[发明专利]加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置及测试方法，其中装置包括双向拉伸应力加载机构、十字试样、腐蚀反应池、电化学测试系统和控制系统，所述的十字试样安装于双向拉伸应力加载机构的夹具中，可以设置受不同比例双向应力模拟管道工作实际情况，所述的腐蚀反应池可提供多种组分实验介质以及工作环境。利用该装置及其测试方法，可以研究模拟多种工况金属材料在受双向应力下的腐蚀行为与规律。

技术领域

本发明属于应力腐蚀电化学测量技术领域，具体地说是一种模拟金属试样加载双向拉伸应力时腐蚀实验及电化学测试的装置，以及使用该装置进行原位电化学实时监测的方法，即一种加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置及测试方法。

背景技术

金属材料在实际使用过程中，不仅会受到腐蚀介质的作用，同时还会受到各种应力的作用，并常常因此造成更为严重的腐蚀破坏。石油天然气行业普遍使用埋地管线高压输送介质，在复杂的工作环境下，腐蚀介质与应力的协同作用致使管线钢存在应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking,SCC)问题，已成为其发生突发性破裂事故的主要危险之一。并且，拉应力还对腐蚀速率有较明显加速作用。

由此，研究高压管线输送介质工作时应力对金属腐蚀行为的影响就十分必要和重要。

现有的技术中，多是使用万能实验机或慢应变速率实验机等单向拉伸装置进行金属应力腐蚀实验。如公开号CN105300874-《慢应变速率条件下的应力腐蚀和测氢电化学原位测量装置》，是在慢应变拉伸实验基础上简单增加腐蚀反应箱体与电化学检测模块，以完成单方向拉伸应力腐蚀试验研究；CN106053325-《一种应力耦合作用下的电化学腐蚀实验装置》，是利用自制杠杆系统模仿剪式千斤顶原理以提供单向拉应力；CN104458559-《应力-电化学腐蚀测试装置》，为利用重物提供恒定拉力，可研究不同温度下厌氧菌存在时的应力腐蚀情况。

但是管道实际使用中，纵向应力与环向应力同时存在，根据薄壳应力分析，其大小呈1:2关系，所以需要实验装置可同时提供两种应力，以更贴合现场生产实际情况。目前为止，双向拉伸实验还没有形成统一标准和方法，较多研究者采用冲模式双向拉伸、薄膜凸胀双向拉伸等实验方法，取得一定成果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有金属应力腐蚀实验装置的不足，本发明提供一种加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置及测试方法，该实验装置不仅能进行常规的双向应力腐蚀电化学检测，实时监测试样电位状态，且能实现温度、压力、介质等多种腐蚀因素控制，研究多种工作环境中对应力腐蚀行为与规律。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种加载双向拉伸应力试样腐蚀电化学实验装置，包括

十字试样，为十字形金属材料，且试样中心区域为均匀应力场；

双向拉伸应力加载机构，安装在十字试样的四端，加载十字试样所受的双向拉伸应力；

腐蚀反应池，具有内腔，内腔中为腐蚀实验环境，十字试样的中心区域与内腔的腐蚀实验环境接触；

电化学测试系统，与十字试样构成电极体系，对所述十字试样施加极化电流和正弦波电位，进行极化并测试和交流阻抗图谱测试，并实时监测记录电位数据；和

控制系统，包括应力控制模块、温度控制模块和流速控制模块，控制腐蚀反应池内腔中实现多种腐蚀实验环境调节。