[发明专利]一种用于金属材料轴向加载高温应力腐蚀试验的环境装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料腐蚀试验检测技术，特别是一种用于金属材料轴向加载高温应力腐蚀试验的环境装置。

背景技术

金属材料在拉应力及特定的介质环境双重作用下，有自行发生延迟开裂及断裂的可能性。其所产生的低应力腐蚀脆断，具有不可预测性质，常常导致事故的发生以及大量材料的损耗，给工程应用带来了极大的安全隐患和财产损失。为此，金属材料的应力腐蚀开裂问题是材料防腐及安全可靠性研究的重要领域，而应力腐蚀试验是应力腐蚀研究的重要基础，其结果的准确性直接影响着工程的可靠与否。

目前，国内外开展的金属材料应力腐蚀试验，主要是将金属材料加工成特定的试样（如拉伸试样、C型试样、弯曲试样等），置于特定的模拟环境介质（如海水、沸腾氯化镁溶液、水蒸汽）中，并通过加载装置对试样施加载荷(恒应力、恒应变及慢应变速率)进行试验。相关的标准主要有GB15970系列、ASTM G49及YB5362。对于加载装置，目前主要从市场上购置现成的恒载持久机或慢应变速率试验机；对于环境装置，各个单位都是根据自己的试验目的进行自行设计。标准中，对于环境装置的设计仅给出了简单示意图，没有进一步说明如何设计才能在试验（应力腐蚀试验一般时间都比较长）过程中防止腐蚀介质的渗漏/泄漏、保持介质温度和浓度的恒定，而这些不管从保证试验的安全性还是准确性都非常重要。对于常温或低温应力腐蚀用介质环境装置的设计，上述问题还较容易避免，因为①渗漏的问题可以通过硅橡胶对试样与环境装置结合部位进行密封处理来解决；②在低温度试验时，电阻丝工作时间间隔大、使用寿命长，配一套精度较高的温控系统，就能保证试验温度的要求；③介质中的水在低温环境中挥发较慢，定期往介质环境装置内补充挥发的水到最初的液面线（一般一天一次），就能有效地控制介质的浓度。而对于用于高温应力腐蚀试验的环境装置的设计，特别是上下惯穿的轴向加载应力腐蚀用环境装置的设计，上述问题一直令试验人员头痛。这是因为：⑴渗漏问题：硅橡胶或其它胶在高温环境中密封效果减弱，常出现渗漏/泄漏现象，导致试验设备发生腐蚀，试验过程也十分危险。⑵温度恒定问题：电阻丝只有长时间工作甚至连续工作（如沸腾氯化镁应力腐蚀试验），才能保证高温介质温度恒定，因此很容易烧坏，如不能及时更换或维修，将导致试验非正常终止；⑶浓度恒定及介质飞溅问题：介质中的水在高温时挥发较快，自动连续地往介质中补充水，一方面不易控制补充量与挥法量的平衡，浓度难于保持恒定；另一方面也易出现低温水加入高温介质引起的介质飞溅的现象，试验过程十分危险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于金属材料轴向加载高温应力腐蚀试验的环境装置，不仅能完全避免高温介质渗漏/泄露问题，恒定保持介质浓度且不会在补充挥发水时引起介质飞溅，且同时方便试验过程中被烧坏电阻丝的更换和维修，准确地保证介质温度要求，避免试验的非正常终止。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种用于金属材料轴向加载高温应力腐蚀试验的环境装置，包括介质瓶、两个橡胶密封锥体、两个垫圈、上螺纹口盖、下螺纹口盖、橡胶密封塞、U型加热管、回流冷凝管、电阻丝、温控系统；温控系统包括控制器、温度计或者热电偶；

介质瓶开有上螺纹口、下螺纹口、温度计口、回流冷凝器口和试样，上、下螺纹口对称的分布在介质瓶的上下底中央，温度计口和回流冷凝管口对称的分布在上螺纹口的两侧；介质瓶的上螺纹口、下螺纹口、温度计口和回流冷凝器口内径设计成锥形，锥顶在瓶内，锥底在瓶口；介质瓶的上螺纹口、下螺纹口内径与橡胶密封锥体外径形状相一致，外径与上螺纹口盖和下螺纹口盖螺纹一致；温度计口内径与橡胶密封塞外径形状相一致；回流冷凝管口内径与回流冷凝管外径相一致并经磨口处理；

试样穿过介质瓶上、下螺纹口，两个橡胶密封锥体小头相对对称穿在试样上并固定在介质瓶的上、下螺纹口，依次在两个橡胶密封锥体放置一个垫圈，并将上、下螺纹口盖拧到介质瓶的上、下螺纹口上；在拧紧的过程中，由于垫圈能紧紧顶住橡胶密封锥体，从而保证了橡胶密封锥体与上、下螺纹口及试样与橡胶密封锥体之间的配合紧密，防止高温腐蚀介质渗漏/泄露漏；

温度计穿过橡胶密封塞，插入介质瓶的温度计口，温度计的下端接触介质瓶内溶液，通过控制器对介质温度进行监测并控制；回流冷凝管与自来水管连接好后插在介质瓶的回流冷凝管口上；介质瓶的内部配有U型加热管，其敞口部位在瓶外侧，电阻丝穿在U型加热管内部且两头露在瓶外侧与电源引线相连接。这样可以方便试验过程中随时更换或维修烧坏电阻丝。