用于模拟研究应力缝隙腐蚀的装置的制作方法

1.本实用新型涉及大气侵蚀、腐蚀或防腐测量中的应力测量系统技术领域，特别地，涉及一种用于模拟应力缝隙腐蚀的试验/实验装置。


背景技术：

2.管道服役过程中由于人为施工或其他原因会导致防腐层破损及剥离，此时防腐层与金属之间形成缝隙。缝隙一般呈细长矩形或楔形，由于缝隙纵深处液体的流动被阻挡，溶解氧被迅速的耗尽，在缝隙内外形成一个浓差电池，缝隙深处作为阳极加速腐蚀，极易造成管穿孔。另外，管道在服役过程中始终承受弹性范围内的载荷，其腐蚀过程中力学化学效应有不可忽视的影响，金属材料在应力作用下的腐蚀行为与单一化学场作用下的腐蚀不同，这种腐蚀是力学场与化学场耦合作用下的腐蚀行为。研究应力对金属缝隙腐蚀行为的影响对实际工程应用具有重要意义。
3.现有技术中，公开号为cn111579471a的中国专利公开了一种应力与缝隙作用下的腐蚀性能测试装置，包括应力腐蚀试样、应力载入夹具和试片，应力载入夹具用于固定应力腐蚀试样，并使应力腐蚀试样始终保持弯曲，试片与应力腐蚀试样间通过固定夹固定，使试片与应力腐蚀试样间保持间隙，试片上设置有螺钉，通过旋转螺钉能够调节试片与应力腐蚀试样间的间隙距离。通过应力载入夹具使应力腐蚀试样始终保持弯曲，通过固定夹使试片与应力腐蚀试样间保持间隙，通过旋转螺钉调节试片与应力腐蚀试样间的间隙距离，从而适用于不同缝隙作用的腐蚀性能测试。
4.公开号为cn111398152a的中国专利公开了一种直流杂散电流对管道的干扰腐蚀试验装置，包括环境模拟单元和电路单元；所述环境模拟单元的壳体包括底板和盖板，用于向所述管线钢施加应力的应力施加部件，以及，用于获取所述管线钢所受应力资料的应力采集部件；所述电路单元包括干扰模拟子电路和测量子电路；通过设有垫片来构建绝缘层和管线钢之间的间隔空隙的方式，来模拟管道绝缘涂层剥离和破损后的状态，通过应力施加部件来模拟管线钢收到不同的应力情况；然后再通过设有干扰模拟子电路来模拟直流杂散电流对绝缘涂层剥离后管道的干扰的环境；可对直流电干扰管线钢剥离涂层下不同位置处局部环境及管体腐蚀电化学行为进行实时监测。
5.现有的关于缝隙腐蚀研究装置存在诸多不足，例如：对于缝隙腐蚀实验环境设计不合理，对于应力缝隙腐蚀的研究装置较少且应力加载方式不合理等。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于解决相关技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本实用新型的目的之一在于提供一种应力施加更加均匀、准确的用于模拟研究应力缝隙腐蚀的装置。
7.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种用于模拟研究应力缝隙腐蚀的装置，所述装置包括：缝隙模型，包括：互相平行的缝隙上侧盖板和缝隙下侧夹板，缝隙上侧盖板
和缝隙下侧夹板之间留有缝隙，缝隙上侧盖板与缝隙下侧夹板的相向周面的外周紧密贴合，缝隙上侧盖板上形成有缺陷孔；金属试样，插入所述缝隙中，并且两端从所述缝隙向外延伸并暴露；土壤模拟溶液池，用于容纳土壤模拟溶液，所述土壤模拟溶液池置于所述缝隙上侧盖板上并且所述土壤模拟溶液池的底部通过所述缺陷孔与所述缝隙连通；以及应力加载测试系统，包括：夹具，用于夹持所述金属试样，并包括分散作用于所述金属试样的多个应力加载部；应力采集部件，设置在金属试样的两端；和应力测试仪器，与所述应力采集部件连接。
8.可选择的，夹具可以包括：上夹持臂；上应力加载部，位于所述上夹持臂的下方，并作用于所述金属试样的上表面；下夹持臂，位于所述缝隙下侧夹板的下方；下应力加载部，设置在所述下夹持臂上，并作用于所述缝隙下侧夹板的下表面；以及夹持力调节单元，连接在所述上夹持臂与所述下夹持臂之间，用于调节所述下夹持臂与所述上夹持臂之间的距离，来调节所述上应力加载部和下应力加载部施加到所述金属试样上的力。
9.可选择的，所述上夹持臂可以为两个，分别位于所述金属试样的所述两端上方；所述上应力加载部可以为两个，分别位于两个所述上夹持臂的下方；所述下应力加载部可以为两个，沿所述金属试样的长度方向间隔布置。
10.可选择的，所述夹具还可以包括：承托臂，位于所述下夹持臂下方，并且，承托臂与所述上夹持臂连接，承托臂上形成有供螺钉穿过的螺纹孔；所述夹持力调节单元可以包括插入所述螺纹孔的竖直螺钉，竖直螺钉穿过所述承托臂并抵靠在所述下夹持臂的下表面上，通过旋转所述竖直螺钉，驱动所述下夹持臂相对于所述金属试样沿竖直方向上下移动。
11.可选择的，所述夹具还可以包括：水平移动调节单元，用于驱动所述上夹持臂相对于所述金属试样沿水平方向左右移动，所述承托臂上形成有供所述上夹持臂插入的槽，所述槽的底部形成有供螺钉穿过的螺纹孔；所述水平移动调节单元包括插入所述槽的螺纹孔的水平螺钉，通过所述水平螺钉的旋转，推动所述上夹持臂沿水平方向左右移动。
12.可选择的，所述承托臂上可形成有供所述上夹持臂的一端插入的槽，所述槽的底部形成有供螺钉穿过的螺纹孔；所述水平移动调节单元包括插入所述槽的螺纹孔的水平螺钉，通过所述水平螺钉的旋转，推动所述上夹持臂沿水平方向左右移动。
13.可选择的，所述上夹持臂的另一端上可形成有沿所述金属试样的长度方向延伸的引导槽，玻璃棒嵌入所述引导槽内。
14.可选择的，所述缝隙上侧盖板与缝隙下侧夹板上开设有用于安装微电极组的通孔，所述装置还可包括测量电路单元，测量电路单元可以包括：电压表；参比电极，浸润于土壤模拟液中并且与所述电压表的电连接；以及微电极组，安装在所述通孔内，并与所述电压表电连接，其中，所述微电极组包括ag/agcl微电极参比电极和电位微电极，所述通孔为两个，分别用于安装所述ag/agcl微电极参比电极和所述电位微电极。
15.可选择的，所述装置还可以包括：缝隙间距调整组件，用于调节所述缝隙上侧盖板与所述缝隙下侧夹板之间的间距，以调节所述缝隙厚度；所述缝隙上侧盖板和所述缝隙下侧夹板中的一者上形成有与螺纹通孔；所述缝隙间距调整组件包括：紧固件，所述紧固件上形成有与所述螺纹通孔的内螺纹匹配的外螺纹，所述紧固件安装在所述螺纹通孔内，并通过所述紧固件的外螺纹与所述螺纹通孔的内螺纹的配合，调节所述缝隙上侧盖板和所述缝隙下侧夹板之间的间距。
16.可选择的，所述缝隙上侧盖板和所述缝隙下侧夹板的外边框之间可设置有弹性密封片。
17.可选择的，所述装置还可以包括充排气组件，所述充排气组件可包括：充气装置；进气管，所述进气管的一端与所述充气装置连接，所述进气管的另一端浸没在所述土壤模拟溶液中；以及出气管，所述出气管的一端靠近所述土壤模拟溶液液面，另一端向外延伸出所述土壤模拟溶液池，以与外界空气连通。
18.可选择的，所述螺钉材质可为硬质塑料、复合材料或陶瓷；所述缝隙下侧夹板和缝隙上侧盖板可为硬质环氧树脂材料。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：实现应力的可调可控，保证应力加载的均匀一致性，扩大装置适用范围，模拟真实缝隙腐蚀环境，降低试验成本。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例的模拟研究应力缝隙腐蚀的装置初始状态正面透视图。
21.附图标记说明：
22.1-四点弯曲夹具，1a-上夹持臂，2-滑道，3-玻璃棒，4-金属试样，5-应力采集部件，6-缝隙下侧夹板，7-弹性胶片，8-紧固螺钉，9-缝隙上侧盖板，10-通孔，11-进气管，12-盖板，13-玻璃容器，14-参比电极，15-导线，16-电压表，17-土壤模拟溶液，18-水平螺钉，19-竖直螺钉，20-应力测试仪器，21-出气管，22-下夹持臂，23-承托臂。
具体实施方式
23.在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本实用新型的具体内容。
24.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
25.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
26.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
27.现有的模拟研究缝隙腐蚀的装置无法实现应力的可调可控、保证应力载入的均匀一致性。本实用新型实施例提供了一种用于模拟研究应力缝隙腐蚀的装置，所述装置包括：缝隙模型、金属试样、土壤模拟溶液池以及应力加载测试系统。其中，缝隙模型包括互相平行的缝隙上侧盖板和缝隙下侧夹板，缝隙上侧盖板和缝隙下侧夹板之间留有缝隙，缝隙上侧盖板与缝隙下侧夹板的相向周面的外周紧密贴合，缝隙上侧盖板上形成有缺陷孔。金属试样插入缝隙中，并且两端从缝隙向外延伸并暴露。土壤模拟溶液池用于容纳土壤模拟溶
液，土壤模拟溶液池置于所述缝隙上侧盖板上并且土壤模拟溶液池的底部通过缺陷孔与缝隙连通。应力加载测试系统包括夹具、应力采集部件和应力测试仪器，其中，夹具用于夹持金属试样，并包括分散作用于金属试样的多个应力加载部；应力采集部件设置在金属试样的两端；应力测试仪器与应力采集部件连接。
28.根据本实用新型的实施例，采用多点施加应力，可更均匀地施加应力，配套应力加载测试系统，可实时采集应力数据，保证应力的准确施加。
29.其中，夹具可以包括：上夹持臂；上应力加载部，位于上夹持臂的下方，并作用于金属试样的上表面；下夹持臂，位于缝隙下侧夹板的下方；下应力加载部，设置在下夹持臂上，并作用于缝隙下侧夹板的下表面；以及夹持力调节单元，连接在上夹持臂与下夹持臂之间，用于调节下夹持臂与上夹持臂之间的距离，来调节上应力加载部和下应力加载部施加到金属试样上的力。
30.上夹持臂可以为两个，分别位于金属试样的左右两端上方。金属试样可以为金属试片。在实施例中，上夹持臂具有两个钳脚以及连接在钳脚之间的连接部，从而形成具有“c”形状或“匚”形状的夹持结构。上夹持臂的两个钳脚对应于上夹持臂的两端，上应力加载部位于钳脚下方。
31.上应力加载部可以为两个，分别位于两个上夹持臂的下方。
32.下应力加载部可以为两个，沿金属试样的长度方向间隔布置。
33.夹具还可以包括承托臂。承托臂位于下夹持臂下方，并且，承托臂与上夹持臂连接，承托臂上形成有供螺钉穿过的螺纹孔。
34.夹持力调节单元可以包括插入螺纹孔的竖直螺钉，竖直螺钉穿过承托臂并抵靠在下夹持臂的下表面上，通过旋转竖直螺钉，驱动下夹持臂相对于金属试样沿竖直方向上下移动。但本实用新型不限于此，夹持力调节单元还可以为能够驱动承托臂和上夹持臂相对移动，从而调节承托臂和缝隙上夹持臂之间的距离的其它实现线性伸缩驱动的驱动元件，例如，也可以是气缸、电动丝杠或者螺栓带螺母等。
35.夹具还可以包括水平移动调节单元。水平移动调节单元用于驱动上夹持臂相对于金属试样沿水平方向左右移动，承托臂上形成有供上夹持臂插入的槽，槽的底部形成有供螺钉穿过的螺纹孔。在实施例中，水平移动调节单元可以包括插入槽的螺纹孔的水平螺钉，通过水平螺钉的旋转，推动上夹持臂沿水平方向左右移动。但本实用新型不限于此，水平移动调节单元还可以为能够驱动上夹持臂沿水平方向左右移动的其它驱动元件。
36.进一步地，承托臂上可以形成有供上夹持臂的一端插入的槽，槽的底部形成有供螺钉穿过的螺纹孔。
37.进一步地，上夹持臂的另一端上形成有沿金属试样的长度方向延伸的引导槽，玻璃棒嵌入引导槽内。在实施例中，引导槽可以为夹具滑道。玻璃棒可转动地安装在引导槽内，玻璃棒可起到一定的导向和缓冲作用，增加夹持效率，同时避免了夹具与金属的直接接触且实现应力加载点的变化，具有通用性。
38.装置还可以包括测量电路单元，缝隙上侧盖板与缝隙下侧夹板上开设有用于安装微电极组的通孔。测量电路单元可以包括电压表、参比电极以及微电极组。参比电极浸润于土壤模拟液中并且与电压表的电连接。微电极组安装在通孔内，并与电压表电连接。微电极组可以为多组，每组微电极组包括ag/agcl微电极参比电极和电位微电极，通孔对应地可以
为若干组，每组可以为两个，分别用于安装ag/agcl微电极参比电极和电位微电极。
39.装置还可以包括：缝隙间距调整组件，用于调节缝隙上侧盖板与缝隙下侧夹板之间的间距，以调节缝隙厚度。
40.缝隙上侧盖板和缝隙下侧夹板中的一者上形成有与螺纹通孔；缝隙间距调整组件可包括：紧固件，紧固件上形成有与螺纹通孔的内螺纹匹配的外螺纹，紧固件安装在螺纹通孔内，并通过紧固件的外螺纹与螺纹通孔的内螺纹的配合，调节缝隙上侧盖板和缝隙下侧夹板之间的间距。
41.在本实施例中，紧固件可以为螺钉，螺钉的材质路为硬质塑料、复合材料以及陶瓷中的一种，但本实用新型不限于此，只要紧固件能够与缝隙上侧盖板和缝隙下侧夹中的一者之间通过螺纹连接，并实现缝隙上侧盖板和缝隙下侧夹之间的间距调节即可，例如，紧固件还可以为具有外螺纹的螺纹轴等。
42.缝隙上侧盖板的四周开有至少两个与螺钉相匹配的螺纹通孔，螺钉通过螺纹通孔朝缝隙下侧夹板方向旋进，通过调整旋进的距离，实现缝隙间距的调整。但本实用新型不限于此，也可在缝隙下侧夹板形成螺纹通孔，通过螺钉带动缝隙下侧夹板朝向缝隙上侧盖板旋进以调整缝隙间距。
43.根据本实用新型的实施例，通过沿缝隙上侧盖板四周设置的螺钉旋转控制，可以精细控制形成不同间距的缝隙。
44.缝隙上侧盖板和缝隙下侧夹板的外边框之间可设置有弹性密封片。通过设置具有弹性的弹性密封片，从而在调整缝隙间距时，保持缝隙上侧盖板与缝隙下侧夹板之间紧密贴合，实现精确调整缝隙尺寸同时保持密封。
45.装置还可以包括充排气组件，充排气组件可以包括：充气装置、进气管和出气管。充气装置用于供应二氧化碳及氧气气体，以用于模拟实际的土壤气体环境。
46.其中，进气管的一端与充气装置连接，进气管的另一端浸没在土壤模拟溶液中。出气管的一端靠近土壤模拟溶液液面，另一端向外延伸出土壤模拟溶液池，以与外界空气连通。例如，出气管的下端略高于土壤模拟溶液的液面，出气管的上端从土壤模拟溶液的盖板穿过并与外界空气接触。出气管用于将土壤模拟溶液中其他杂质气体排出。
47.下面结合一个优选实施例，对上述实施例中涉及到内容进行说明。
48.图1为本实用新型实施例的用于模拟研究应力缝隙腐蚀的装置初始状态正面透视图。如图1中所示，用于模拟应力缝隙腐蚀的实验装置包括缝隙模型、土壤模拟溶液池、应力加载测试系统、充排气系统及测量电路单元。缝隙模型包括缝隙上侧盖板9、弹性胶片7、金属试样4、缝隙下侧夹板6；缝隙上侧盖板9设有若干组通孔10，每组通孔10为两个，分别用于安装ag/agcl微电极参比电极及电位微电极；所述缝隙上侧盖板四周开有至少四个与紧固螺钉8相匹配的螺纹通孔，并通过弹性胶片7密封实现与缝隙下侧夹板6紧密贴合。紧固螺钉8通过螺纹通孔朝缝隙下侧夹板6方向旋进形成缝隙。缝隙下侧夹板6、缝隙上侧盖板9及金属试样4经磨床打磨以保证贴合面紧密合。承托臂23位于下夹持臂22下方，并且，承托臂23与上夹持臂1a连接，承托臂23上形成有供竖直螺钉19穿过的螺纹孔。
49.紧固螺钉8的材质可以为硬质塑料、复合材料或陶瓷。缝隙下侧夹板6和缝隙上侧盖板9可以为硬质环氧树脂材料。
50.土壤模拟溶液池可以是由玻璃容器13及其里面的土壤模拟溶液17组成。
51.应力加载测试系统可以包括四点弯曲夹具1、玻璃棒3、水平螺钉18、应力采集部件5。
52.四点弯曲夹具元件连接处设水平螺钉18，通过旋转水平螺钉18实现夹具横向长度的伸缩；四点弯曲夹具元件底端设竖直螺钉19，通过旋转竖直螺钉19实现应力的加载；玻璃棒3嵌入夹具滑道2，避免了夹具与金属的直接接触且实现应力加载点的变化。
53.应力采集部件5设置在金属试样4两端，实现对金属试样4施加应力的测量和传输。应力采集部件5与应力测试仪器20连接。
54.充排气系统由充气装置、进气管11及出气管21组成。其中，充气装置连接进气管11，进气管11没入土壤模拟溶液17中，出气管21下端高于土壤模拟溶液17液面，出气管21的上端穿过盖板12并与外界空气接触，上述连接构成充排气系统。
55.测量电路单元由参比电极14、电压表16、导线15、通孔10组成。通孔10每组为两个，分别用于安装ag/agcl微电极参比电极及电位微电极内微电极组；电压表用于分别获取多个电位微电极与参比电极间的电位差数据。
56.根据本实用新型的实施例，装置能实现应力缝隙腐蚀试验中应力加载和保持，扩大了装置的适用范围，降低了试验成本。
57.根据本实用新型的实施例，装置设置连接螺母和滑道，可根据缝隙腐蚀模型尺寸改变应力施加点的位置，扩大了装置的适用范围。并且，该装置在模拟防腐层与管材金属本体间缝隙的同时，可以实现稳定且可调应力下材料多个电位微电极所在位置电位数据的获取。
58.根据本实用新型的实施例，装置具体的使用操作步骤如下：
59.s01、安装缝隙模型：将缝隙上侧盖板、缝隙下侧夹板与金属试样经磨床打磨，以保证紧密贴合；然后将缝隙上侧盖板、缝隙下侧夹板与金属试样通过弹性胶片贴合。
60.s02、将四点弯曲夹具安装在金属试样两端，应力采集部件设置在金属试样两端，土壤模拟溶液安装在缝隙上侧盖板缺陷孔处。
61.s03、测量电路单元安装在缝隙上侧盖板若干组通孔上，电压表用于分别获取多个电位微电极与参比电极间的电位差数据；充气装置连接进气管，进气管没入土壤模拟液中，出气管下端高于土壤模拟液液面，出气管上端与外界空气接触，模拟真实缝隙腐蚀环境。
62.s04、通过旋转水平螺钉18，推动夹具左右移动，实现夹具横向长度的伸缩；通过玻璃棒与滑道调整应力加载点的位置，避免夹具与金属的直接接触。
63.s05、通过旋转竖直螺钉19，推动缝隙模型向上运动，实现应力的加载，螺钉旋进的距离可控制应力的大小。
64.s06、通过应力采集部件和应力测试仪器，实时采集和显示应力的大小。
65.随着管材升级管线钢钢级由x52逐渐发展至x100，材料强度的大幅度提升，同时也带来更高的应力腐蚀开裂风险。该实用新型对开展缝隙应力腐蚀研究提供了加载稳定、实用性广且成本低的实验装置与方法，为研究人员在探明缝隙中应力腐蚀特征及规律方面提供帮助，在应力缝隙腐蚀实验研究方面具有应用前景。
66.根据本实用新型的实施例，装置具有以下有益效果：(1)采用四点弯曲方法均匀施加应力，配套应力测试系统实时采集应力数据，保证应力的准确施加。(2)设置连接螺母和滑道，可根据缝隙腐蚀模型尺寸改变应力施加点的位置，扩大了装置的适用范围。(3)采用
模块化设计，结构简单，易于拆卸。
67.尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本实用新型，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本实用新型的示例性实施例进行各种修改和改变。