1.一种气相氢环境下海底管道应力腐蚀的实验装置,其特征是,包括设于支架上的高压釜体(1),设于高压釜体上的法兰釜盖(2),设于高压釜体中的Ph值为7.5‑7.8的3.5%的NaCl溶液(11),设于NaCl溶液中的棒状的试样(3),设于机架上的拉力传感器,与拉力传感器连接的上拉伸杆(13),设于机架上的伺服电机,与伺服电机连接的电动缸,与电动缸的活塞杆连接的下拉伸杆(14);上拉伸杆下部穿过法兰釜盖伸入高压釜体中,下拉伸杆上部穿过高压釜体底部伸入高压釜体中,上拉伸杆下端通过上夹具(4)与试样上端固定连接,下拉伸杆上端通过下夹具(5)与试样下端固定连接,下拉伸杆上设有位移传感器;试样上端面上设有沿试样的轴向延伸的进气孔(31),法兰釜盖上设有试样通气管(21)、釜体进气管(22)、釜体排气管(23)和釜体安全阀(24);高压釜体左部设有辅助电极(101)、参比电极(102)和工作电极(103),工作电极、辅助电极和参比电极的右端均插入NaCl溶液中,工作电极的右端通过导线与试样中部连接,工作电极、辅助电极和参比电极的左端均与电化学工作站连接;试样通气管的下端与换向接头(201)连接,换向接头与转接管(202)连接,转接管插入进气孔的上部中,试样通气管上端与第一气体压力表(211)连接,试样通气管的上部分别与第一进气阀(212)和第一排气阀(213)连接,第一排气阀与第一机械泵连接;釜体排气管通过第二排气阀(231)与第二机械泵连接,釜体进气管和釜体排气管下端均位于NaCl溶液的液面上方,釜体进气管上端与第二气体压力表(221)连接,釜体进气管上部与第二进气阀(222)连接;高压釜体的外周面上设有加热电阻丝(15),高压釜体的釜体壁中设有热电偶温度计(16),加热电阻丝和热电偶温度计均与温度控制器电连接;伺服电机、拉力传感器和电化学工作站均与电脑数据连接。
2.根据权利要求书1所述的气相氢环境下海底管道应力腐蚀的实验装置,其特征是,高压釜体底部设有进液口(17)和出液口(18),进液口与计量泵连接。
3.根据权利要求书1所述的气相氢环境下海底管道应力腐蚀的实验装置,其特征是,所述上夹具包括圆筒(41)和插入件(42);
所述插入件包括圆形底座(421)和设于圆形底座上的围板(422);圆形底座中设有贯穿竖孔(423),围板上设有两个左右对应的开口槽(424);围板可插入圆筒中并与圆筒下部螺纹配合连接,上拉伸杆下端可插入圆筒中并与圆筒上部螺纹配合连接,转接管从左部的开口槽穿出围板之外;
所述下夹具呈圆柱体状,下夹具上表面上设有与贯穿竖孔对应的试样凹孔,下夹具下表面上设有连接凹槽;下拉伸杆上端可插入连接凹槽中并与连接凹槽螺纹配合连接,试样上端插入贯穿竖孔中并与贯穿竖孔螺纹连接,试样下端插入试样凹孔中并与试样凹孔螺纹配合连接。
4.根据权利要求书1所述的气相氢环境下海底管道应力腐蚀的实验装置,其特征是,第一进气阀通过第一控制阀(2120)与试样通气管连接,第一排气阀通过第二控制阀(2130)与试样通气管连接。
5.根据权利要求书1所述的气相氢环境下海底管道应力腐蚀的实验装置,其特征是,高压釜体和法兰釜盖通过若干个硬质螺栓(104)连接,各个硬质螺栓与高压釜体连接处内侧设有密封铜环(105);上拉伸杆与法兰釜盖连接处设有上密封套筒(106),下拉伸杆与高压釜体底部的连接处设有下密封套筒(107),上密封套筒下端和下密封套筒上端均设有O型凹槽,O型凹槽中设有O型密封套环(108)。
6.根据权利要求书1或2或3或4或5所述的气相氢环境下海底管道应力腐蚀的实验装置,其特征是,加热电阻丝外侧设有316L不锈钢环向增强层(19),316L不锈钢环向增强层通过若干个环向增强螺栓(191)与高压釜体外周壁连接。
7.一种基于权利要求书2所述的气相氢环境下海底管道应力腐蚀的实验装置的实验方法,其特征是,包括如下步骤:
步骤1,打磨、抛光、清洗试样;
步骤2,将转接管下端插入进气孔上部中,在转接管与进气孔的连接处涂抹真空焊膏,将试样与转接管平放进烧结试管中,给烧结试管抽真空,待烧结试管内达到1.0E‑4Pa的真空度后,设置烧结温度及保温时间,进行钎焊;
将钎焊好的试样及转接管从烧结试管中取出,将试样与工作电极右端连接,将试样分别与上夹具和下夹具连接,将上夹具与上拉伸杆连接,下夹具与下拉伸杆连接,将转接管与换向接头连接;
步骤2,利用温度控制器控制加热电阻丝对高压釜体进行加热,使高压釜体的温度维持在23℃‑27℃范围内;打开第二机械泵和第二排气阀,对高压釜体内抽真空;
待真空抽取完毕后,关闭第二机械泵和第二排气阀,关闭出液口;打开进液口,用计量泵将Ph值为7.5‑7.8的3.5%氯化钠溶液充入高压釜体中,使3.5%氯化钠溶液的液面高于试样上端,关闭进液口;
步骤3,打开与第二进气阀连接的高纯氮气气源,设定气源压力,打开第二进气阀,向高压釜体中充入氮气,观察第二压力表的示数变化,待示数稳定后,关闭与第二进气阀连接的高纯氮气气源和第二进气阀;
步骤4,设i=0;
步骤4‑1,打开第一机械泵和第一排气阀对试样的进气孔抽真空,真空抽取完毕后,关闭第一机械泵和第一排气阀;
步骤4‑2,打开第一进气阀和与第一进气阀连接的高纯氮气气源,向试样的进气孔中充入0.5Mpa的氮气,使i的值增加1;当i<3时,返回步骤4‑1;
当i=3时,关闭第一进气阀和与第一进气阀连接的高纯氮气气源,转入步骤5;
步骤5,打开与第一进气阀连接的高纯氢气气源,设定氢气压力,打开第一进气阀,向试样的进气孔内充入氢气,观察第一压力表的示数变化,待示数稳定后,关闭高纯氢气气源和第一进气阀;
步骤6,辅助电极、参比电极和工作电极测量3.5%氯化钠溶液的电化学腐蚀数据;
电脑控制伺服电机带动电动缸工作,电动缸带动下拉伸杆向下拉伸试样,电脑通过拉力传感器检测的拉力数据和位移传感器检测的位移数据判断试样状态,当试样被拉断时,拉力传感器检测的拉力数据为0,电脑控制伺服电机停止工作;电脑利用电化学腐蚀数据、拉力数据和位移数据,绘制出电化学阻抗谱图或拉伸工程拉伸应力‑应变曲线图。
8.根据权利要求书7所述的气相氢环境下海底管道应力腐蚀的实验装置的实验方法,其特征是,第一进气阀通过第一控制阀与试样通气管连接,第一排气阀通过第二控制阀与试样通气管连接;步骤4和步骤5由如下步骤替换:步骤4,设i=0;
步骤4‑1,打开第一机械泵、第一排气阀和第二控制阀对试样的进气孔抽真空,真空抽取完毕后,关闭第一机械泵、第一排气阀和第二控制阀;
步骤4‑2,打开第一进气阀、第一控制阀和与第一进气阀连接的高纯氮气气源,向试样的进气孔中充入0.5Mpa的氮气,使i的值增加1,当i<3时,返回步骤4‑1;
当i=3时,关闭第一进气阀、第一控制阀和与第一进气阀连接的高纯氮气气源,转入步骤5;
步骤5,打开与第一进气阀连接的高纯氢气气源,设定氢气压力,打开第一进气阀和第一控制阀,向试样的进气孔内充入氢气,观察第一压力表的示数变化,待示数稳定后,关闭高纯氢气气源、第一进气阀和第一控制阀。