[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

说明书

本发明属于金属材料性能测试技术领域，具体涉及一种天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置及方法。本发明的技术方案如下：一种天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置，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。本发明提供的天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置及方法，能够解决由高压气体对拉伸装置本体产生的压力造成应力应变曲线出现偏差的问题及拉伸机移动对高压气体装置密封性破坏而产生的安全问题。

技术领域

本发明属于金属材料性能测试技术领域，具体涉及一种天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置及方法。

背景技术

氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，我国已明确将氢能纳入国家能源种类中，然而目前的设施和运输方式等因素导致使用氢气成本过高，难以满足氢能快速发展的要求。将氢气以一定比例掺入天然气中利用现有天然气管网进行输送被认为是低成本远距离的最佳输氢方案。但由于氢气密度小、易扩散等性质，在高压天然气掺氢环境中材料难以保持良好的使用，会使材料发生氢脆风险并导致失效。目前高压氢环境的材料性能测试实验通常对材料进行预充氢后施加载荷进行拉伸实验，存在安全、密封和准确性等问题。常规实验装置拉伸机拉杆对试件施加拉力的过程中，拉杆移动会造成气体装置的密封性出现安全问题，同时高压气体会对拉伸装置表面产生向上的压力，因此通过常规拉伸方法得到的应力应变曲线无法反应真实的高压环境同拉力作用下试件的应力应变情况。

发明内容

本发明提供一种天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置及方法，能够解决由高压气体对拉伸装置本体产生的压力造成应力应变曲线出现偏差的问题及拉伸机移动对高压气体装置密封性破坏而产生的安全问题。

本发明的技术方案如下：

一种天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置，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。

进一步地，所述的天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置，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。

进一步地，所述的天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置，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。

进一步地，所述的天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置，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。

进一步地，所述的天然气掺氢环境下管线钢氢脆测试装置，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。