一种压力气态环境下延伸率的测定方法和测定装置与流程

本发明涉及氢能源检测，尤其涉及一种压力气态环境下延伸率的测定方法和测定装置。

背景技术：

1、金属材料在非空气环境下往往会发生物理性质变化，例如氢气环境下会产生氢脆，氢气从金属表面进人金属晶格的空位或金属原子间的间隙，形成置换式或间隙式固溶体，导致金属材料腐蚀破裂。

2、现有技术中常采用慢应变速率试验对对延伸率的测定，一般采用两种方法，一种是提前人工在试样的标距段两端做好标记，试验结束后把断口对齐再测量得出标距段的实际位移；另外一种是使用引伸计对标距段的拉伸位移进行实时观测并记录实际拉伸位移。

3、一方面，使用人工标记的方法计算标距段的实际位移缺点在于人工标记和测量会造成较大的误差，并且对齐断口会对断口形貌造成破坏影响对断口的微观分析；另一方面，引伸计测量体积较大(测量12mm的拉伸位移的引伸计横向宽度在110mm以上)，造成环境箱尺寸过大，需要充入的氢气体积较大，大大增大了使用安全风险；除此之外，引伸计采用接触式夹持测量标距段的拉伸位移，对于薄壁和刚性较弱的样品难以夹持，容易打滑脱落。市场上急需一种在气态氢环境下准确、安全可用于柔性样品测量的金属延伸率的测定装置和测定方法。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供了一种压力气态环境下延伸率的测定方法和测定装置，用以解决现有技术中测量误差大、测量设备体积较大、测量安全性差和薄壁、刚性较弱的样品难以夹持测量等问题中的至少一个。

2、本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

3、一种压力气态环境下延伸率的测定方法，包括：

4、步骤1：制备测试区域贴合有第一标尺和第二标尺的管线钢测试样品；

5、步骤2：将管线钢测试样品两端的固定区域穿过氢气试验箱与慢拉伸仪的上下拉伸夹具固定，使得管线钢测试样品的测试区域处于密封的氢气试验箱内；

6、步骤3：在目标条件下对管线钢测试样品进行拉伸试验，基于数据采集单元收集拉伸试验的视频和音频数据；

7、步骤4：基于拉伸试验的视频和音频数据获取管线钢测试样品断裂时位移和延伸率。

8、优选地，步骤1中制备管线钢测试样品包括：

9、s101：在管线钢测试样品的测试区域，沿测试样品长度方向平行贴合设置第一标尺和第二标尺；

10、s102：将第一标尺固定于管线钢测试样品一端的第一固定区域，第二标尺固定于管线钢测试样品另一端的第二固定区域。

11、优选地，s102中包含采用第一标尺和第二标尺随着试样变形平行移动，对测试区域的左右两侧区域独立测量。

12、优选地，步骤4中获取管线钢测试样品断裂时位移和延伸率，包括：

13、s401：基于音频数据判断试验断裂的准确时间；

14、s402：基于试验断裂的准确时间将视频定位到断裂时的视频位置；

15、s403：基于视频位置标尺和标尺零刻线读数获取测试样品的拉伸位移及延伸率。

16、优选地，步骤2包括：

17、步骤s201：将测试试样的管线钢安装到氢气环境箱中；

18、步骤s202：对氢气环境箱中管线钢进行充氢；

19、步骤s203：将充氢后的管线钢接入慢拉伸仪，进行慢拉伸试验。

20、优选地，步骤s201中，管线钢的安装过程包括：

21、步骤s2011：打开氢气环境箱，放入需要进行试验的管线钢；

22、步骤s2012：将管线钢的一端从密封盖中穿出，另一端从箱体的底部穿出。

23、步骤s2013：将密封盖与箱体之间通过螺钉进行紧固连接。

24、优选地，步骤202中管线钢的充氢过程包括氮气置换、充氢、氢气保压步骤。

25、优选地，步骤202中管线钢的充氢过程包括：

26、步骤s2021：对箱体1的内部气体进行高纯氮气置换，减小氧气浓度提高安全性；

27、步骤s2022：对箱体1内充入预定压力的氢气；

28、步骤s2023：检测氢气环境箱的密封性，保持氢气环境箱在充氢试验过程中压力恒定。

29、优选地，步骤s2021中高纯氮气置换过程为：通过进气管向箱体中注入氮气，同时打开出气管排出箱体内部的气体。

30、一种压力气态环境下延伸率的测定装置，使用上述测定方法，包括数据采集单元，所述数据采集单元用于收集慢拉伸仪作用下金属试样形变数据。

31、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

32、(1)本发明通过在氢气实验箱内设置数据采集单元进行数据收集，相较于常用的引伸计具有体积小的优势，因而可以置于氢气试验箱内部，而不至于增大氢气试验箱的体积，导致因实验箱内氢气增多，进而增大安全风险；同时通过设置平行的第一标尺和第二标尺直接测量管线钢变形位移，具有体积小、便于视觉观察的优点。

33、(2)本发明采用第一标尺和第二标尺错位测量的方式具有精度高、精度可调节，并实现对管线钢测试区域的左右两侧区域独立测量，并利用两次测量结果相互验证，降低了误差；同时本发明通过将第一标尺和第二标尺与测试区域贴合，第一标尺和第二标尺的一端与固定区域粘接，即可实现标尺相对测试样品固定，因而相对传统引伸计夹具固定方式，本发明可以很容易实现对低刚性样品夹持和测量。

34、(3)本发明的管线钢在氢气环境中的慢拉伸试验装置及试验方法可考查不同氢分压(最高可达12mpa)对管线钢氢致开裂的影响，从而为研究氢气环境下管材和焊缝的力学性能影响关键因素提供安全可靠的试验方法。

35、(4)本发明通过对进气管对箱体内注入不同压力的氢气，并通过压力表监测氢气压力，充氢后进行慢拉伸试验，可精确得知不同氢气压力条件下管线钢的力学性能。

36、(5)本发明通过将管线钢接入环境箱，且两端伸出与测试仪进行连接，实现了测试过程管线钢始终处于氢气环境；本发明在进行拉伸试验前通过环境箱对管线钢进行预充氢，在进行拉伸试验的过程中，管线钢也始终处于高压氢气环境中，避免了管线钢脱离氢压环境后再测试影响测试精度，保证了测试结果的准确性。

37、(6)本发明提供在氢气环境箱中设置环形的聚四氟乙烯内衬，通过聚四氟乙烯内衬占据大部分的氢气环境箱的内部空间，使环境箱中的氢气总量大幅减少，加入聚四氟乙烯内衬后环境箱中的氢气总量减小至原来的十分之一以下，减小了氢气泄露造成爆炸的风险，提高了试验过程的安全性。

38、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种压力气态环境下延伸率的测定方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，步骤1中制备管线钢测试样品包括：

3.根据权利要求2所述的测定方法，其特征在于，s102中包含采用第一标尺和第二标尺随着试样变形平行移动，对测试区域的左右两侧区域独立测量。

4.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，步骤4中获取管线钢测试样品断裂时位移和延伸率，包括：

5.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，步骤2包括：

6.根据权利要求5所述的测定方法，其特征在于，步骤s201中，管线钢的安装过程包括：

7.根据权利要求5所述的测定方法，其特征在于，步骤202中管线钢的充氢过程包括氮气置换、充氢、氢气保压步骤。

8.根据权利要求7所述的测定方法，其特征在于，步骤202中管线钢的充氢过程包括：

9.根据权利要求8所述的测定方法，其特征在于，步骤s2021中高纯氮气置换过程为：通过进气管向箱体中注入氮气，同时打开出气管排出箱体内部的气体。

10.一种压力气态环境下延伸率的测定装置，其特征在于，使用权利要求1-9任一项所述测定方法，包括数据采集单元，所述数据采集单元用于收集慢拉伸仪作用下金属试样形变数据。

技术总结
本发明涉及氢能源检测技术领域，尤其涉及一种压力气态环境下延伸率的测定方法和测定装置，测定方法，包括：制备测试区域贴合有第一标尺和第二标尺的管线钢测试样品；将测试样品两端的固定区域穿过氢气试验箱与慢拉伸仪的上下拉伸夹具固定，使得测试区域处于密封的氢气试验箱内；在目标条件下对管线钢测试样品进行拉伸试验，基于数据采集单元收集拉伸试验的视频和音频数据；基于拉伸试验的视频和音频数据获取管线钢测试样品断裂时位移和延伸率。本发明解决了现有技术中测量误差大、测量设备体积较大、测量安全性差和薄壁、刚性较弱的样品难以夹持测量等问题，实现了安全、高效准确地测量高压气态环境下的金属的延伸率。

技术研发人员：王智,汪兵,李毅,李拔,宋卫臣,贾书君,姜志阳,刘清友,辛萌,席春晓,李春艳
受保护的技术使用者：中石化石油工程设计有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4