專利名稱：一種用于金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料腐蝕試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)，特別是一種用于金屬材料軸向加載 高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置。
背景技術(shù)：
金屬材料在拉應(yīng)力及特定的介質(zhì)環(huán)境雙重作用下，有自行發(fā)生延遲開(kāi)裂及斷裂的 可能性。其所產(chǎn)生的低應(yīng)力腐蝕脆斷，具有不可預(yù)測(cè)性質(zhì)，常常導(dǎo)致事故的發(fā)生以及大量材 料的損耗，給工程應(yīng)用帶來(lái)了極大的安全隱患和財(cái)產(chǎn)損失。為此，金屬材料的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 問(wèn)題是材料防腐及安全可靠性研究的重要領(lǐng)域，而應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)是應(yīng)力腐蝕研究的重要基 礎(chǔ)，其結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響著工程的可靠與否。
目前，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展的金屬材料應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)，主要是將金屬材料加工成特定的試 樣(如拉伸試樣、C型試樣、彎曲試樣等)，置于特定的模擬環(huán)境介質(zhì)(如海水、沸騰氯化鎂溶 液、水蒸汽)中，并通過(guò)加載裝置對(duì)試樣施加載荷(恒應(yīng)力、恒應(yīng)變及慢應(yīng)變速率)進(jìn)行試 驗(yàn)。相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要有GB15970系列、ASTM G49及YB5362。對(duì)于加載裝置，目前主要從市 場(chǎng)上購(gòu)置現(xiàn)成的恒載持久機(jī)或慢應(yīng)變速率試驗(yàn)機(jī)；對(duì)于環(huán)境裝置，各個(gè)單位都是根據(jù)自己 的試驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行自行設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于環(huán)境裝置的設(shè)計(jì)僅給出了簡(jiǎn)單示意圖，沒(méi)有進(jìn)一步 說(shuō)明如何設(shè)計(jì)才能在試驗(yàn)(應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)一般時(shí)間都比較長(zhǎng))過(guò)程中防止腐蝕介質(zhì)的滲漏 /泄漏、保持介質(zhì)溫度和濃度的恒定，而這些不管從保證試驗(yàn)的安全性還是準(zhǔn)確性都非常重 要。對(duì)于常溫或低溫應(yīng)力腐蝕用介質(zhì)環(huán)境裝置的設(shè)計(jì)，上述問(wèn)題還較容易避免，因?yàn)棰贊B漏 的問(wèn)題可以通過(guò)硅橡膠對(duì)試樣與環(huán)境裝置結(jié)合部位進(jìn)行密封處理來(lái)解決在低溫度試驗(yàn) 時(shí)，電阻絲工作時(shí)間間隔大、使用壽命長(zhǎng)，配一套精度較高的溫控系統(tǒng)，就能保證試驗(yàn)溫度 的要求；③介質(zhì)中的水在低溫環(huán)境中揮發(fā)較慢，定期往介質(zhì)環(huán)境裝置內(nèi)補(bǔ)充揮發(fā)的水到最 初的液面線(一般一天一次)，就能有效地控制介質(zhì)的濃度。而對(duì)于用于高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn) 的環(huán)境裝置的設(shè)計(jì)，特別是上下慣穿的軸向加載應(yīng)力腐蝕用環(huán)境裝置的設(shè)計(jì)，上述問(wèn)題一 直令試驗(yàn)人員頭痛。這是因?yàn)棰艥B漏問(wèn)題硅橡膠或其它膠在高溫環(huán)境中密封效果減弱， 常出現(xiàn)滲漏/泄漏現(xiàn)象，導(dǎo)致試驗(yàn)設(shè)備發(fā)生腐蝕，試驗(yàn)過(guò)程也十分危險(xiǎn)。⑵溫度恒定問(wèn)題: 電阻絲只有長(zhǎng)時(shí)間工作甚至連續(xù)工作(如沸騰氯化鎂應(yīng)力腐蝕試驗(yàn))，才能保證高溫介質(zhì)溫 度恒定，因此很容易燒壞，如不能及時(shí)更換或維修，將導(dǎo)致試驗(yàn)非正常終止；⑶濃度恒定及 介質(zhì)飛濺問(wèn)題介質(zhì)中的水在高溫時(shí)揮發(fā)較快，自動(dòng)連續(xù)地往介質(zhì)中補(bǔ)充水，一方面不易控 制補(bǔ)充量與揮法量的平衡，濃度難于保持恒定；另一方面也易出現(xiàn)低溫水加入高溫介質(zhì)引 起的介質(zhì)飛濺的現(xiàn)象，試驗(yàn)過(guò)程十分危險(xiǎn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試 驗(yàn)的環(huán)境裝置，不僅能完全避免高溫介質(zhì)滲漏/泄露問(wèn)題，恒定保持介質(zhì)濃度且不會(huì)在補(bǔ) 充揮發(fā)水時(shí)引起介質(zhì)飛濺，且同時(shí)方便試驗(yàn)過(guò)程中被燒壞電阻絲的更換和維修，準(zhǔn)確地保證介質(zhì)溫度要求，避免試驗(yàn)的非正常終止。
為了實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問(wèn)題的目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案本發(fā)明的一種用于金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置，包括介質(zhì)瓶、兩 個(gè)橡膠密封錐體、兩個(gè)墊圈、上螺紋口蓋、下螺紋口蓋、橡膠密封塞、U型加熱管、回流冷凝 管、電阻絲、溫控系統(tǒng)；溫控系統(tǒng)包括控制器、溫度計(jì)或者熱電偶；介質(zhì)瓶開(kāi)有上螺紋口、下螺紋口、溫度計(jì)口、回流冷凝器口和試樣，上、下螺紋口對(duì)稱的 分布在介質(zhì)瓶的上下底中央，溫度計(jì)口和回流冷凝管口對(duì)稱的分布在上螺紋口的兩側(cè)；介 質(zhì)瓶的上螺紋口、下螺紋口、溫度計(jì)口和回流冷凝器口內(nèi)徑設(shè)計(jì)成錐形，錐頂在瓶?jī)?nèi)，錐底 在瓶口 ；介質(zhì)瓶的上螺紋口、下螺紋口內(nèi)徑與橡膠密封錐體外徑形狀相一致，外徑與上螺紋 口蓋和下螺紋口蓋螺紋一致；溫度計(jì)口內(nèi)徑與橡膠密封塞外徑形狀相一致；回流冷凝管口 內(nèi)徑與回流冷凝管外徑相一致并經(jīng)磨口處理；試樣穿過(guò)介質(zhì)瓶上、下螺紋口，兩個(gè)橡膠密封錐體小頭相對(duì)對(duì)稱穿在試樣上并固定在 介質(zhì)瓶的上、下螺紋口，依次在兩個(gè)橡膠密封錐體放置一個(gè)墊圈，并將上、下螺紋口蓋擰到 介質(zhì)瓶的上、下螺紋口上；在擰緊的過(guò)程中，由于墊圈能緊緊頂住橡膠密封錐體，從而保證 了橡膠密封錐體與上、下螺紋口及試樣與橡膠密封錐體之間的配合緊密，防止高溫腐蝕介 質(zhì)滲漏/泄露漏；溫度計(jì)穿過(guò)橡膠密封塞，插入介質(zhì)瓶的溫度計(jì)口，溫度計(jì)的下端接觸介質(zhì)瓶?jī)?nèi)溶液，通 過(guò)控制器對(duì)介質(zhì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)并控制；回流冷凝管與自來(lái)水管連接好后插在介質(zhì)瓶的回流 冷凝管口上；介質(zhì)瓶的內(nèi)部配有U型加熱管，其敞口部位在瓶外側(cè)，電阻絲穿在U型加熱管 內(nèi)部且兩頭露在瓶外側(cè)與電源引線相連接。這樣可以方便試驗(yàn)過(guò)程中隨時(shí)更換或維修燒壞 電阻絲。
為防止回流冷凝器冷凝下的水呈液滴狀滴入介質(zhì)瓶的溶液中，引起高溫腐蝕介質(zhì) 的飛濺，回流冷凝器的結(jié)構(gòu)可以為冷凝器水套長(zhǎng)度不少于250_ ;回流冷凝器的下滴口為 圓形，磨口長(zhǎng)度與冷凝器連接口高度完全一致。這樣可以保證補(bǔ)充的水沿瓶壁淌入介質(zhì)壁 內(nèi)，防止補(bǔ)充的水呈液滴狀，引起高溫腐蝕介質(zhì)的飛濺；同時(shí)保證冷凝效果。
本發(fā)明的用于金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置，其優(yōu)選的技術(shù)技 術(shù)方案是介質(zhì)瓶、U型加熱管用高溫玻璃制；墊圈、上螺紋口蓋、下螺紋口蓋用聚四氟乙烯 制；橡膠密封錐體及橡膠密封塞用氟橡膠制。這樣可以保證環(huán)境裝置耐高溫、防腐蝕。
本發(fā)明的用于金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置，為保證環(huán)境裝置 使用的方便性，其改進(jìn)的技術(shù)方案也可以是與電阻絲連接的電線通過(guò)帶控制開(kāi)關(guān)的接線 柱與電源相連。這樣方便試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)電阻絲的更換和維修或控制介質(zhì)加熱與否。
本發(fā)明的用于金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置，溫度計(jì)或熱電偶 選擇原則是沸點(diǎn)溫度介質(zhì)用溫度計(jì)，非沸點(diǎn)溫度介質(zhì)用熱電偶。
一種用于金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置，為更好地保證環(huán)境裝 置使用的安全性，防止裸露的電阻絲引燃其他物品或灼燒操作者，其進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方 案也可以是裸露在加熱管外電阻絲套上陶瓷管。
這些技術(shù)方案，也可以互相組合或者結(jié)合，從而達(dá)到更好的技術(shù)效果。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下的有益效果本發(fā)明的用于金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置的發(fā)明，不但完全避免了軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)過(guò)程中腐蝕介質(zhì)的滲漏/泄漏問(wèn)題，且恒定保持了介質(zhì)濃 度、溫度要求，防止了補(bǔ)充揮發(fā)水時(shí)引起介質(zhì)飛濺。避免了試驗(yàn)的非正常終止，保證了試驗(yàn) 的安全性及準(zhǔn)確性。
本發(fā)明提供的解決高溫腐蝕介質(zhì)滲漏/泄漏問(wèn)題的技術(shù)方案，不但裝卸試樣方 便，且由于不使用密封膠，避免了等待膠干燥的過(guò)程，提高了試驗(yàn)效率。該方案在軸向常溫 應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞試驗(yàn)中應(yīng)用，使用效果也較好，其也可推廣到其他同系列環(huán)境裝置的 設(shè)計(jì)上。
技術(shù)效果不僅體現(xiàn)在軸向加載應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)本身的安全性、準(zhǔn)確性及操作的方便 性，也體現(xiàn)在其部分設(shè)計(jì)思路在其他同系列的環(huán)境裝置設(shè)計(jì)上的推廣應(yīng)用。


圖1是回流冷凝器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是發(fā)明一種用于金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置示意圖。
圖中，1、改進(jìn)型回流冷凝管，2、上螺紋口蓋，3、墊圈，4、橡膠密封錐體，5、試樣，6、 冷凝器連接口，7、U型加熱管，8、介質(zhì)瓶，9下螺紋口蓋，10、下螺紋口，11、電阻絲，12、溫度 計(jì)連接口，13、上螺紋口，14橡膠密封塞；15、溫度計(jì)或熱電偶，16、帶控制開(kāi)關(guān)的接線柱, 17、電線，18、陶瓷管，19、插頭，20、下滴口。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本專利進(jìn)一步解釋說(shuō)明。但本專利的保護(hù)范圍不限于具體的實(shí)施 方式。
如附圖2所示，本發(fā)明一種用于金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置 的安裝程序?yàn)榇囼?yàn)的試樣5通過(guò)上螺紋口 13、下螺紋口 10穿過(guò)介質(zhì)瓶8，并且工作部位 在介質(zhì)槽內(nèi)部，2個(gè)橡膠密封錐體4(圓形試樣用圓通橡膠錐形體，板狀試樣用扁通橡膠錐形 體)小頭相對(duì)分別從試樣的兩端過(guò)盈套入試樣夾持部位，調(diào)整好2個(gè)橡膠密封錐體間距離， 使其剛好能塞在上、下螺紋口上，依次從試樣的上端部穿過(guò)墊圈3、上螺紋口蓋2，擰緊上螺 紋口蓋2，試樣的下端部穿過(guò)墊圈3、下螺紋口蓋9，擰緊下螺紋口蓋9。試樣兩頭分別固定 在試驗(yàn)機(jī)的上下夾具，溫度計(jì)或控溫裝置的熱電偶15 (其中沸點(diǎn)溫度介質(zhì)用溫度計(jì)，非沸點(diǎn) 溫度介質(zhì)用控溫裝置的熱電偶)過(guò)盈穿過(guò)橡膠密封塞14并通過(guò)控溫裝置連接口 12插入介 質(zhì)瓶8內(nèi)的介質(zhì)中，改進(jìn)型回流冷凝管I連接在冷凝器連接口 6上。電阻絲11從試驗(yàn)瓶上 U型加熱管7的一端穿入，另一端穿出，注意保證電阻絲11在U型管的彎曲部位絲拉直，減 少?gòu)澢课坏陌l(fā)熱量，在裸露在U型加熱管外的電阻絲11上套上陶瓷管18，與帶控制開(kāi)關(guān) 的接線柱16上引出的電線17相連，將插頭19插入電源插座上。
實(shí)施例1:沸點(diǎn)溫度介質(zhì)溶液應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)以不銹鋼波紋管沸騰氯化鎂應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)為例。測(cè)量試樣工作部分的直徑(圓形試樣) 或長(zhǎng)寬(板狀試樣)，計(jì)算試樣工作部分的截面積及所加載荷；按照介質(zhì)瓶的大小稱量合適 量的氯化鎂并放入介質(zhì)瓶?jī)?nèi)；按照附圖2的示意及安裝詳細(xì)說(shuō)明把試驗(yàn)環(huán)境裝置及試樣安 裝在加載試驗(yàn)機(jī)上；從冷凝器口緩緩加入少量高純水，以淹沒(méi)住氯化鎂為宜；壓下接線柱 控制開(kāi)關(guān)在“0N”位置上，開(kāi)始對(duì)環(huán)境裝置加熱；過(guò)程中觀察試驗(yàn)溫度，溫度超過(guò)所需溫度時(shí)，從冷凝器口緩緩加入少量高純水，如此多次反復(fù)，直到沸騰氯化鎂的溫度達(dá)到所需溫度 至；此時(shí)，將試樣加載到預(yù)設(shè)值，試驗(yàn)開(kāi)始計(jì)時(shí)；試驗(yàn)過(guò)程中，若出現(xiàn)電阻絲燒斷，則壓下加 熱柱開(kāi)關(guān)在“OFF”位置上，更換新的電阻絲，保證介質(zhì)的連續(xù)加溫；試樣斷裂或達(dá)到試驗(yàn)預(yù) 設(shè)時(shí)間，試驗(yàn)終止，記錄試驗(yàn)時(shí)間；待介質(zhì)溫度下降到約70°C，取下冷凝器及溫度計(jì)，從試 驗(yàn)機(jī)上卸下試樣及環(huán)境裝置，用自來(lái)水稀釋介質(zhì)瓶?jī)?nèi)氯化鎂溶液并倒出，擰開(kāi)上下螺紋口 蓋,從介質(zhì)瓶中取出試樣,沖洗介質(zhì)瓶、橡膠密封錐體及橡膠密封塞,等待下一試驗(yàn)。
實(shí)施例2 :非沸點(diǎn)溫度介質(zhì)溶液應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)以高強(qiáng)鋼螺栓80°C低濃度NaOH應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)為例。與實(shí)施例1相比，不同之處在于 ⑴在按照附圖2安裝前，不需稱量合適量的NaOH并放入介質(zhì)瓶?jī)?nèi)，而是配制好相應(yīng)濃度的 NaOH溶液待用J2)按附圖2安裝時(shí)，不使用15溫度計(jì)，而是15溫控系統(tǒng)的熱電偶；⑶安裝 好后，從冷凝器12倒的不是高純水，而是配制好的相應(yīng)濃度的NaOH溶液。⑷不需多次反復(fù) 從冷凝器口緩緩加入少量高純水直到達(dá)到所需溫度。其它過(guò)程與實(shí)施例1同。
注意實(shí)施例1與實(shí)施例2的操作區(qū)別是由于沸騰氯化鎂應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)溫度是 靠控制介質(zhì)濃度來(lái)保證，即不同濃度介質(zhì)的沸點(diǎn)溫度不一樣的原理；同時(shí)，試驗(yàn)介質(zhì)的配制 需通過(guò)觀察介質(zhì)溫度逐漸調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置，其特征是包括介質(zhì)瓶、兩個(gè)橡膠密封錐體、兩個(gè)墊圈、上螺紋口蓋、下螺紋口蓋、橡膠密封塞、U型加熱管、回流冷凝管、電阻絲、溫控系統(tǒng)；溫控系統(tǒng)包括控制器、溫度計(jì)或者熱電偶； 介質(zhì)瓶開(kāi)有上螺紋口、下螺紋口、溫度計(jì)口、回流冷凝器口和試樣，上、下螺紋口對(duì)稱的分布在介質(zhì)瓶的上下底中央，溫度計(jì)口和回流冷凝管口對(duì)稱的分布在上螺紋口的兩側(cè)；介質(zhì)瓶的上螺紋口、下螺紋口、溫度計(jì)口和回流冷凝器口內(nèi)徑設(shè)計(jì)成錐形，錐頂在瓶?jī)?nèi)，錐底在瓶口 ；介質(zhì)瓶的上螺紋口、下螺紋口內(nèi)徑與橡膠密封錐體外徑形狀相一致，外徑與上螺紋口蓋和下螺紋口蓋螺紋一致；溫度計(jì)口內(nèi)徑與橡膠密封塞外徑形狀相一致；回流冷凝管口內(nèi)徑與回流冷凝管外徑相一致并經(jīng)磨口處理； 試樣穿過(guò)介質(zhì)瓶上、下螺紋口，兩個(gè)橡膠密封錐體小頭相對(duì)對(duì)稱穿在試樣上并固定在介質(zhì)瓶的上、下螺紋口，依次在兩個(gè)橡膠密封錐體放置一個(gè)墊圈，并將上、下螺紋口蓋擰到介質(zhì)瓶的上、下螺紋口上； 溫度計(jì)穿過(guò)橡膠密封塞，插入介質(zhì)瓶的溫度計(jì)口，溫度計(jì)的下端接觸介質(zhì)瓶?jī)?nèi)溶液，通過(guò)控制器對(duì)介質(zhì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)并控制；回流冷凝管與自來(lái)水管連接好后插在介質(zhì)瓶的回流冷凝管口上；介質(zhì)瓶的內(nèi)部配有U型加熱管，其敞口部位在瓶外側(cè)，電阻絲穿在U型加熱管內(nèi)部且兩頭露在瓶外側(cè)與電源引線相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置，其特征是所述的回流冷凝器的結(jié)構(gòu)為冷凝器水套長(zhǎng)度不少于250_ ;回流冷凝器的下滴口為圓形，磨口長(zhǎng)度與冷凝器連接口高度完全一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置，其特征是所述的介質(zhì)瓶、U型加熱管用高溫玻璃制；墊圈、上螺紋口蓋、下螺紋口蓋用聚四氟乙烯制；橡膠密封錐體及橡膠密封塞用氟橡膠制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置，其特征是與電阻絲連接的電線通過(guò)帶控制開(kāi)關(guān)的接線柱與電源相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置，其特征是所述的溫度計(jì)或熱電偶選擇原則是沸點(diǎn)溫度介質(zhì)用溫度計(jì)，非沸點(diǎn)溫度介質(zhì)用熱電偶。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置，其特征是裸露在加熱管外電阻絲套上陶瓷管。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種用于金屬材料軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境裝置，包括介質(zhì)瓶、兩個(gè)橡膠密封錐體、兩個(gè)墊圈、上螺紋口蓋、下螺紋口蓋、橡膠密封塞、U型加熱管、回流冷凝管、電阻絲、溫控系統(tǒng)、陶瓷管、帶控制開(kāi)關(guān)的接線柱和電線；在螺紋口蓋與螺紋口連接處加裝墊圈，采用下滴口為圓形回流冷凝器，將穿過(guò)介質(zhì)瓶?jī)?nèi)部的U型加熱管敞口部位設(shè)置在瓶外側(cè)。本發(fā)明完全避免了軸向加載高溫應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)過(guò)程中腐蝕介質(zhì)的滲漏/泄漏問(wèn)題，恒定保持了介質(zhì)濃度、溫度要求，防止了補(bǔ)充揮發(fā)水時(shí)引起介質(zhì)飛濺，避免了試驗(yàn)的非正常終止，保證了試驗(yàn)的安全性及準(zhǔn)確性；還提高了試驗(yàn)效率，使用效果好。
文檔編號(hào)G01N17/00GK102998250SQ20121047610
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者查小琴, 梁健, 張利娟 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所