[发明专利]一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，该装置设有超临界二氧化碳试验回路、疲劳试验机、高压釜和控制系统；

超临界二氧化碳试验回路与高压釜进出口连接，为试验提供所需的超临界二氧化碳环境，试样通过夹具安装于高压釜内的样品台上，并通过拉伸轴与疲劳试验机加载系统相连，疲劳试验机通过拉伸轴对试样进行疲劳加载，控制系统控制超临界二氧化碳试验回路、疲劳试验机和高压釜，从而实现材料在超临界二氧化碳环境中的腐蚀疲劳试验。

2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述超临界二氧化碳试验回路包括用管路依次连接的气源(1)、压力表A(2)、过滤器A(3)、截止阀A(4)、增压泵(5)、缓冲器(6)、高压储罐(7)、压力传感器(8)、压力表B(9)、安全阀(10)、截止阀B(11)、预热器(12)、截止阀C(13)、过滤器B(14)、背压阀(15)、单向阀A(16)、在线气体监测仪(17)和废气处理装置(18)，连接在截止阀A(4)和截止阀B(11)之间的截止阀D(19)，连接在截止阀C(13)和在线气体监测仪(17)之间的截止阀E(20)和单向阀B(21)，以及与气源(1)出口连接的截止阀F(22)和真空泵(23)。

3.根据权利要求2所述的一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述增压泵(5)的高压气体出口到所述背压阀(15)之间管路上设置加热保温带。

4.按照权利要求1所述的一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述废气处理装置(18)中装有用于中和尾气的碱性溶液KOH或NaOH。

5.根据权利要求2所述的一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述超临界二氧化碳试验回路管路采用不锈钢耐压仪表管。

6.根据权利要求2所述的一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述高压釜(24)倒置于疲劳试验机的托台(25)上，通过连接杆(26)与疲劳试验上横梁(27)连接，高压釜(24)内设有样品台(28)，试样(29)两端通过夹具(30)分别与样品台(28)和拉伸轴(31)连接，拉伸轴(31)伸出高压釜后与疲劳试验机加载系统(32)连接。

7.根据权利要求6所述的一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述高压釜(24)采用高温合金材料制成。

8.根据权利要求6所述的一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述控制系统包括压力控制单元(33)、温度控制单元(34)、试验机控制单元(35)和数据记录单元(36)；其中所述压力控制单元(33)通过线路同增压泵(5)、压力传感器(8)、高压釜(24)的压力传感器连接，所述温度控制单元(34)通过线路同预热器(12)和高压釜(24)的控温热电偶连接，试验机控制单元(35)与疲劳试验机加载系统(32)连接，数据记录单元(36)与压力控制单元(33)、温度控制单元(34)、试验机控制单元(35)和在线气体监测仪(17)连接，用于记录温度、压力、气体成分和疲劳试验相关数据。

9.根据权利要求8所述的一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置，其特征在于，所述试验机控制单元(35)与疲劳试验机加载系统(32)连接，在试验机控制单元(35)上设置有疲劳试验模式、载荷、位移、频率、波形和试验结束条件试验参数。

10.一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验方法，其特征在于，该试验方法基于权利要求8或9所述的一种超临界二氧化碳腐蚀疲劳试验装置，包括如下步骤：

1)安装试样；通过控制系统将疲劳试验上横梁(27)向上移动，带动高压釜体向上移动，分开高压釜体和高压釜盖后，将试样(29)与夹具(30)连接，夹具(30)上端与所述样品台(28)连接，下端与所述拉伸轴(31)的一断奶连接，拉伸轴(31)的另一端伸出高压釜盖后与疲劳试验加载系统(32)连接；

2)拧高压釜；试样安装完毕后，缓慢下降疲劳试验上横梁(27)，使得高压釜体和釜盖在重力作用下自吻合，按照螺栓编号次序拧紧高压釜螺栓，使得高压釜密封好；

3)超临界二氧化碳循环回路抽真空和吹洗；多次对超临界二氧化碳回路进行抽真空和吹洗，直至在线气体监测仪(17)中气体成分数据是否满足试验要求；

4)升压；调节增压泵(5)的高压气体出口到所述背压阀(15)之间管路上的加热保温带的温度至40～80℃之间，打开压力控制单元(33)控制增压泵(5)给整个系统升压，并调节背压阀(15)，使得回路中压力达到目标试验压力；

5)升温；打开温度控制单元(34)控制预热器(12)和高压釜(24)升温，直到温度稳定至目标试验温度；

6)开始试验；打开试验机控制单元(35)，设定控制试验模式、载荷、位移、频率、波形和停机条件试验参数，然后开启自动加载模式，直至疲劳加载结束，在试验过程中所有温度、压力、二氧化碳气体成分和疲劳试验相关数据均通过数据记录单元(36)记录；

7)试验结束；当试验结束后，保存试验数据，先关闭试验机控制单元(35)，然后停止加热，待工质温度降至室温后，释放管路内CO₂后，试验结束。