際服役過程中的充氫情況；通過溫度測(cè)量和調(diào)節(jié)裝置可以模擬鋼材在不同溫度下的氫脆性能測(cè)試；操作簡(jiǎn)單，使用方便。
[0009]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0010]【附圖說明】:
圖1為陰極保護(hù)和拉應(yīng)力下的鋼材氫脆試驗(yàn)裝置示意圖；
圖2為陰極保護(hù)和拉應(yīng)力下的鋼材氫脆試驗(yàn)試樣示意圖。
[0011]圖中主要標(biāo)號(hào)說明:
1-介質(zhì)槽；2-介質(zhì)槽底座；3_介質(zhì)排放口 ；4_進(jìn)氣管道；5_絕緣材料內(nèi)襯；6-試樣；7-出氣管道；8-拉伸應(yīng)力上夾具；9_拉伸應(yīng)力上夾具連接件；10_恒電位儀；11_參比電極；12_輔助電極；13_拉伸應(yīng)力下夾具；14_加熱器；15_溫度測(cè)量和調(diào)節(jié)裝置；16_熱電偶；17_密封材料；18_拉伸應(yīng)力下夾具連接件；19-V型缺口。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明包括由介質(zhì)槽1、恒電位儀10、試樣6、參比電極11、輔助電極12、加熱器14、溫度測(cè)量與調(diào)節(jié)裝置15、熱電偶16、拉伸應(yīng)力上夾具8、拉伸應(yīng)力下夾具13、、拉伸應(yīng)力上夾具連接件9、拉伸應(yīng)力下夾具連接件18組成。
[0014]介質(zhì)槽I底部與介質(zhì)槽底座2相連，用于介質(zhì)槽I的調(diào)平；
拉伸應(yīng)力下夾具連接件18從下面穿過介質(zhì)槽I中央，密封材料17填充在介質(zhì)槽I和拉伸應(yīng)力下夾具連接件18的連接部位，拉伸應(yīng)力下夾具連接件18下端與拉伸試驗(yàn)機(jī)底座機(jī)械連接，拉伸應(yīng)力下夾具連接件18的上端與拉伸應(yīng)力下夾具13的下端通過定位銷及鎖緊螺母連接，拉伸應(yīng)力下夾具13上端通過內(nèi)螺紋與絕緣材料內(nèi)襯5的外螺紋連接，絕緣材料內(nèi)襯5的內(nèi)螺紋與試樣6下端的外螺紋連接；
拉伸應(yīng)力上夾具連接件9從上面穿過介質(zhì)槽I中央，拉伸應(yīng)力上夾具連接件9的上端通過定位銷連接在伸試驗(yàn)機(jī)橫梁上，拉伸應(yīng)力上夾具連接件9下端與拉伸應(yīng)力上夾具8上端通過螺紋連接，拉伸應(yīng)力上夾具8下端通過內(nèi)螺紋與絕緣材料內(nèi)襯5的外螺紋連接；試樣6安裝于拉伸應(yīng)力上夾具8與拉伸應(yīng)力下夾具13之間，試樣6兩端均通過外螺紋與絕緣材料內(nèi)襯5的內(nèi)螺紋相連接；
加熱器14和熱電偶16置于介質(zhì)槽I內(nèi)，通過介質(zhì)槽I壁上的預(yù)留孔與位于介質(zhì)槽I外的溫度測(cè)量和調(diào)節(jié)裝置15連接，用密封材料17填充在兩個(gè)預(yù)留孔處；
參比電極11、輔助電極12放置于介質(zhì)槽I內(nèi)，參比電極11、輔助電極12、試樣6均通過導(dǎo)線與位于介質(zhì)槽I外部的恒電位儀10連接；
在介質(zhì)槽I側(cè)面包括兩個(gè)氣體通道，位于下方的氣體通道是惰性氣體進(jìn)氣管道4，位于上方的氣體通道為惰性氣體出氣管道7，用于吹掃介質(zhì)槽中I的介質(zhì)；
在介質(zhì)槽I側(cè)面下方設(shè)置有介質(zhì)排放口 3，用于介質(zhì)的排放。
[0015]如圖1-2所示，本發(fā)明利試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
(1)加工試樣6:試樣4中間包括一個(gè)V型缺口 19，試樣由數(shù)控切割機(jī)一次加工完成，試樣6兩端為螺紋，螺紋規(guī)格和拉伸應(yīng)力加載裝置的絕緣材料內(nèi)襯5的內(nèi)螺紋規(guī)格相配合；
(2)安裝拉伸加載系統(tǒng):將拉伸應(yīng)力下夾具13安裝到拉應(yīng)力下夾具連接件18上，插上定位銷，并用鎖密緊螺母將其鎖緊，在定位銷和鎖緊螺母處均用密封材料17將其密封；在拉伸應(yīng)力下夾具13上端的螺紋孔內(nèi)安裝絕緣材料內(nèi)襯5 ;將拉伸應(yīng)力上夾具8與拉伸應(yīng)力上夾具連接件9利用螺紋連接緊固，并將拉伸應(yīng)力上夾具8下端的螺紋孔內(nèi)安裝絕緣材料內(nèi)襯5。
[0016](3)安裝試樣:將試樣6安裝到拉伸應(yīng)力上夾具9與拉伸應(yīng)力下夾具13之間，使用調(diào)節(jié)螺母將拉伸應(yīng)力上夾具9連接件調(diào)整到合適位置，并背緊調(diào)節(jié)螺母；
(4)安裝電極:將工作電極連接導(dǎo)線連接到試樣6上，并將參比電極11和輔助電極12插入介質(zhì)槽I中；
(5)氫脆試驗(yàn):使用拉伸應(yīng)力加載系統(tǒng)對(duì)試樣6進(jìn)行加載直至指定大??；向介質(zhì)槽I中加入試驗(yàn)介質(zhì)，試驗(yàn)介質(zhì)的液面高于試樣6 ;調(diào)節(jié)恒電位儀10對(duì)試樣施加保護(hù)電位；用惰性氣體通過介質(zhì)槽I側(cè)面進(jìn)氣管道4、出氣管道7對(duì)試驗(yàn)介質(zhì)進(jìn)行吹掃并保證介質(zhì)槽I中處于正壓狀態(tài)，通過溫度測(cè)量和調(diào)節(jié)裝置15將試驗(yàn)介質(zhì)加熱到預(yù)定溫度；
(6)試驗(yàn)結(jié)束:當(dāng)試驗(yàn)時(shí)間達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，卸載拉伸應(yīng)力，并將試驗(yàn)介質(zhì)溫度將至室溫；通過介質(zhì)排放口 3將介質(zhì)槽I中的試驗(yàn)介質(zhì)放空，并關(guān)閉恒電位儀10 ;取出試樣6，觀察試樣6的裂紋情況。
[0017]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.海洋環(huán)境中陰極保護(hù)下的鋼材氫脆試驗(yàn)裝置，包括介質(zhì)槽、恒電位儀、試樣、參比電極、輔助電極、加熱器、溫度測(cè)量與調(diào)節(jié)裝置、熱電偶、拉伸應(yīng)力加載裝置，其特征在于所述拉伸應(yīng)力加載裝置包括拉伸應(yīng)力上夾具、拉伸應(yīng)力上夾具連接件和拉伸應(yīng)力下夾具、拉伸應(yīng)力下夾具連接件，所述拉伸應(yīng)力下夾具連接件從介質(zhì)槽下方過所述介質(zhì)槽中央，所述拉伸應(yīng)力下夾具連接件下端與拉伸試驗(yàn)機(jī)底座連接，所述拉伸應(yīng)力下夾具連接件的上端與所述拉伸應(yīng)力下夾具的下端連接，所述拉伸應(yīng)力下夾具上端通過內(nèi)螺紋與絕緣材料內(nèi)襯的外螺紋連接，所述絕緣材料內(nèi)襯的內(nèi)螺紋與所述試樣下端的外螺紋連接，在所述拉伸應(yīng)力下夾具連接件垂直方向上，所述拉伸應(yīng)力上夾具連接件從介質(zhì)槽上方穿過所述介質(zhì)槽中央，所述拉伸應(yīng)力上夾具連接件的上端連接在伸試驗(yàn)機(jī)橫梁上，所述拉伸應(yīng)力上夾具連接件下端與所述拉伸應(yīng)力上夾具上端螺紋連接，所述拉伸應(yīng)力上夾具下端通過內(nèi)螺紋與絕緣材料內(nèi)襯的外螺紋連接，所述試樣安裝于所述拉伸應(yīng)力上夾具與所述拉伸應(yīng)力下夾具之間，所述試樣兩端均通過外螺紋與所述絕緣材料內(nèi)襯的內(nèi)螺紋相連接； 所述加熱器和所述熱電偶置于所述介質(zhì)槽內(nèi)，通過所述介質(zhì)槽壁上的預(yù)留孔分別與位于所述介質(zhì)槽外的所述溫度測(cè)量和調(diào)節(jié)裝置連接，用密封材料填充在兩個(gè)預(yù)留孔處； 所述參比電極、所述輔助電極放置于所述介質(zhì)槽內(nèi)，所述參比電極、所述輔助電極、所述試樣均通過導(dǎo)線分別與位于所述介質(zhì)槽外部的所述恒電位儀連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋環(huán)境中陰極保護(hù)下的鋼材氫脆試驗(yàn)裝置，其特征在于所述介質(zhì)槽側(cè)面包括兩個(gè)氣體通道，位于下方的氣體通道是惰性氣體進(jìn)氣管道，位于上方的氣體通道為惰性氣體出氣管道，用于吹掃介質(zhì)槽中的介質(zhì)，在所述介質(zhì)槽側(cè)面下方設(shè)置有介質(zhì)排放口，用于介質(zhì)的排放。3.一種采用如權(quán)利要求1-2任意一項(xiàng)所述的海洋環(huán)境中陰極保護(hù)下的鋼材氫脆試驗(yàn)裝置試驗(yàn)的方法，包括以下步驟: (1)加工試樣:試樣中間包括一個(gè)V型缺口，試樣由數(shù)控切割機(jī)一次加工完成，試樣兩端為螺紋，螺紋規(guī)格和拉伸應(yīng)力上下夾具的絕緣材料內(nèi)襯的內(nèi)螺紋規(guī)格相配合； (2)安裝拉伸加載系統(tǒng):將拉伸應(yīng)力下夾具安裝到拉應(yīng)力下夾具連接件上，插上定位銷，并用鎖密緊螺母將其鎖緊，在定位銷和鎖緊螺母處均用密封材料將其密封；在拉伸應(yīng)力下夾具上端的螺紋孔內(nèi)安裝絕緣材料內(nèi)襯；將拉伸應(yīng)力上夾具與拉伸應(yīng)力上夾具連接件利用螺紋連接緊固，并將拉伸應(yīng)力上夾具下端的螺紋孔內(nèi)安裝絕緣材料內(nèi)襯； (3)安裝試樣:將試樣安裝到拉伸應(yīng)力上夾具與拉伸應(yīng)力下夾具之間，使用調(diào)節(jié)螺母將拉伸應(yīng)力上夾具連接件調(diào)整到合適位置，并背緊調(diào)節(jié)螺母； (4 )安裝電極:將工作電極連接導(dǎo)線連接到試樣上，并將參比電極和輔助電極插入介質(zhì)槽中； (5)氫脆試驗(yàn):使用拉伸應(yīng)力加載系統(tǒng)對(duì)試樣進(jìn)行加載直至指定大??；向介質(zhì)槽中加入試驗(yàn)介質(zhì)，試驗(yàn)介質(zhì)的液面高于試樣；調(diào)節(jié)恒電位儀對(duì)試樣施加保護(hù)電位；用惰性氣體通過介質(zhì)槽上側(cè)面進(jìn)氣口和出氣口對(duì)試驗(yàn)介質(zhì)進(jìn)行吹掃并保證介質(zhì)槽中處于正壓狀態(tài)，通過溫度測(cè)量和調(diào)節(jié)裝置將試驗(yàn)介質(zhì)加熱到預(yù)定溫度； (6)試驗(yàn)結(jié)束:當(dāng)試驗(yàn)時(shí)間達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，卸載拉伸應(yīng)力，并將試驗(yàn)介質(zhì)溫度將至室溫；通過介質(zhì)排放口將介質(zhì)槽中的試驗(yàn)介質(zhì)放空，并關(guān)閉恒電位儀；取出試樣，觀察試樣的裂紋情況。
【文檔編號(hào)】G01N3/08GK105987847SQ201510096077
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年3月4日
【發(fā)明人】代志雙, 王鴻軒, 胡建春
【申請(qǐng)人】天津市海王星海上工程技術(shù)股份有限公司, 天津市海忠海洋石油裝備有限公司, 無棣海忠軟管制造有限公司