[发明专利]一种天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置及方法

权利要求书

1.一种天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置，其特征在于，包括气体混合机构和应力加载机构，气体混合机构向应力加载机构提供混合高压天然气掺氢气体，应力加载机构对试件施加拉力并记录拉伸距离判断试件形态。

2.根据权利要求1所述的天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置，其特征在于，所述应力加载机构包括支撑钢架、主反应釜体、夹具和液压机，所述主反应釜体固定设置在所述支撑钢架的底座上，所述液压机的尾座固定设置在所述支撑钢架的顶盖下端面，所述液压机的前端与所述主反应釜体上端螺接在一起；所述夹具包括夹具上半和夹具下半，夹具上半设置在所述液压机的活塞上，夹具下半设置在所述主反应釜体的底壁上，夹具上半与夹具下半分别夹持试件的两端。

3.根据权利要求2所述的天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置，其特征在于，所述液压机包括尾座、缸体、活塞、位移传感器、储油瓶、导油管、吸油管和油压控制器，所述缸体设置在所述尾座上，所述活塞尾端放置在所述缸体内且所述活塞尾端与所述缸体之间设有活塞密封圈，所述活塞前端伸出所述缸体且所述活塞与所述缸体之间设有缸体密封圈；所述储油瓶中装有液压油，所述储油瓶设有瓶盖，所述油压控制器设置在所述瓶盖上，所述油压控制器通过导油管与所述缸体连通，所述油压控制器通过吸油管抽取液压油；所述活塞尾端设有位移传感器，所述位移传感器通过导线与所述油压控制器相连。

4.根据权利要求2所述的天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置，其特征在于，所述夹具上半与夹具下半结构相同，皆包括卡扣、卡架、卡块、弹簧、契型块和紧固螺栓，所述卡扣分别与所述活塞前端及所述主反应釜体的底壁固定连接；所述卡扣设有圆形凹槽，圆形凹槽的侧壁上设有三条平行分布的环形卡槽，每条环形卡槽沿周向均匀设有六个归位孔通到所述卡扣外部；所述卡架的侧面设有三排盲孔，所述盲孔数量为六个且沿周向均匀分布，每个盲孔中设有一根弹簧，所述弹簧的一端与所述盲孔的底面固定连接，所述弹簧的另一端与所述卡块固定连接；所述卡块为圆柱体且其两端为半球形；所述卡架的底部设有倒楔形凹槽，所述契型块的截面为圆弧形，两个契型块放置在倒楔形凹槽内，两个紧固螺栓由所述卡架的上部拧入分别顶在两个契型块上。

5.根据权利要求2所述的天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置，其特征在于，所述主反应釜体的底部设有排气阀，所述主反应釜体与所述排气阀之间设置阀门密封圈。

6.根据权利要求2所述的天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置，其特征在于，所述气体混合机构包括气瓶、气体混合管路、增压泵、气体混合釜体和导气管，所述气瓶通过气体混合管路与增压泵连通，所述增压泵与所述气体混合釜体通过管路连通，所述气体混合釜体通过所述导气管与所述主反应釜体连通；所述气瓶设有气瓶阀门；气体由所述气瓶经所述气体混合管路和增压泵输入所述气体混合釜体中进行充分混合，所述气体混合釜体通过导气管向所述主反应釜体提供混合高压掺氢气体。

7.根据权利要求6所述的天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置，其特征在于，所述气体混合釜体设有釜盖，所述釜盖与所述气体混合釜体螺接在一起且两者之间设有釜体密封圈；搅拌轴通过联轴器与所述釜盖连接，螺旋式搅拌器安装在所述搅拌轴上，螺旋式搅拌器放置在所述气体混合釜体内；所述搅拌轴的端头设有测温元件，所述釜盖上设有压力表，所述气体混合釜体内设有加热器。

8.一种天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试方法，其特征在于，利用如权利要求1-7之一所述的天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置，具体包括如下步骤：

步骤1：将试件的两端分别安装在夹具上半与夹具下半中，两个契型块夹住试件的端头，拧动紧固螺栓使得两个契型块夹紧试件的端头；将卡架插入卡扣中，卡块在弹簧的作用下弹出且其前部伸入环形卡槽内；

步骤2：按实验所需氢气、氮气和天然气比例，依次打开三个气瓶的气瓶阀门并启动增压泵，通过压力表观测气体混合釜体内气压至实验所需数值；启动螺旋式搅拌器对气体进行充分混合，通过测温元件测量温度，通过加热器控制釜内温度至实验所需温度；

步骤3：将混合气体通过导气管输入主反应釜体中，试件在釜体内静置几日进行充氢；

步骤4：充氢结束后，启动液压机，对试件提供拉力，通过位移传感器记录活塞移动距离直至试件拉断，从而得到试件的应力应变曲线。