[实用新型]一种评价钢管表面状态对开裂行为影响的试验装置

说明书

一种评价钢管表面状态对开裂行为影响的试验装置，包括能够进行四点弯曲加载的弧形试样和用于对弧形试样进行加载的应力加载系统，将加载好的弧形试样放置在模拟腐蚀试验设备内；通过从钢管外表面取样，试样保留钢管外表面的加工特征或在其表面预制缺陷，然后对试样进行四点弯曲加载至试验载荷后，将加载好的试样置于腐蚀介质中进行应力腐蚀开裂模拟试验，以评价钢管表面状态对应力腐蚀开裂行为的影响。本实用新型结构简单、易于取样、造价低廉、适用性强，实现了评价钢管在精确控制的环向受力条件下、不同表面状态条件下的应力腐蚀开裂行为，试验条件更加贴近现场实际工况，保障了石油专用管应力腐蚀开裂评价试验的准确性与有效性。

技术领域

本实用新型属于腐蚀评价试验领域，具体为一种评价钢管表面状态对开裂行为影响的试验装置。

背景技术

油套管、输送管等石油专用管道在油气资源的勘探开发和输送过程中，钢管外壁常接触井筒工作液、地层水或土壤等环境，当环境中存在Cl^-、CO₂、H₂S以及溶解氧等腐蚀性介质时会造成钢管腐蚀破坏，特别是当工作载荷、制造或焊接残余应力等导致的拉应力与腐蚀因素叠加可能引起管道应力腐蚀开裂失效。若钢管外表面存在折叠、擦伤等缺陷/缺欠时，这些表面缺陷/缺欠容易成为开裂源区，增加钢管应力腐蚀开裂风险，严重威胁管道服役安全。

应力腐蚀开裂试验是一种有效测定金属材料应力腐蚀开裂敏感性的试验方法，通过对试样加载并将其置于模拟环境中以判定材料在特定工况环境下的应力腐蚀开裂风险，对于管线选材具有重要的指导意义。目前，国内外现有的应力腐蚀开裂试验装置主要分为全尺寸试验装置和小尺寸试验装置两类，现有试验方法在评价钢管表面状态对应力腐蚀开裂影响方面存在以下问题：

(1)全尺寸试验装置通过内部加载系统对一段完整管道进行加载，尽管能够保留完整的钢管表面特征，但由于试样尺寸大，难以置于腐蚀容器中，因此多采用内部填充腐蚀介质方式进行试验，仅能够实现对钢管内表面应力腐蚀开裂敏感性的测定，且试验成本较高。

(2)小尺寸试验装置通过应力加载夹具对机加工小试样进行加载，试验装置可置于高温高压釜等腐蚀容器中，试验成本较低，常用于选材评价及对比试验。目前，国内外均有针对小尺寸试验装置的统一标准，其对试样规格及其适用条件已作出明确说明，其中GB/T 15970.5-1998所规定的C型环试样能够保留钢管原始表面，但C型环试样通常需要保留钢管的3/4圆周，仅适用于小管径钢管，除非腐蚀容器容量足够大，否则较难对大管径钢管进行取样及试验。

基于上述问题的限制，当前对于钢管表面状态对应力腐蚀开裂行为影响的研究尚未全面展开，急需设计一种满足不同管径需求且保留管道原始表面状态的试验装置，并建立合理的实验室评价方法，保障管道安全高效构建及运行。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型专利提供了一种评价钢管表面状态对开裂行为影响的试验装置，通过从钢管外表面取样，试样保留钢管外表面的加工特征或在其表面预制缺陷，然后对试样进行四点弯曲加载至试验载荷后，将加载好的试样置于特定条件的腐蚀介质中进行应力腐蚀开裂模拟试验，以评价钢管表面状态对应力腐蚀开裂行为的影响。

为实现本实用新型的目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种评价钢管表面状态对开裂行为影响的试验装置，包括能够进行四点弯曲加载的弧形试样和用于对弧形试样进行加载的应力加载系统，应力加载系统对弧形试样加载后，放置在模拟腐蚀试验设备内；所述弧形试样包括弧形面和加载面，所述应力加载系统包括四点弯曲夹具以及应力测量设备；其中，四点弯曲夹具下部安装有位移调节螺栓，四点弯曲夹具的四个加载支点包括第一外支点、第二外支点、第一内支点以及第二内支点，其中，第一外支点和第二外支点分别与弧形面的两端边缘接触，第一内支点和第二内支点分别与加载面的两端边缘接触。

本实用新型进一步的改进在于，弧形面为钢管沿环向的原始外表面。