一种基于循环应力应变的输氢装备氢脆损伤评估方法

本发明涉及氢脆损伤评估，特别是一种基于循环应力应变的输氢装备氢脆损伤评估方法。

背景技术：

1、目前，氢致损伤是临氢装备安全高可靠性服役的关键问题。由于临氢装备，如输氢管道、氢压缩机等装备，处于压力波动、氢气等服役环境，氢脆在交变疲劳作用下更为显著。目前，常规氢脆损伤采用慢应变拉伸方法，通过测定充氢前后的拉伸塑性。基于拉伸塑性的损伤值表征材料氢脆性能，未能反映氢脆在交变载荷下的损伤性能。

2、中国专利申请号cn202310885256.4公开了一种交变载荷下超长寿命服役结构氢损伤快速评估方法，涉及材料性能评价领域，包括以下步骤：s1：分析典型的超长寿命结构的服役工况和关键部件的服役条件，确定关键部件材料的服役环境；s2：进行不同应力比下的超高周疲劳测试，获得不同寿命下的应力-寿命数据；s3：利用扫描电镜观察高周疲劳及超高周疲劳试样的断口形貌；s4：进行氢元素检测，获得微缺陷周围的氢元素含量分布；s5：利用basquin公式分段线性拟合高周疲劳和超高周疲劳阶段的s-n数据，分别获得两条拟合直线的斜率；s6：将两条拟合直线的斜率的比值作为氢损伤因子。该方法，可以实现长寿命服役结构在交变载荷下氢损伤的快速评估，同时可以保证评估结果的可靠性。然而，上述方法需要完成高周、超高周疲劳试验，需要测试二三十个试样的疲劳试验，耗时费力，不利于评价临氢装备的氢脆损伤评价，且未能直接反映直接氢脆损伤物理本质。而且，高周、超高周疲劳损伤萌生于材料内部缺陷，表征的是材料内部缺陷处不可逆氢的氢脆影响，未能反映材料内部可逆氢的氢脆损影响，而可逆氢往往是材料氢脆损伤的主要因素。

3、因此，亟需开发一种交变载荷下临氢装备氢损伤快速、准确评估方法。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于循环应力应变的输氢装备氢脆损伤评估方法。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、一种基于循环应力应变的输氢装备氢脆损伤评估方法，包括以下步骤：

4、s1、选择临氢装备材料，不进行充氢处理，直接进行应变比r＝-1下的应变低周疲劳测试，获得四个应变下的饱和循环应力-应变数据；

5、s2、材料循环应力-应变关系为：

6、

7、其中：是空气环境中循环应力幅，δεp是空气环境中循环塑性应变幅；k是空气环境中循环应力应变系数，n是空气环境中循环应力应变指数；

8、s3、对公式(1)取对数，获得关系式：

9、

10、根据饱和循环应力-应变数据，拟合得到k、n值；

11、s4、选择临氢装备材料，采用0.2mol/l的naoh溶液为电解质溶液进电化学充氢处理，进行应变比r＝-1下的应变疲劳测试，获得四个应变下的充氢饱和循环应力-应变数据；

12、s5、根据充氢饱和循环应力-应变数据，拟合获得充氢材料的循环应力-应变关系为：

13、

14、其中：是氢气环境中循环应力幅，是氢气环境中循环塑性应变幅；kh是氢气环境中循环应力应变系数，nh是氢气环境中循环应力应变指数；

15、s6、对公式(3)取对数，获得关系式：

16、

17、根据饱和循环应力-应变数据，拟合得到kh、nh值；

18、s7、利用下式：

19、求得交变载荷下临氢装备材料氢脆损伤因子α，实现在交变载荷下临氢装备的氢损伤快速评估。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、(1)本发明实现在交变载荷下的临氢装备的氢损伤快速、准确评估，该方法规避了传统慢应变拉伸评价方法的静态性，采用高应变的低周疲劳试验，评估了临氢装备在承受交变载荷下的内部可逆氢与不可逆氢致损伤，使得评价结果具有科学性和准确性。

22、(2)本发明只需较少的试样的低周疲劳循环试验，10％寿命达到饱和循环应力-应变状态，不用达到完全疲劳断裂寿命，极大程度上节约了人力、财力成本。

技术特征：

1.一种基于循环应力应变的输氢装备氢脆损伤评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于氢脆损伤评估技术领域，具体公开了一种基于循环应力应变的输氢装备氢脆损伤评估方法，采用高应变的低周疲劳试验，评估了临氢装备在承受交变载荷下的内部可逆氢与不可逆氢致损伤，使得评价结果具有科学性和准确性；本发明只需较少的试样的低周疲劳循环试验，10％寿命达到饱和循环应力‑应变状态，不用达到完全疲劳断裂寿命，极大程度上节约了人力、财力成本。

技术研发人员：詹松涛,刘方军,李庆东,聂宝华,陈东初
受保护的技术使用者：佛山科学技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29