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CFS應力腐蝕試驗設備

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CFS應力腐蝕試驗設備

設備概述:

Cor-Force腐蝕試驗系統(tǒng)為在高溫高壓、常溫常壓、高溫常壓、低溫等介質(zhì)環(huán)境下的慢應變速率拉伸試驗(SSRT)、恒載荷應力腐蝕開裂(SCC)試驗、腐蝕疲勞(CF)試驗、蠕變(Creep)試驗、蠕變疲勞(Creep Fatigue)試驗、應變疲勞(Strain Fatigue)試驗、持久強度(Creep Rupture Strength)試驗、氫致延遲開裂(HIC)試驗等,能對SCC裂紋擴展、腐蝕疲勞裂紋擴展在線、離線測量等多種試驗提供實現(xiàn)方案。

腐蝕試驗系統(tǒng)采用模組化設計,不同實驗功能配置不同的實驗模塊,具有的維護性和可擴展性。該系統(tǒng)的單元有:應力加載單元、實驗釜單元、水化學測量循環(huán)回路、DCPD裂紋擴展測量單元、應變測量單元、溫度控制單元、氣體增壓循環(huán)單元、真空系統(tǒng)、超純水制備系統(tǒng)等。

材料的腐蝕實驗,尤其是高溫高壓水環(huán)境下的長期SCC、CF等實驗系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、安全性有很高的要求,從材料的選用及制造工藝、結(jié)構設計、耐用性設計、部件的選購、測試軟件的設計等,要綜合進行系統(tǒng)考慮,以使系統(tǒng)的各個單元匹配運行。重要的部件,選用國際上行業(yè)內(nèi)的,這些部件在多年的實際應用中運行穩(wěn)定,尤其應力加載的核心單元-伺服系統(tǒng),全時自適應控制、加載平滑,在長期連續(xù)運行狀況下,表現(xiàn)出優(yōu)良的率。

設備特點:

  ●  高強度重載主機架,測試軟件可設定機架剛度補償量。

  ●  全數(shù)字伺服驅(qū)動系統(tǒng),自適應調(diào)整,速度平穩(wěn)、控制精度高。

  ●  雙核32bit測控系統(tǒng),實時閉環(huán)控制IP核,響應迅速、準確。

  ●  雙側(cè)光柵位移傳感器伸長測量,提升試樣變形量測量準確度。

  ●  按需選擇的不同冷卻方式,以Z經(jīng)濟實用的方式有效降溫。

  ●  安全的聯(lián)動保護機制,消除設備危險狀態(tài)的出現(xiàn)。

  ●  計算機集成測試操作,數(shù)據(jù)、日志實時記錄。

  ●  腐蝕介質(zhì)環(huán)境下DCPD方法試樣腐蝕裂紋擴展測量。

  ●  腐蝕介質(zhì)環(huán)境下試樣標距內(nèi)伸長量直接測量。

試驗功能:

  ●  慢應變速率拉伸試驗

  ●  腐蝕疲勞試驗

  ●  應變疲勞試驗

  ●  蠕變試驗

  ●  持久試驗

  ●  CT試樣裂紋萌生及裂紋擴展速率測量試驗

  ●  K控制試驗

技術參數(shù):

  ●  Z大載荷:50kN、100kN,可訂制特殊規(guī)格

  ●  力值測量范圍:0.4%~99%F.S.

  ●  力值準確度:0.5%

  ●  力值分辨率:0.2N(30kN)、0.3N(50kN)、0.6N(100kN)

  ●  加載Z大移動范圍:80mm

  ●  加載位移速率范圍(慢拉伸應力加載單元):1mm/s~1x10-7mm/s

  ●  加載位移速率范圍(裂紋擴展應力加載單元):10mm/s~1x10-6mm/s

  ●  位移示值準確度:0.3%

  ●  位移分辨率(慢拉伸應力加載單元):0.0005µm

  ●  位移分辨率(裂紋擴展應力加載單元):0.005µm

  ●  伸長測量范圍(光柵位移傳感器):30mm.png

  ●  伸長測量分辨率:0.1µm

  ●  伸長測量準確度:0.5%

  ●  疲勞加載波形:正弦波、三角波,以及半波

  ●  疲勞加載頻率:0.0001~2Hz

主機單元:

應力腐蝕試驗設備的主機框架為四立柱落地式結(jié)構,較靈活的安裝方式允許根據(jù)試驗需求對實驗釜進行上置固定或者下置固定。載荷架有兩倍以上的設計強度冗余,保證了的剛性,大幅減弱了載荷架的彈性形變對測量的影響。

伺服驅(qū)動系統(tǒng)采用一代超高速、超精密控制以及可在嚴酷環(huán)境下使用的節(jié)能型伺服,其的“免調(diào)整功能”,Z大可承受30倍負載不發(fā)生震動,即使運行中負載發(fā)生變化,也能夠穩(wěn)定運行。新一代伺服系統(tǒng)配置高分辨率24bit編碼器,伺服電機每轉(zhuǎn)可反饋出1677萬脈沖,實現(xiàn)精確控制微小的轉(zhuǎn)動步距,在極低應變速率時保證加載的平穩(wěn)性。

應力加載為剛性傳遞,伺服電機輸出直連無間隙行星輪減速機、減速機輸出連接預緊式精密滾珠絲杠、滾珠絲杠絲母帶動加載平臺移動、再通過高強合金材料拉桿給試樣加載。

測控系統(tǒng):

全數(shù)字嵌入式測控系統(tǒng),專為實時性測量和數(shù)據(jù)處理而設計。雙32bit CPU高速運行,可以快速響應計算機指令、高速傳輸測量數(shù)據(jù)、實時高頻閉環(huán)控制調(diào)節(jié)、及時狀態(tài)及故障信息檢測。

222222222.png

測控系統(tǒng)的設計適合應力腐蝕試驗系統(tǒng)的使用要求。主控板為多層PCB,專門的地線層進行大面積銅皮敷設,以菊花狀分割共地,抑制干擾和信號漂移。PCB板上大量為SMT器件,采用貼片機自動貼裝,并經(jīng)過了冷熱循環(huán)測試及48小時不間斷通電測試,以及后期產(chǎn)品調(diào)試、試驗時的長期考核。

測控系統(tǒng)設計了應力腐蝕試驗時傳感器的擴展連接通道,力傳感器1路、位移通道1路、光柵位移傳感器2路或LVDT傳感器2路,可滿足“設備概述”中闡述的全部試驗方法的測試要求。

基于全數(shù)字化設計理念,測控系統(tǒng)的工作參數(shù)通過計算機上安裝的調(diào)試軟件進行設置、備份、管理。這種設計利于產(chǎn)品的維護和安裝服務,在產(chǎn)品調(diào)試檢驗完成后,將所有參數(shù)存儲于計算機進行資料歸檔管理,如果以后更換一臺測控系統(tǒng),只需連接計算機將歸檔的參數(shù)全部寫入新的測控系統(tǒng),便會和原來一樣的狀態(tài)正常工作。

對于慢應變速率拉伸測試,結(jié)合伺服系統(tǒng)的數(shù)字指令接口,測控系統(tǒng)設計了的數(shù)字指令輸出功能,以指令脈沖方式均勻平穩(wěn)的發(fā)送給伺服系統(tǒng)。數(shù)字指令的輸出建立在精確的定時基礎上,精度的晶體時基芯片提供了準確的定時,這會有效消除在極低速拉伸時非連續(xù)平穩(wěn)問題,保證了慢應變速率拉伸時速度的準確性。

測控系統(tǒng)通過網(wǎng)口與計算機通信連接,網(wǎng)口提供了高速通信,滿足了大數(shù)據(jù)量的傳輸和計算機指令的迅速響應。

環(huán)境容器(實驗釜):

應力腐蝕試驗機.png

環(huán)境容器的型式和材質(zhì)是依據(jù)不同的測試介質(zhì)進行設計制造的,通常選用的材質(zhì)有:625、C-276、316L、DSS2205、P91、耐熱玻璃、有機玻璃等,除須滿足測試的溫度、壓力條件,對于測試介質(zhì)類型有較強的抗腐蝕性能是主要參數(shù)。

環(huán)境容器模擬材料實際使用的環(huán)境條件,有核反應堆回路、火電回路、石油化工領域(比如:濕H2S)、海洋(海水)、航空航天、鍋爐、軌道交通、鉆探等材料的服役環(huán)境。

環(huán)境容器與主機單元結(jié)合,可實現(xiàn)SSRT、SC、CF、Creep、Creep Fatigue、Strain Fatigue、Stress Rupture、HIC、SCC、DCPD裂紋擴展測量等材料方法測試。

常規(guī)的實驗釜是由316L不銹鋼制造,滿足較高溫度和壓力的介質(zhì)環(huán)境模擬。對于更惡劣的腐蝕介質(zhì)環(huán)境,能夠提供C-276、625等鎳基合金的高溫高壓實驗釜,實驗條件可以達到600℃、30MPa。高溫高壓實驗釜采用金屬密封和高強度螺栓鎖緊,并配置安全閥(爆破閥)和壓力傳感器提供安全保護。

對于常壓或微正壓條件,在常溫、微高溫(不大于100℃)、微低溫等溫度介質(zhì)環(huán)境,可使用耐熱玻璃容器。

環(huán)境容器內(nèi)設計多點溫度監(jiān)測,由配置人工智能溫度儀表的控制單元進行溫度設定與控制。在有壓力的環(huán)境容器外,安裝高精度壓力傳感器監(jiān)測釜內(nèi)壓力。溫度、壓力儀表都帶有超限報警功能。

所有環(huán)境容器的釜蓋上,設計有外部管路連接預留接口,用于環(huán)境介質(zhì)循環(huán)、溫度測量、電化學測試、及慢拉伸或腐蝕疲勞測試等。

溫度控制單元:

環(huán)境容器內(nèi)通常安裝兩個測溫點,分布于試樣的兩端,并分別連接溫控儀表。實驗釜通過電熱絲加熱,外邊包裹厚厚的隔熱保溫層,Z外層為不銹鋼保護殼。獨立的測溫點對應獨立加熱控制,溫控儀表AI調(diào)節(jié)使整個試樣區(qū)域內(nèi)的溫度趨于一致。

溫控儀表可設置溫度上限、下限報警功能,報警輸出時切斷加熱。同時溫控單元有報警輸出端口,連接外部保護機構,在報警時切斷外部關聯(lián)動作,比如可停止水化學循環(huán)回路的高壓泵。

溫控單元通過RS485接口連接至計算機,測試軟件實時采集實驗釜內(nèi)的溫度和壓力數(shù)據(jù)。一方面這些數(shù)據(jù)被實時記錄存儲,以后可調(diào)閱查看。另一方面測試軟件實時監(jiān)控溫度和壓力,當超出測試軟件設置的溫度、壓力的上限和下限后,執(zhí)行相應的保護動作。

水化學測量循環(huán)回路系統(tǒng):

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測量循環(huán)回路系統(tǒng)在測試過程中對實驗釜內(nèi)的試驗介質(zhì)進行持續(xù)循環(huán)更新,以使釜內(nèi)環(huán)境介質(zhì)參數(shù)穩(wěn)定。測量循環(huán)回路系統(tǒng)實現(xiàn)了腐蝕介質(zhì)循環(huán)、化學參數(shù)測量、釜內(nèi)壓力保持、介質(zhì)預熱、離子過濾、雜質(zhì)過濾、紫外線殺菌、化學參數(shù)調(diào)節(jié)等功能。

測量循環(huán)回路系統(tǒng)由蓄水罐、循環(huán)泵、高壓泵、蠕動泵、化學測量、過濾、背壓、壓力監(jiān)測、質(zhì)量流量控制等單元部件組成。測量循環(huán)回路是依據(jù)需求量身定做的,以滿足所模擬介質(zhì)環(huán)境的運行參數(shù)和技術規(guī)格。

測量循環(huán)回路系統(tǒng)常見于模擬核電、火電、石化、海洋等領域材料的性能試驗。不同的介質(zhì)環(huán)境,回路系統(tǒng)選用耐腐蝕材質(zhì),例如:不銹鋼、鈦、化學聚合物等。超臨界水環(huán)境測量循環(huán)回路中,存在高溫高壓條件,需要控制水的溫度和壓力穩(wěn)定,同時腐蝕環(huán)境在循環(huán)水中形成溶解物,需要凈化處理。在石油、天然氣領域使用的測量循環(huán)回路設計有H2S(硫化氫)、C2O(二氧化碳)氣體腐蝕介質(zhì)環(huán)境,回路系統(tǒng)提供抽真空、沖氬氣、沖實驗氣體、增壓、加熱等功能,滿足NACE標準的試驗要求。

測量循環(huán)回路系統(tǒng)中,控制、測量的各儀表配置有RS485接口,實現(xiàn)與計算機的通信,化學參數(shù)、氣體流量控制等直接在計算機測試軟件上顯示與設置。為測量循環(huán)回路系統(tǒng)所開發(fā)的專門軟件,能夠?qū)崟r顯示各種參數(shù)和測量數(shù)據(jù),對所有數(shù)據(jù)隨時記錄保存,可以控制質(zhì)量流量開口量,可以設置蠕動泵的轉(zhuǎn)速,可設置各參數(shù)的報警閥值。

DCPD裂紋擴展測量系統(tǒng):

應力腐蝕測試,對于高溫高壓、有毒介質(zhì)環(huán)境條件而言,以往的中斷試驗、取出試樣手工進行裂紋擴展長度測量,顯得異常不方便,而且存在可能的危害性。隨著科學技術的發(fā)展,直流電壓降法(DCPD)在腐蝕介質(zhì)環(huán)境下的裂紋擴展長度測量得到普及應用,這種在線式測量在試驗過程中可以實時連續(xù)進行,直接測量出裂紋擴展長度,并可計算出裂紋長度擴展速率。

DCPD測量系統(tǒng)由精密恒流源、高精度納伏表、多通道掃描儀、恒流換向模組、裂紋測量軟件等部分組成。DCPD測量基于歐姆定律,恒定的電流施加于試樣兩端,試樣上點焊鉑金絲進行前端電位和參考電位測量,當試樣出現(xiàn)腐蝕裂紋時會產(chǎn)生直流電阻變化,進而前端電位和參考電位變化,這些微小信號的變化被高精度納伏表所測量,通過裂紋擴展測量軟件計算得到試樣上裂紋的長度。

裂紋擴展測量軟件綜合了多項功能:裂紋長度測量、慢應變速率加載、恒載荷保持、疲勞加載、半波加載等,實現(xiàn)裂紋擴展速率計算、升K控制、恒K控制、降K控制、裂紋萌生等。裂紋測量軟件實時顯示裂紋長度a/W、裂紋擴展曲線a/W-time、前端電位、參考電位、試樣載荷力、加載波形(全波或半波的正弦波或三角波)等,并在試樣過程中實時記錄測量數(shù)據(jù)。

DCPD測量系統(tǒng)選用美國KEYSIGHT是德科技(原:Agilent安捷倫)高性能儀表,包括:精密恒流源、高精度納伏表、多通道掃描儀等。

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應力腐蝕系統(tǒng)輔助部件:

  ●  高溫高壓參比電極:Ag/AgCl、Cu/Cu2O參比電極可用于高溫高壓環(huán)境中水化學測量。

  ●  光柵位移傳感器:安裝在釜外測量拉桿位移量,是一種較容易實現(xiàn)的測量釜內(nèi)試樣伸長量的方式,但需要用參比的方式進行數(shù) 值修正。選用歐洲進口光柵位移傳感器,回彈靈活、性能穩(wěn)定、分辨率高。

  ●  LVDT傳感器:應變疲勞用伸長測量傳感器??芍苯訙y量棒狀啞鈴型帶凸臺試樣的應變量,能夠進行應變疲勞控制加載,可實現(xiàn)高溫高壓(350℃/15MPa)腐蝕介質(zhì)環(huán)境下的應變過零疲勞試驗。選用美國進口傳感器,可滿足高溫高壓腐蝕介質(zhì)環(huán)境的測量需求。

  ●  負荷傳感器:選用美國VISHAY高精度輪輻式負荷傳感器,具有線性精度高、長期蠕變小、滯后小、回零快、溫漂小等優(yōu)點。

 


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