一种钢质无缝压力容器内壁化学镀层附着强度评价方法与流程

1.本发明涉及压力容器内壁镀层附着强度评价领域，尤其涉及一种钢质无缝压力容器内壁化学镀层附着强度评价方法。


背景技术：

2.随着现代工业技术的不断发展，航海、航空航天、微电子等高新技术领域对所用特种气体的质量要求不断提高，进而储存特种气体的压力容器内表面指标也愈加苛刻。尤其是储存腐蚀性气体或气体水分含量较高时，对压力容器的内表面防腐蚀要求更加严格，以应对潮湿环境和腐蚀性气体对压力容器内表面的侵蚀。
3.现阶段，为提高压力容器内表面的抗腐蚀能力，通常采用在压力容器内壁化学镀金属镀层的方法，在压力容器内壁生成一层金属镀层，镀层与介质直接接触，金属镀层的耐蚀性显著高于压力容器基体，从而有效提高压力容器的内壁防腐性能。金属镀层是在压力容器基体上发生化学反应反应生成的，因此，其与压力容器基体之间的附着强度是否牢固是决定压力容器内壁耐蚀性能的关键因素。
4.目前，标准gb/t5270-2005《金属基体上的金属覆盖层电沉积和化学沉积层附着强度试验方法评述》中规定了对表面金属镀层附着强度的多种试验方法，但对承受低周疲劳交变载荷的工件表面金属镀层附着强度评价方法并无介绍。对钢质无缝气瓶/瓶式容器而言，其在使用过程中主要承受低周疲劳交变载荷，低周疲劳交变载荷易导致基体表面金属镀层脱落，影响压力容器内壁的抗锈蚀能力。为有效评估钢质压力容器内壁镀层的附着强度壁的防腐能力，需要发明一种针对钢质无缝压力容器的化学镀层附着强度评价方法，有效保证内壁金属镀层在压力容器全寿命使用周期内无脱落现象，确保压力容器全寿命使用周期内的抗锈蚀能力。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种钢质无缝压力容器内壁化学镀层附着强度评价方法，有效解决了现阶段承受低周交变载荷的钢质压力容器无明确的内壁镀层附着强度评价方法的现状，有效保证内壁金属镀层在压力容器全寿命使用周期内无脱落现象，确保钢质压力容器全寿命使用周期内内壁耐蚀性能安全可靠。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钢质无缝压力容器内壁化学镀层附着强度评价方法，包括以下步骤s1、在与压力容器同炉热处理的试样环上取多块镀层附着强度试样用试板；s2、采用机械冷加工方法在试板上加工得到镀层附着强度测试用试样，确保试样厚度为原壁厚；s3、对试样表面进行机械磨削处理，确保试样表面粗糙度与化学镀前压力容器内壁粗糙度一致；s4、将试样与压力容器放置于同一镀槽内，同时进行化学镀预处理，化学镀处理及
后处理，试样与压力容器进行预处理、化学镀及后处理的时间应完全一致；s5、依据压力容器设计压力、使用寿命参数计算确定压力容器承受的交变载荷范围和疲劳循环次数，将压力容器承受的交变载荷范围换算为带有化学镀层的试样承受的交变应力范围，带有化学镀层的试样承受的疲劳循环次数与压力容器承受的疲劳循环次数一致；s6、将带有化学镀层的试样放置于疲劳试验机上，采用载荷控制模式进行四点弯疲劳试验，根据材料四点弯曲应力计算公式来计算疲劳试验载荷，采用载荷控制模式进行疲劳试验，载荷的应力比为r＝0.05，试验频率0.25hz，进行交变应力循环试验，实际疲劳试验次数达到疲劳循环次数后，试验完成；s7、试验完成后，取下试验，观察试样表面镀层是否有脱落现象，若无脱落，则镀层附着强度合格。
7.优选的，s1中采用火焰切割方式从试样环上取多块金属镀层附着强度试样用试板。
8.优选的，s5中根据标准gb33145或jb4732依据压力容器设计压力、使用寿命参数计算确定压力容器承受的交变载荷范围和疲劳循环次数。
9.优选的，s5中根据中径公式将压力容器承受的交变载荷范围换算为带有化学镀层的试样的交变应力范围。
10.优选的，s6中试样通过疲劳试验机上压辊、下压辊与设备夹持固定，材料四点弯曲应力计算公式为式中，σ为应力强度，b为试样宽度，h为试样厚度，l为上下压辊跨距之和。
11.根据上述技术方案，本发明的有益效果是：
12.本发明依据压力容器在全寿命使用周期内承受的交变载荷范围及循环疲劳次数，确定带有化学镀层的试样承受的交变应力范围及疲劳循环次数，进行疲劳试验后观察镀层表面是否有脱落，从而判断镀层强度是否合格，该方法实验条件与压力容器实际工作一致，经过该方法检测与钢质无缝压力容器内壁化学镀层相同的镀层附着试样，可有效保证压力容器在全寿命使用周期内的内部抗锈蚀能力。
具体实施方式
13.下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
14.一种钢质无缝压力容器内壁化学镀层附着强度评价方法，以规格为φ559mm
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16.5mm的钢质无缝气瓶为例，介绍其内壁化学镀层附着强度评价方法及过程。
15.步骤一：在与气瓶同炉热处理的试样环上划线，确定取样位置，采用火焰切割方式取三块镀层附着强度试样用试板；步骤二：采用机械加工方法在试板上加工得到镀层附着强度测试用试样，确保试样厚度为原壁厚；步骤三：对试样表面进行机械磨削处理，确保试样表面粗糙度与化学镀前压力容器内壁粗糙度一致；步骤四：将试样与气瓶放置于同一镀槽内，同时进行化学镀预处理，化学镀处理及
后处理，试样与气瓶进行预处理、化学镀及后处理的时间完全一致，用试样替代气瓶进行检测，能够保障气瓶仍在全寿命使用周期内，并得知该气瓶内壁层附着强度是否合格；步骤五：根据标准gb33145(大容积钢制无缝气瓶国家标准)或jb4732(钢制压力容器分析设计标准)依据气瓶设计压力(33.4mpa)、使用寿命(循环疲劳次数15000次)参数计算确定压力容器承受的交变载荷范围(3.34mpa～33.4mpa)和疲劳循环次数(循环疲劳次数15000次)，并根据中径公式(计算化学容器沿壁厚平均应力)将压力容器承受的交变载荷范围和疲劳循环次数换算为带有化学镀层的试样承受的交变应力范围(56.6mpa～565.8mpa)和疲劳循环次数(循环疲劳次数15000次)；步骤六：将带有化学镀层的试样放置于疲劳试验机上，采用载荷控制模式进行四点弯疲劳试验，试样通过疲劳试验机上压辊、下压辊与设备夹持固定，根据材料四点弯曲应力计算公式(1)来计算疲劳试验载荷，式中，σ为应力强度，b为试样宽度，h为试样厚度，l为上下压辊跨距之和，应力强度为56.6mpa～565.8mpa，试样宽度为20mm，厚度为16.5mm，设备上下辊距之和为140mm，带入计算得到疲劳试验载荷为2.94kn～29.34kn，采用载荷控制模式进行疲劳试验，载荷的应力比为r＝0.05，试验频率0.25hz，进行交变应力循环试验，实际疲劳试验次数达到疲劳循环次数后，试验完成；步骤七：试验完成后，取下试验，观察试样表面镀层，镀层表面无脱落现象发生，表明镀层附着强度合格，可有效保证规格φ559mm
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16.5mm的钢质无缝气瓶在全寿命使用周期内的内部抗锈蚀能力。
16.需要说明的是，上述实施例仅用来说明本发明，但本发明并不局限于上述实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。


技术特征：
1.一种钢质无缝压力容器内壁化学镀层附着强度评价方法，其特征在于：包括以下步骤s1、在与压力容器同炉热处理的试样环上取多块镀层附着强度试样用试板；s2、采用机械冷加工方法在试板上加工得到镀层附着强度测试用试样，确保试样厚度为原壁厚；s3、对试样表面进行机械磨削处理，确保试样表面粗糙度与化学镀前压力容器内壁粗糙度一致；s4、将试样与压力容器放置于同一镀槽内，同时进行化学镀预处理，化学镀处理及后处理，试样与压力容器进行预处理、化学镀及后处理的时间应完全一致；s5、依据压力容器设计压力、使用寿命参数计算确定压力容器承受的交变载荷范围和疲劳循环次数，将压力容器承受的交变载荷范围换算为带有化学镀层的试样承受的交变应力范围，带有化学镀层的试样承受的疲劳循环次数与压力容器承受的疲劳循环次数一致；s6、将带有化学镀层的试样放置于疲劳试验机上，采用载荷控制模式进行四点弯疲劳试验，根据材料四点弯曲应力计算公式来计算疲劳试验载荷，采用载荷控制模式进行疲劳试验，载荷的应力比为r＝0.05，试验频率0.25hz，进行交变应力循环试验，实际疲劳试验次数达到疲劳循环次数后，试验完成；s7、试验完成后，取下试验，观察试样表面镀层是否有脱落现象，若无脱落，则镀层附着强度合格。2.根据权利要求1所述的一种钢质无缝压力容器内壁化学镀层附着强度评价方法，其特征在于：s1中采用火焰切割方式从试样环上取多块金属镀层附着强度试样用试板。3.根据权利要求1所述的一种钢质无缝压力容器内壁化学镀层附着强度评价方法，其特征在于：s5中根据标准gb33145或jb4732依据压力容器设计压力、使用寿命参数计算确定压力容器承受的交变载荷范围和疲劳循环次数。4.根据权利要求1所述的一种钢质无缝压力容器内壁化学镀层附着强度评价方法，其特征在于：s5中根据中径公式将压力容器承受的交变载荷范围换算为带有化学镀层的试样的交变应力范围。5.根据权利要求1所述的一种钢质无缝压力容器内壁化学镀层附着强度评价方法，其特征在于：s6中试样通过疲劳试验机上压辊、下压辊与设备夹持固定，材料四点弯曲应力计算公式为式中，σ为应力强度，b为试样宽度，h为试样厚度，l为上下压辊跨距之和。

技术总结
本发明提供一种钢质无缝压力容器内壁化学镀层附着强度评价方法，依据压力容器在全寿命使用周期内承受的交变载荷范围及循环疲劳次数，确定带有化学镀层的试样承受的交变应力范围及疲劳循环次数，进行疲劳试验后观察镀层表面是否有脱落，从而判断镀层强度是否合格，本发明有效解决了现阶段承受低周交变载荷的钢质压力容器无明确的内壁镀层附着强度评价方法的现状，有效保证内壁金属镀层在压力容器全寿命使用周期内无脱落现象，确保钢质压力容器全寿命使用周期内内壁耐蚀性能安全可靠。器全寿命使用周期内内壁耐蚀性能安全可靠。


技术研发人员：刘高博 张永峰 武春学 刘博
受保护的技术使用者：洛阳双瑞特种装备有限公司
技术研发日：2021.11.04
技术公布日：2022/3/25