专利名称：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的制作方法
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。
为防止回流冷凝器冷凝下的水呈液滴状滴入介质瓶的溶液中，引起高温腐蚀介质 的飞溅，回流冷凝器的结构可以为冷凝器水套长度不少于250_ ;回流冷凝器的下滴口为 圆形，磨口长度与冷凝器连接口高度完全一致。这样可以保证补充的水沿瓶壁淌入介质壁 内，防止补充的水呈液滴状，引起高温腐蚀介质的飞溅；同时保证冷凝效果。
本发明的用于金属材料轴向加载高温应力腐蚀试验的环境装置，其优选的技术技 术方案是介质瓶、U型加热管用高温玻璃制；垫圈、上螺纹口盖、下螺纹口盖用聚四氟乙烯 制；橡胶密封锥体及橡胶密封塞用氟橡胶制。这样可以保证环境装置耐高温、防腐蚀。
本发明的用于金属材料轴向加载高温应力腐蚀试验的环境装置，为保证环境装置 使用的方便性，其改进的技术方案也可以是与电阻丝连接的电线通过带控制开关的接线 柱与电源相连。这样方便试验过程中对电阻丝的更换和维修或控制介质加热与否。
本发明的用于金属材料轴向加载高温应力腐蚀试验的环境装置，温度计或热电偶 选择原则是沸点温度介质用温度计，非沸点温度介质用热电偶。
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，为更好地保证环境装 置使用的安全性，防止裸露的电阻丝引燃其他物品或灼烧操作者，其进一步改进的技术方 案也可以是裸露在加热管外电阻丝套上陶瓷管。
这些技术方案，也可以互相组合或者结合，从而达到更好的技术效果。
通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果本发明的用于金属材料轴向加载高温应力腐蚀试验的环境装置的发明，不但完全避免了轴向加载高温应力腐蚀试验过程中腐蚀介质的渗漏/泄漏问题，且恒定保持了介质浓 度、温度要求，防止了补充挥发水时引起介质飞溅。避免了试验的非正常终止，保证了试验 的安全性及准确性。
本发明提供的解决高温腐蚀介质渗漏/泄漏问题的技术方案，不但装卸试样方 便，且由于不使用密封胶，避免了等待胶干燥的过程，提高了试验效率。该方案在轴向常温 应力腐蚀和腐蚀疲劳试验中应用，使用效果也较好，其也可推广到其他同系列环境装置的 设计上。
技术效果不仅体现在轴向加载应力腐蚀试验本身的安全性、准确性及操作的方便 性，也体现在其部分设计思路在其他同系列的环境装置设计上的推广应用。
图1是回流冷凝器的结构示意图。
图2是发明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示意图。
图中，1、改进型回流冷凝管，2、上螺纹口盖，3、垫圈，4、橡胶密封锥体，5、试样，6、 冷凝器连接口，7、U型加热管，8、介质瓶，9下螺纹口盖，10、下螺纹口，11、电阻丝，12、温度 计连接口，13、上螺纹口，14橡胶密封塞；15、温度计或热电偶，16、带控制开关的接线柱, 17、电线，18、陶瓷管，19、插头，20、下滴口。
具体实施方式
下面结合附图对本专利进一步解释说明。但本专利的保护范围不限于具体的实施 方式。
如附图2所示，本发明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 的安装程序为待试验的试样5通过上螺纹口 13、下螺纹口 10穿过介质瓶8，并且工作部位 在介质槽内部，2个橡胶密封锥体4(圆形试样用圆通橡胶锥形体，板状试样用扁通橡胶锥形 体)小头相对分别从试样的两端过盈套入试样夹持部位，调整好2个橡胶密封锥体间距离， 使其刚好能塞在上、下螺纹口上，依次从试样的上端部穿过垫圈3、上螺纹口盖2，拧紧上螺 纹口盖2，试样的下端部穿过垫圈3、下螺纹口盖9，拧紧下螺纹口盖9。试样两头分别固定 在试验机的上下夹具，温度计或控温装置的热电偶15 (其中沸点温度介质用温度计，非沸点 温度介质用控温装置的热电偶)过盈穿过橡胶密封塞14并通过控温装置连接口 12插入介 质瓶8内的介质中，改进型回流冷凝管I连接在冷凝器连接口 6上。电阻丝11从试验瓶上 U型加热管7的一端穿入，另一端穿出，注意保证电阻丝11在U型管的弯曲部位丝拉直，减 少弯曲部位的发热量，在裸露在U型加热管外的电阻丝11上套上陶瓷管18，与带控制开关 的接线柱16上引出的电线17相连，将插头19插入电源插座上。
实施例1:沸点温度介质溶液应力腐蚀试验以不锈钢波纹管沸腾氯化镁应力腐蚀试验为例。测量试样工作部分的直径(圆形试样) 或长宽(板状试样)，计算试样工作部分的截面积及所加载荷；按照介质瓶的大小称量合适 量的氯化镁并放入介质瓶内；按照附图2的示意及安装详细说明把试验环境装置及试样安 装在加载试验机上；从冷凝器口缓缓加入少量高纯水，以淹没住氯化镁为宜；压下接线柱 控制开关在“0N”位置上，开始对环境装置加热；过程中观察试验温度，温度超过所需温度时，从冷凝器口缓缓加入少量高纯水，如此多次反复，直到沸腾氯化镁的温度达到所需温度 至；此时，将试样加载到预设值，试验开始计时；试验过程中，若出现电阻丝烧断，则压下加 热柱开关在“OFF”位置上，更换新的电阻丝，保证介质的连续加温；试样断裂或达到试验预 设时间，试验终止，记录试验时间；待介质温度下降到约70°C，取下冷凝器及温度计，从试 验机上卸下试样及环境装置，用自来水稀释介质瓶内氯化镁溶液并倒出，拧开上下螺纹口 盖,从介质瓶中取出试样,冲洗介质瓶、橡胶密封锥体及橡胶密封塞,等待下一试验。
实施例2 :非沸点温度介质溶液应力腐蚀试验以高强钢螺栓80°C低浓度NaOH应力腐蚀试验为例。与实施例1相比，不同之处在于 ⑴在按照附图2安装前，不需称量合适量的NaOH并放入介质瓶内，而是配制好相应浓度的 NaOH溶液待用J2)按附图2安装时，不使用15温度计，而是15温控系统的热电偶；⑶安装 好后，从冷凝器12倒的不是高纯水，而是配制好的相应浓度的NaOH溶液。⑷不需多次反复 从冷凝器口缓缓加入少量高纯水直到达到所需温度。其它过程与实施例1同。
注意实施例1与实施例2的操作区别是由于沸腾氯化镁应力腐蚀的介质温度是 靠控制介质浓度来保证，即不同浓度介质的沸点温度不一样的原理；同时，试验介质的配制 需通过观察介质温度逐渐调整。
权利要求
1.一种金属材料轴向加载高温应力腐蚀试验的环境装置，其特征是包括介质瓶、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； 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。
2.根据权利要求1所述金属材料轴向加载高温应力腐蚀试验的环境装置，其特征是所述的回流冷凝器的结构为冷凝器水套长度不少于250_ ;回流冷凝器的下滴口为圆形，磨口长度与冷凝器连接口高度完全一致。
3.根据权利要求2所述金属材料轴向加载高温应力腐蚀试验的环境装置，其特征是所述的介质瓶、U型加热管用高温玻璃制；垫圈、上螺纹口盖、下螺纹口盖用聚四氟乙烯制；橡胶密封锥体及橡胶密封塞用氟橡胶制。
4.根据权利要求1所述金属材料轴向加载高温应力腐蚀试验的环境装置，其特征是与电阻丝连接的电线通过带控制开关的接线柱与电源相连。
5.根据权利要求1所述金属材料轴向加载高温应力腐蚀试验的环境装置，其特征是所述的温度计或热电偶选择原则是沸点温度介质用温度计，非沸点温度介质用热电偶。
6.根据权利要求1所述金属材料轴向加载高温应力腐蚀试验的环境装置，其特征是裸露在加热管外电阻丝套上陶瓷管。
全文摘要
本发明介绍了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、陶瓷管、带控制开关的接线柱和电线；在螺纹口盖与螺纹口连接处加装垫圈，采用下滴口为圆形回流冷凝器，将穿过介质瓶内部的U型加热管敞口部位设置在瓶外侧。本发明完全避免了轴向加载高温应力腐蚀试验过程中腐蚀介质的渗漏/泄漏问题，恒定保持了介质浓度、温度要求，防止了补充挥发水时引起介质飞溅，避免了试验的非正常终止，保证了试验的安全性及准确性；还提高了试验效率，使用效果好。
文档编号G01N17/00GK102998250SQ20121047610
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者查小琴, 梁健, 张利娟 申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所