專利名稱：一種用于金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬材料腐蝕試驗檢測技術，特別是一種用于金屬材料軸向加載 高溫應力腐蝕試驗的環境裝置。
背景技術：
金屬材料在拉應力及特定的介質環境雙重作用下，有自行發生延遲開裂及斷裂的 可能性。其所產生的低應力腐蝕脆斷，具有不可預測性質，常常導致事故的發生以及大量材 料的損耗，給工程應用帶來了極大的安全隱患和財產損失。為此，金屬材料的應力腐蝕開裂 問題是材料防腐及安全可靠性研究的重要領域，而應力腐蝕試驗是應力腐蝕研究的重要基 礎，其結果的準確性直接影響著工程的可靠與否。
目前，國內外開展的金屬材料應力腐蝕試驗，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)，置于特定的模擬環境介質(如海水、沸騰氯化鎂溶 液、水蒸汽)中，并通過加載裝置對試樣施加載荷(恒應力、恒應變及慢應變速率)進行試 驗。相關的標準主要有GB15970系列、ASTM G49及YB5362。對于加載裝置，目前主要從市 場上購置現成的恒載持久機或慢應變速率試驗機；對于環境裝置，各個單位都是根據自己 的試驗目的進行自行設計。標準中，對于環境裝置的設計僅給出了簡單示意圖，沒有進一步 說明如何設計才能在試驗(應力腐蝕試驗一般時間都比較長)過程中防止腐蝕介質的滲漏 /泄漏、保持介質溫度和濃度的恒定，而這些不管從保證試驗的安全性還是準確性都非常重 要。對于常溫或低溫應力腐蝕用介質環境裝置的設計，上述問題還較容易避免，因為①滲漏 的問題可以通過硅橡膠對試樣與環境裝置結合部位進行密封處理來解決在低溫度試驗 時，電阻絲工作時間間隔大、使用壽命長，配一套精度較高的溫控系統，就能保證試驗溫度 的要求；③介質中的水在低溫環境中揮發較慢，定期往介質環境裝置內補充揮發的水到最 初的液面線(一般一天一次)，就能有效地控制介質的濃度。而對于用于高溫應力腐蝕試驗 的環境裝置的設計，特別是上下慣穿的軸向加載應力腐蝕用環境裝置的設計，上述問題一 直令試驗人員頭痛。這是因為⑴滲漏問題硅橡膠或其它膠在高溫環境中密封效果減弱， 常出現滲漏/泄漏現象，導致試驗設備發生腐蝕，試驗過程也十分危險。⑵溫度恒定問題: 電阻絲只有長時間工作甚至連續工作(如沸騰氯化鎂應力腐蝕試驗)，才能保證高溫介質溫 度恒定，因此很容易燒壞，如不能及時更換或維修，將導致試驗非正常終止；⑶濃度恒定及 介質飛濺問題介質中的水在高溫時揮發較快，自動連續地往介質中補充水，一方面不易控 制補充量與揮法量的平衡，濃度難于保持恒定；另一方面也易出現低溫水加入高溫介質引 起的介質飛濺的現象，試驗過程十分危險。發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種用于金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試 驗的環境裝置，不僅能完全避免高溫介質滲漏/泄露問題，恒定保持介質濃度且不會在補 充揮發水時引起介質飛濺，且同時方便試驗過程中被燒壞電阻絲的更換和維修，準確地保證介質溫度要求，避免試驗的非正常終止。
為了實現解決上述技術問題的目的，本發明采用了如下技術方案本發明的一種用于金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置，包括介質瓶、兩 個橡膠密封錐體、兩個墊圈、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；溫控系統包括控制器、溫度計或者熱電偶；介質瓶開有上螺紋口、下螺紋口、溫度計口、回流冷凝器口和試樣，上、下螺紋口對稱的 分布在介質瓶的上下底中央，溫度計口和回流冷凝管口對稱的分布在上螺紋口的兩側；介 質瓶的上螺紋口、下螺紋口、溫度計口和回流冷凝器口內徑設計成錐形，錐頂在瓶內，錐底 在瓶口 ；介質瓶的上螺紋口、下螺紋口內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；溫度計口內徑與橡膠密封塞外徑形狀相一致；回流冷凝管口 內徑與回流冷凝管外徑相一致并經磨口處理；試樣穿過介質瓶上、下螺紋口，兩個橡膠密封錐體小頭相對對稱穿在試樣上并固定在 介質瓶的上、下螺紋口，依次在兩個橡膠密封錐體放置一個墊圈，并將上、下螺紋口蓋擰到 介質瓶的上、下螺紋口上；在擰緊的過程中，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 質滲漏/泄露漏；溫度計穿過橡膠密封塞，插入介質瓶的溫度計口，溫度計的下端接觸介質瓶內溶液，通 過控制器對介質溫度進行監測并控制；回流冷凝管與自來水管連接好后插在介質瓶的回流 冷凝管口上；介質瓶的內部配有U型加熱管，其敞口部位在瓶外側，電阻絲穿在U型加熱管 內部且兩頭露在瓶外側與電源引線相連接。這樣可以方便試驗過程中隨時更換或維修燒壞 電阻絲。
為防止回流冷凝器冷凝下的水呈液滴狀滴入介質瓶的溶液中，引起高溫腐蝕介質 的飛濺，回流冷凝器的結構可以為冷凝器水套長度不少于250_ ;回流冷凝器的下滴口為 圓形，磨口長度與冷凝器連接口高度完全一致。這樣可以保證補充的水沿瓶壁淌入介質壁 內，防止補充的水呈液滴狀，引起高溫腐蝕介質的飛濺；同時保證冷凝效果。
本發明的用于金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置，其優選的技術技 術方案是介質瓶、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。這樣可以保證環境裝置耐高溫、防腐蝕。
本發明的用于金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置，為保證環境裝置 使用的方便性，其改進的技術方案也可以是與電阻絲連接的電線通過帶控制開關的接線 柱與電源相連。這樣方便試驗過程中對電阻絲的更換和維修或控制介質加熱與否。
本發明的用于金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置，溫度計或熱電偶 選擇原則是沸點溫度介質用溫度計，非沸點溫度介質用熱電偶。
一種用于金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置，為更好地保證環境裝 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，其進一步改進的技術方 案也可以是裸露在加熱管外電阻絲套上陶瓷管。
這些技術方案，也可以互相組合或者結合，從而達到更好的技術效果。
通過采用上述技術方案，本發明具有以下的有益效果本發明的用于金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置的發明，不但完全避免了軸向加載高溫應力腐蝕試驗過程中腐蝕介質的滲漏/泄漏問題，且恒定保持了介質濃 度、溫度要求，防止了補充揮發水時引起介質飛濺。避免了試驗的非正常終止，保證了試驗 的安全性及準確性。
本發明提供的解決高溫腐蝕介質滲漏/泄漏問題的技術方案，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程，提高了試驗效率。該方案在軸向常溫 應力腐蝕和腐蝕疲勞試驗中應用，使用效果也較好，其也可推廣到其他同系列環境裝置的 設計上。
技術效果不僅體現在軸向加載應力腐蝕試驗本身的安全性、準確性及操作的方便 性，也體現在其部分設計思路在其他同系列的環境裝置設計上的推廣應用。
圖1是回流冷凝器的結構示意圖。
圖2是發明一種用于金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置示意圖。
圖中，1、改進型回流冷凝管，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、介質瓶，9下螺紋口蓋，10、下螺紋口，11、電阻絲，12、溫度 計連接口，13、上螺紋口，14橡膠密封塞；15、溫度計或熱電偶，16、帶控制開關的接線柱, 17、電線，18、陶瓷管，19、插頭，20、下滴口。
具體實施方式
下面結合附圖對本專利進一步解釋說明。但本專利的保護范圍不限于具體的實施 方式。
如附圖2所示，本發明一種用于金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置 的安裝程序為待試驗的試樣5通過上螺紋口 13、下螺紋口 10穿過介質瓶8，并且工作部位 在介質槽內部，2個橡膠密封錐體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)小頭相對分別從試樣的兩端過盈套入試樣夾持部位，調整好2個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 在試驗機的上下夾具，溫度計或控溫裝置的熱電偶15 (其中沸點溫度介質用溫度計，非沸點 溫度介質用控溫裝置的熱電偶)過盈穿過橡膠密封塞14并通過控溫裝置連接口 12插入介 質瓶8內的介質中，改進型回流冷凝管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 少彎曲部位的發熱量，在裸露在U型加熱管外的電阻絲11上套上陶瓷管18，與帶控制開關 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。
實施例1:沸點溫度介質溶液應力腐蝕試驗以不銹鋼波紋管沸騰氯化鎂應力腐蝕試驗為例。測量試樣工作部分的直徑(圓形試樣) 或長寬(板狀試樣)，計算試樣工作部分的截面積及所加載荷；按照介質瓶的大小稱量合適 量的氯化鎂并放入介質瓶內；按照附圖2的示意及安裝詳細說明把試驗環境裝置及試樣安 裝在加載試驗機上；從冷凝器口緩緩加入少量高純水，以淹沒住氯化鎂為宜；壓下接線柱 控制開關在“0N”位置上，開始對環境裝置加熱；過程中觀察試驗溫度，溫度超過所需溫度時，從冷凝器口緩緩加入少量高純水，如此多次反復，直到沸騰氯化鎂的溫度達到所需溫度 至；此時，將試樣加載到預設值，試驗開始計時；試驗過程中，若出現電阻絲燒斷，則壓下加 熱柱開關在“OFF”位置上，更換新的電阻絲，保證介質的連續加溫；試樣斷裂或達到試驗預 設時間，試驗終止，記錄試驗時間；待介質溫度下降到約70°C，取下冷凝器及溫度計，從試 驗機上卸下試樣及環境裝置，用自來水稀釋介質瓶內氯化鎂溶液并倒出，擰開上下螺紋口 蓋,從介質瓶中取出試樣,沖洗介質瓶、橡膠密封錐體及橡膠密封塞,等待下一試驗。
實施例2 :非沸點溫度介質溶液應力腐蝕試驗以高強鋼螺栓80°C低濃度NaOH應力腐蝕試驗為例。與實施例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并放入介質瓶內，而是配制好相應濃度的 NaOH溶液待用J2)按附圖2安裝時，不使用15溫度計，而是15溫控系統的熱電偶；⑶安裝 好后，從冷凝器12倒的不是高純水，而是配制好的相應濃度的NaOH溶液。⑷不需多次反復 從冷凝器口緩緩加入少量高純水直到達到所需溫度。其它過程與實施例1同。
注意實施例1與實施例2的操作區別是由于沸騰氯化鎂應力腐蝕的介質溫度是 靠控制介質濃度來保證，即不同濃度介質的沸點溫度不一樣的原理；同時，試驗介質的配制 需通過觀察介質溫度逐漸調整。
權利要求
1.一種金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置，其特征是包括介質瓶、兩個橡膠密封錐體、兩個墊圈、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；溫控系統包括控制器、溫度計或者熱電偶； 介質瓶開有上螺紋口、下螺紋口、溫度計口、回流冷凝器口和試樣，上、下螺紋口對稱的分布在介質瓶的上下底中央，溫度計口和回流冷凝管口對稱的分布在上螺紋口的兩側；介質瓶的上螺紋口、下螺紋口、溫度計口和回流冷凝器口內徑設計成錐形，錐頂在瓶內，錐底在瓶口 ；介質瓶的上螺紋口、下螺紋口內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；溫度計口內徑與橡膠密封塞外徑形狀相一致；回流冷凝管口內徑與回流冷凝管外徑相一致并經磨口處理； 試樣穿過介質瓶上、下螺紋口，兩個橡膠密封錐體小頭相對對稱穿在試樣上并固定在介質瓶的上、下螺紋口，依次在兩個橡膠密封錐體放置一個墊圈，并將上、下螺紋口蓋擰到介質瓶的上、下螺紋口上； 溫度計穿過橡膠密封塞，插入介質瓶的溫度計口，溫度計的下端接觸介質瓶內溶液，通過控制器對介質溫度進行監測并控制；回流冷凝管與自來水管連接好后插在介質瓶的回流冷凝管口上；介質瓶的內部配有U型加熱管，其敞口部位在瓶外側，電阻絲穿在U型加熱管內部且兩頭露在瓶外側與電源引線相連接。
2.根據權利要求1所述金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置，其特征是所述的回流冷凝器的結構為冷凝器水套長度不少于250_ ;回流冷凝器的下滴口為圓形，磨口長度與冷凝器連接口高度完全一致。
3.根據權利要求2所述金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置，其特征是所述的介質瓶、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.根據權利要求1所述金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置，其特征是與電阻絲連接的電線通過帶控制開關的接線柱與電源相連。
5.根據權利要求1所述金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置，其特征是所述的溫度計或熱電偶選擇原則是沸點溫度介質用溫度計，非沸點溫度介質用熱電偶。
6.根據權利要求1所述金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置，其特征是裸露在加熱管外電阻絲套上陶瓷管。
全文摘要
本發明介紹了一種用于金屬材料軸向加載高溫應力腐蝕試驗的環境裝置，包括介質瓶、兩個橡膠密封錐體、兩個墊圈、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、陶瓷管、帶控制開關的接線柱和電線；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，將穿過介質瓶內部的U型加熱管敞口部位設置在瓶外側。本發明完全避免了軸向加載高溫應力腐蝕試驗過程中腐蝕介質的滲漏/泄漏問題，恒定保持了介質濃度、溫度要求，防止了補充揮發水時引起介質飛濺，避免了試驗的非正常終止，保證了試驗的安全性及準確性；還提高了試驗效率，使用效果好。
文檔編號G01N17/00GK102998250SQ20121047610
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月22日 優先權日2012年11月22日
發明者查小琴, 梁健, 張利娟 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所