一種用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具，屬于金屬材料電化學腐蝕評價領域。所述系統包括：用于在電化學試驗試樣上施加拉應力的線性彈簧加載裝置；用于進行電化學試驗的電解池，包括工作電極、參比電極和輔助電極，以及在需要時進行溶液加熱的電加熱絲；用于固定拉應力加載的彈簧裝置的基座。本實用新型采用線性彈簧加載拉應力的方法，實現了在電化學技術評價石油管材腐蝕行為過程中加載拉應力，加載方法簡便易操作，加載拉應力定量可控，所獲數據準確可靠，具有較高的市場推廣價值。
【專利說明】—種用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及金屬材料電化學腐蝕評價領域，特別涉及一種用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具。
【背景技術】
[0002]在油氣開發及輸送過程中，石油管的完整性是油氣安全生產的重要保障。通常石油管受到復雜力學載荷和腐蝕性介質的共同作用是導致其失效的主要因素，如何科學真實的模擬石油管的失效過程是保證油氣安全生產和運輸的關鍵所在，因此，一種能同時加載應力和腐蝕介質的試驗夾具對研究石油管的失效模式及機理具有非常重要的現實意義。
[0003]電化學技術是一種研究石油管腐蝕的重要手段，包括開路電位測試、恒電位/恒電流極化測試、電化學阻抗譜測試、電化學噪聲測試等技術研究了均勻腐蝕、局部腐蝕(點蝕和縫隙腐蝕)、應力腐蝕開裂和垢下腐蝕。這些研究的對象均未考慮力學因素的影響，即所有的電化學信息反映的是未受力狀態下的腐蝕行為和規律，往往導致實驗室研究結果不能反映現場的失效現象，從而不能進一步用于指導相關的工藝改進和防腐措施。而目前在實際生產工況下，石油管均受到不同程度的拉應力載荷作用，而針對不同拉應力作用下的電化學腐蝕行為研究鮮有報道，嚴重影響了拉應力狀態下電化學技術評價石油管腐蝕的研究，究其原因是目前缺少能夠同時模擬力學因素和腐蝕因素的電化學試驗夾具。
實用新型內容
[0004]有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具，以模擬不同拉應力狀態下石油管材的電化學腐蝕過程。
[0005]為達到以上目的，本實用新型提供了一種用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具，包括:
[0006]固定支座，固定支座上放置有進行電化學試驗的電解池，固定支座上安裝有用于固定試樣的夾具，且試樣穿過電解池的池壁；夾具的末端安裝有施加拉應力的線性彈簧加載裝置。
[0007]所述夾具包括安裝于固定支座一端的第一試樣夾持桿和安裝于固定支座另一端的第二試樣夾持桿，第二試樣夾持桿穿過固定支座伸出，線性彈簧加載裝置安裝于第二試樣夾持桿伸出端。
[0008]所述線性彈簧加載裝置包括彈簧，彈簧套裝于第二試樣夾持桿伸出端上，彈簧的一端與支座接觸，另一端通過安裝于第二試樣夾持桿伸出端上的第二螺栓限位。
[0009]所述彈簧的勁度系數k為40000N/m。
[0010]所述第一試樣夾持桿通過第一螺栓固定于固定支座上。
[0011]所述電解池內設置有參比電極、輔助電極以及用于加熱溶液的電熱絲。
[0012]所述試樣的為板狀結構，且試樣的中部寬度小于兩端寬度。
[0013]與現有技術比較，本實用新型的有益效果為:
[0014]本實用新型提供了一種用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具，首先將試樣穿過電解池，接著采用銷釘固定在試樣夾持桿上；然后根據實驗要求加載一定的拉應力，其大小一般根據管材的屈服強度進行取值，本實用新型采用線性彈簧加載拉應力的方法，實現了在電化學技術評價石油管材腐蝕行為過程中加載拉應力，加載方法簡便易操作，力口載拉應力定量可控，所獲數據準確可靠，具有較高的市場推廣價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具結構圖；
[0016]圖2為可加載拉應力的電化學腐蝕試樣示意圖；
[0017]圖3為實施例一電化學工作站的三個電極接口上進行電化學測試結果圖；
[0018]圖4為實施例二電化學工作站的三個電極接口上進行電化學測試結果圖；
[0019]圖5為實施例三電化學工作站的三個電極接口上進行電化學測試結果圖；
[0020]圖6為電化學工作站的三個電極接口上進行電化學測試結果比較圖。
【具體實施方式】
[0021]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述。
[0022]本實用新型實施例針對石油管電化學腐蝕評價技術存在的問題和不足，實現了不同拉應力加載狀態下石油管的電化學腐蝕測試和評價。
[0023]參見圖1，本實用新型實施例提供了一種用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具，包括固定支座2，固定支座2上放置有進行電化學試驗的電解池3，固定支座2上安裝有用于固定試樣4的夾具，且試樣4穿過電解池3的池壁；夾具的末端安裝有施加拉應力的線性彈簧加載裝置。具體的，夾具包括安裝于固定支座2 —端的第一試樣夾持桿5-1和安裝于固定支座2另一端的第二試樣夾持桿5-2，第二試樣夾持桿5-2穿過固定支座2伸出，線性彈簧加載裝置安裝于第二試樣夾持桿5-2伸出端，第一試樣夾持桿5-1通過第一螺栓I固定于固定支座2，所述線性彈簧加載裝置包括彈簧6，彈簧6套裝于第二試樣夾持桿5-2伸出端上，彈簧6的一端與支座2接觸，另一端通過安裝于第二試樣夾持桿5-2伸出端上的第二螺栓7限位，拉應力的線性彈簧加載裝置，主要用于給試樣加載拉應力，試樣4結構如圖2所示，試樣4的為板狀結構，且試樣4的中部寬度小于兩端寬度。根據線性彈簧的變形量進行定量加載拉應力，拉應力的大小根據胡克定律F = -k X進行計算，其中彈簧的變形量X，采用游標卡尺標定距離后旋進右端的螺栓到指定位置，即完成定量拉力的加載；向電解池中注入試驗模擬溶液，安裝參比電極和輔助電極，工作電極為管材試樣，即可連接電化學測試系統進行管材在拉應力狀態下的各種電化學腐蝕測試，在試驗需要的情況下可以采用電加熱絲進行溶液加熱控溫。
[0024]電化學試驗的電解池3，主要用于電化學測試，該裝置包括工作電極、參比電極和輔助電極，以及在需要時進行溶液加熱的電加熱絲8 ;彈簧裝置基座，主要用于固定彈簧裝置，其設計強度保證在加載拉應力過程中不發生任何形變。
[0025]本實施例提供的石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具，具有如下特點:第一，該夾具可以實現加載不同大小的拉應力，使得評價油管腐蝕的電化學試驗更加接近實際工況；第二，采用線性彈簧加載拉應力方便易操作，加載拉應力定量可控；第三，本夾具適用性廣泛且具有可移動性，可以用于各種不同型號的常規電化學測試系統和微區電化學測試系統；第四，可改造性強，可根據實際工況需要進行功能升級和改造。因此，本實施例的系統所獲得的試驗結果更具指導性，有較高的推廣價值。
[0026]總之，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。
[0027]附圖3?5為本實用新型的三個具體實施例實驗數據。
[0028]實施例一:(拉應力為450MPa)
[0029]步驟一:試樣為X60管線鋼，尺寸按照附圖2的參數規格進行加工，其中試樣的厚度為1mm，將加工好的試樣進行表面拋光處理，然后安裝在附圖1中的夾具上；
[0030]步驟二:施加拉應力為450MPa，根據胡克定律，該彈簧的勁度系數k為40000N/m，即對應的彈簧位移為9cm，采用游標卡尺測量彈簧的原始長度和目標長度，然后根據標記的位置，采用扳手勻速旋進螺栓進行加載直到目標位移；
[0031]步驟三:向附圖1 的電解池中注入 0.5mol/L Na2CO3+ImoI/L NaHC03+0.lmol/LNaCl混合溶液，該溶液為埋地管線鋼土壤環境中的高pH模擬溶液，將附圖1中的工作電極、參比電極和輔助電極分別對于連接到電化學工作站的三個電極接口上進行電化學測試，測試結果如圖3所示。
[0032]實施例二:(拉應力為250MPa)
[0033]步驟一:試樣為X60管線鋼，尺寸按照附圖2的參數規格進行加工，其中試樣的厚度為1mm，將加工好的試樣進行表面拋光處理，然后安裝在附圖1中的夾具上；
[0034]步驟二:施加拉應力為250MPa，根據胡克定律，該彈簧的勁度系數k為40000N/m，即對應的彈簧位移為5cm，采用游標卡尺測量彈簧的原始長度和目標長度，然后根據標記的位置，采用扳手勻速旋進螺栓進行加載直到目標位移；
[0035]步驟三:向附圖1 的電解池中注入 0.5mol/L Na2CO3+Imo I/L NaHC03+0.lmol/LNaCl混合溶液，該溶液為埋地管線鋼土壤環境中的高pH模擬溶液，將附圖1中的工作電極、參比電極和輔助電極分別對于連接到電化學工作站的三個電極接口上進行電化學測試，測試結果如圖4所示。
[0036]實施例三:(拉應力為OMPa，無拉應力)
[0037]步驟一:試樣為X60管線鋼，尺寸按照附圖2的參數規格進行加工，其中試樣的厚度為1mm，將加工好的試樣進行表面拋光處理，然后安裝在附圖1中的夾具上；
[0038]步驟二:施加拉應力為OMPa，即無需加載拉應力，該實驗作為以上兩個加載拉應力的對比實驗；
[0039]步驟三:向附圖1 的電解池中注入 0.5mol/L Na2CO3+Imo I/L NaHC03+0.lmol/LNaCl混合溶液，該溶液為埋地管線鋼土壤環境中的高pH模擬溶液，將附圖1中的工作電極、參比電極和輔助電極分別對于連接到電化學工作站的三個電極接口上進行電化學測試，測試結果如圖5所示。
[0040]為了便于比較三組不同拉應力下測試的試驗結果，將三組拉應力條件下的測試結果放在同一個圖上，如圖6所示，可見拉應力對管線鋼的電化學腐蝕行為影響非常明顯。
【權利要求】
1.一種用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具，其特征在于:包括固定支座(2)，固定支座(2)上放置有進行電化學試驗的電解池(3)，固定支座(2)上安裝有用于固定試樣(4)的夾具，且試樣(4)穿過電解池(3)的池壁；夾具的末端安裝有施加拉應力的線性彈簧加載裝置。
2.根據權利要求1所述的一種用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具，其特征在于:所述夾具包括安裝于固定支座(2) —端的第一試樣夾持桿(5-1)和安裝于固定支座(2)另一端的第二試樣夾持桿(5-2)，第二試樣夾持桿(5-2)穿過固定支座(2)伸出，線性彈簧加載裝置安裝于第二試樣夾持桿(5-2)伸出端。
3.根據權利要求2所述的一種用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具，其特征在于:所述線性彈簧加載裝置包括彈簧(6)，彈簧(6)套裝于第二試樣夾持桿(5-2)伸出端上，彈簧￠)的一端與支座(2)接觸，另一端通過安裝于第二試樣夾持桿(5-2)伸出端上的第二螺栓(7)限位。
4.根據權利要求3所述的一種用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具，其特征在于:所述彈簧(6)的勁度系數k為40000N/m。
5.根據權利要求2所述的一種用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具，其特征在于:所述第一試樣夾持桿(5-1)通過第一螺栓(1)固定于固定支座(2)上。
6.根據權利要求1所述的一種用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具，其特征在于:所述電解池⑶內設置有參比電極、輔助電極以及用于加熱溶液的電熱絲(8)。
7.根據權利要求1所述的一種用于石油管加載拉應力的電化學腐蝕試驗夾具，其特征在于:所述試樣(4)的為板狀結構，且試樣(4)的中部寬度小于兩端寬度。
【文檔編號】G01N3/04GK204116137SQ201420620656
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月24日 優先權日:2014年10月24日
【發明者】付安慶, 謝俊峰, 上官豐收, 王同峰, 劉正東, 李發根, 蔡銳, 趙雪會, 尹成先, 白真權 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油天然氣集團公司管材研究所