專利名稱：一種高溫高壓原位高速劃傷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐蝕材料表面劃傷技術(shù)，具體為一種高溫高壓原位高速劃傷裝置。
背景技術(shù)：
依賴表面形成致密鈍化膜而具有腐蝕抗力的耐蝕合金，當(dāng)局部表面的鈍化膜因機(jī)械破壞露出新鮮表面時(shí)，則會(huì)加劇新鮮表面腐蝕的發(fā)生，從而在該位置形成新的鈍化膜，且再鈍化的發(fā)生依賴材料本身和環(huán)境因素的共同作用。因此，金屬材料在特定環(huán)境中再鈍化能力的原位表征對(duì)于評(píng)定材料在工況下的耐腐蝕性能具 有重要作用。目前，材料再鈍化能力的表征主要通過(guò)劃傷電極法來(lái)實(shí)現(xiàn)。在高溫高壓環(huán)境中材料新鮮表面的重新成膜是一個(gè)快速過(guò)程，那么這就要求劃傷速度必須快，否則將會(huì)導(dǎo)致試樣表面邊劃傷、邊鈍化，那么采集得到的信號(hào)也是新鮮表面的鈍化信號(hào)和稍早前劃傷表面鈍化信號(hào)的一系列疊加，不能準(zhǔn)確反映材料在特定環(huán)境中的再鈍化能力。然而，由于高溫高壓原位高速劃傷裝置復(fù)雜，不僅要實(shí)現(xiàn)高溫高壓下材料表面鈍化膜的原位高速劃傷，還要考慮到高溫高壓下劃頭高速運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)、高速運(yùn)動(dòng)軸和高壓釜之間的壓力平衡、密封、高精度計(jì)時(shí)、試樣和金屬容器的絕緣、信號(hào)線的引出等一系列問題。正是因?yàn)檫@些實(shí)驗(yàn)設(shè)備上的技術(shù)困難，限制了對(duì)核電和火電等高溫高壓環(huán)境中使用的耐蝕材料鈍化能力的原位表征。目前，相關(guān)設(shè)備還未見有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高溫高壓原位高速劃傷裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中高溫高壓環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)原位高速劃傷、劃傷試樣的固定、絕緣、信號(hào)線的引出、高速運(yùn)動(dòng)軸的壓力平衡和密封等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種聞溫聞壓原位聞速劃傷裝置，該裝置設(shè)有聞溫聞壓工作電極、聞溫聞壓輔助電極、高溫高壓參比電極、上下高壓釜蓋、高壓釜體、高速運(yùn)動(dòng)軸、劃頭、環(huán)形加熱器，具體結(jié)構(gòu)如下高壓釜體和上下兩個(gè)高壓釜蓋構(gòu)成高壓釜，高壓釜體設(shè)置于上下兩個(gè)高壓釜蓋之間，高壓釜體和上下兩個(gè)高壓釜蓋連接；在上高壓釜蓋上設(shè)置熱電偶、高溫高壓工作/輔助電極座和高溫高壓參比電極，高壓釜體內(nèi)設(shè)置輔助電極、劃頭、工作電極，輔助電極和工作電極分別通過(guò)導(dǎo)線穿過(guò)高溫高壓工作/輔助電極座，高溫高壓參比電極的導(dǎo)液管伸至高壓釜體內(nèi)；高速運(yùn)動(dòng)軸上部穿過(guò)導(dǎo)向板中心的高速運(yùn)動(dòng)軸孔,與導(dǎo)向板連接，導(dǎo)向板外周通過(guò)孔與高壓釜體內(nèi)的支架桿配合，即以支架桿為導(dǎo)桿上下運(yùn)動(dòng)，高速運(yùn)動(dòng)軸和高壓釜之間設(shè)有壓力平衡機(jī)構(gòu)，并通過(guò)密封圈進(jìn)行密封，高速運(yùn)動(dòng)軸下部與氣動(dòng)裝置的氣動(dòng)活塞連桿相連接，高速運(yùn)動(dòng)軸上裝有劃頭，試樣固定槽設(shè)置于固定平臺(tái)上；高壓釜體的外側(cè)設(shè)置環(huán)形加熱器，高壓釜外設(shè)置雙立柱支架，雙立柱支架上的兩個(gè)立柱立柱I和立柱II平行設(shè)置于上下兩個(gè)高壓釜蓋、高壓釜體、環(huán)形加熱器的兩側(cè)；立柱I上設(shè)置滑塊I，為液壓驅(qū)動(dòng)，立柱II上設(shè)置滑塊II，為手動(dòng)升降盤驅(qū)動(dòng)；滑塊I連有高壓釜體和配重，高壓釜體外側(cè)設(shè)有環(huán)形加熱器，滑塊II連有上高壓釜蓋。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，還包括控制箱，控制箱內(nèi)設(shè)置加熱電源開關(guān)、加熱指示燈、超溫報(bào)警燈、超壓報(bào)警燈、計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕、溫度控制器、加熱電壓調(diào)節(jié)器、壓力顯示器和精密計(jì)時(shí)器；其中，精密計(jì)時(shí)器連有計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕，壓力顯示器連有超壓報(bào)警燈，超溫報(bào)警燈與溫度控制器相連，加熱電源開關(guān)與加熱電壓調(diào)節(jié)器連接，加熱電源開關(guān)連有加熱指示燈，加熱電壓調(diào)節(jié)器與溫度控制器連接，壓力顯示器和溫度控制器連至控制箱內(nèi)部繼電器，控制箱內(nèi)部繼電器通過(guò)導(dǎo)線連接環(huán)形加熱器的電爐絲，形成超溫?cái)嚯娂訜峤Y(jié)構(gòu)和超壓斷電加熱結(jié)構(gòu)。
所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，滑塊I的高度通過(guò)液壓機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，立柱I的下部設(shè)有液壓油缸，液壓油缸采用腳踏油泵，在液壓油缸底部外側(cè)連有踏板及彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)；滑塊II與立柱之間采用螺母絲杠的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，立柱II的頂部設(shè)置手動(dòng)升降盤，通過(guò)調(diào)節(jié)手動(dòng)升降盤使滑塊II在立柱II上下運(yùn)動(dòng)。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，通過(guò)壓力平衡機(jī)構(gòu)維持高速運(yùn)動(dòng)軸在高壓釜內(nèi)外的平衡，高速運(yùn)動(dòng)軸采用分段連接的方式，在下高壓釜蓋上設(shè)有高速運(yùn)動(dòng)軸軸套，軸套外部設(shè)有冷卻水套。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，上高壓釜蓋上的熱電偶伸入高壓釜體中，高壓釜?dú)庀嗫诜秩?，分別連接壓力表、安全閥、壓力變送器；上高壓釜蓋設(shè)有與高壓釜體內(nèi)腔相通的排氣通道，所述排氣通道的出氣端裝有高壓釜排氣閥；下高壓釜蓋上設(shè)有與高壓釜體內(nèi)腔相通的進(jìn)氣通道和進(jìn)液通道，所述進(jìn)氣通道的進(jìn)氣端裝有進(jìn)氣閥，所述進(jìn)液通道的進(jìn)液端裝有進(jìn)液閥，進(jìn)液通道伸至與高壓釜體內(nèi)腔的上部。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，輔助電極通過(guò)外部套有聚四氟乙烯熱縮管的鉬絲作為導(dǎo)線點(diǎn)焊在鉬片后面，工作電極通過(guò)外部套有聚四氟乙烯熱縮管的純鎳絲或不銹鋼絲作為導(dǎo)線點(diǎn)焊在金屬試樣上；高溫高壓工作/輔助電極座中設(shè)有高溫膠塞，輔助電極上的導(dǎo)線和工作電極上的導(dǎo)線從高溫高壓工作/輔助電極座中引出。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，還設(shè)有電化學(xué)工作站，電化學(xué)工作站上的工作電極、輔助電極和參比電極的引線夾頭分別與高溫高壓工作電極導(dǎo)線、高溫高壓輔助電極導(dǎo)線和高溫高壓參比電極導(dǎo)線連接。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，平臺(tái)上開有平臺(tái)升降孔，高壓釜內(nèi)支架桿穿設(shè)于平臺(tái)升降孔，平臺(tái)通過(guò)與平臺(tái)平行的平臺(tái)固定螺栓固定于高壓釜內(nèi)支架桿上，高壓釜內(nèi)支架桿兩端設(shè)有螺紋，高壓釜內(nèi)支架桿通過(guò)螺紋固定于下高壓釜蓋上。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，劃頭后部設(shè)有彈簧，在劃頭側(cè)面設(shè)置劃頭固定螺栓，試樣固定在試樣固定槽中，在試樣背部設(shè)有試樣緊固螺栓于試樣固定槽上，試樣和固定試樣的裝置之間采用絕緣結(jié)構(gòu)聚四氟乙烯槽，聚四氟乙烯槽安裝于試樣固定槽的凹形槽中，凹形槽為收口形狀，其開口頂部寬度小于底部寬度，便于將工作電極固定于聚四氟乙烯槽中。所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，氣動(dòng)活塞連桿的一端與高速運(yùn)動(dòng)軸下端相連接，氣動(dòng)活塞連桿的另一端設(shè)有在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，進(jìn)氣口和排氣口分別通過(guò)換向閥與氣缸中的兩個(gè)腔連通，通過(guò)換向閥實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸的高速上下運(yùn)動(dòng)；高速運(yùn)動(dòng)軸和氣動(dòng)裝置的氣動(dòng)活塞連桿連接處設(shè)有磁鋼，磁鋼與霍爾傳感器相對(duì)應(yīng)，配合霍爾傳感器和精密計(jì)時(shí)器將高速運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)間精確記錄。本發(fā)明的有益效果是I、本發(fā)明裝置實(shí)現(xiàn)了試樣在高溫高壓下原位高速劃傷和再鈍化行為研究。通過(guò)使試樣和裝置間絕緣，利用安裝在高壓釜上的 高溫高壓參比電極和高溫高壓工作、輔助電極配合電化學(xué)工作站可將劃傷過(guò)程中試樣表面膜由發(fā)生破壞到再鈍化這一過(guò)程的信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。2、本發(fā)明通過(guò)將高速運(yùn)動(dòng)軸和外部氣缸的活塞連桿相連接，具有劃傷速度快的特點(diǎn)，并可調(diào)節(jié)氣動(dòng)裝置進(jìn)口處氣壓改變高速運(yùn)動(dòng)軸的劃傷速度。3、本發(fā)明在高速運(yùn)動(dòng)軸和外部氣缸活塞連桿的連接處設(shè)有磁鋼，配合霍爾傳感器和精密計(jì)時(shí)器可將高速運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)間精確測(cè)量，便于劃傷實(shí)驗(yàn)結(jié)果的量化對(duì)比。4、本發(fā)明通過(guò)在劃頭后部設(shè)置彈簧，可以通過(guò)調(diào)節(jié)劃頭和試樣之間的距離來(lái)控制劃頭劃過(guò)試樣表面時(shí)的力度大小。5、本發(fā)明通過(guò)更換不同角度的劃頭和調(diào)節(jié)劃頭和試樣間的距離，可以產(chǎn)生不同寬度和不同深度的劃痕。6、本發(fā)明通過(guò)壓力平衡的方式解決了高速運(yùn)動(dòng)軸的壓力平衡和密封的問題。7、本發(fā)明中的劃軸通過(guò)分段連接，易于拆卸和維護(hù)。8、本發(fā)明通過(guò)在控制部分分別設(shè)置超溫自動(dòng)斷電和超壓自動(dòng)斷電，使該裝置在工作時(shí)更加安全可靠。9、本發(fā)明在高壓釜外設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)接口，可通過(guò)卡套與外部具有自動(dòng)控制功能的高溫高壓水循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(參見中國(guó)發(fā)明專利201010275276. 2，申請(qǐng)日2010年09月08日；中國(guó)實(shí)用新型專利201020521040. 8，申請(qǐng)日2010年09月08日，授權(quán)日2011年06月01日)連接，從而可精確控制高壓釜內(nèi)的水化學(xué)環(huán)境。


圖I為聞溫聞壓原位聞速劃傷裝置結(jié)構(gòu)不意圖。圖中，I參比電極；2手動(dòng)升降盤；3電極冷卻水入口 ；4立柱II ;5熱電偶；6滑塊
II;7導(dǎo)向板；8工作電極(試樣)；9環(huán)形加熱器；10高速運(yùn)動(dòng)軸；11劃頭；12進(jìn)氣閥；13高速運(yùn)動(dòng)軸冷卻水入口 ； 14換向閥開關(guān)；15換向閥；16氣動(dòng)活塞連桿；17活塞；18進(jìn)氣口； 19排氣口 ；20放氣閥；21踏板；22液壓油缸；23霍爾傳感器；24高速運(yùn)動(dòng)軸冷卻水出口 ；25進(jìn)液閥；26輔助電極；27配重；28滑塊I ;29高壓釜排氣閥；30上高壓釜蓋；31立柱I ;32電極冷卻水出口 ；33壓力變送器；34壓力表；35安全閥；36磁鋼；37下高壓釜蓋；38高壓釜體；39高溫高壓工作/輔助電極座；40導(dǎo)液管；41氣缸；42支架桿；62軸套；63冷卻水套。圖2為圖I中高壓釜體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，11劃頭；38高壓釜體；43平臺(tái)；44平臺(tái)升降孔；45平臺(tái)固定螺栓；46彈簧；47試樣固定槽；49試樣緊固螺栓；50聚四氟乙烯槽；51劃頭固定螺栓。圖3為圖I中導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，7導(dǎo)向板；52高速運(yùn)動(dòng)軸孔；53導(dǎo)向孔。
圖4為高溫高壓原位高速劃傷裝置控制箱。圖中，48加熱指示燈；54加熱電壓調(diào)節(jié)器；55壓力顯示器；56精密計(jì)時(shí)器；57計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕；58超壓報(bào)警燈；59超溫報(bào)警燈；60加熱電源開關(guān)；61溫度控制器。
具體實(shí)施例方式如圖I-圖4所示，本發(fā)明高溫高壓原位高速劃傷裝置，該裝置設(shè)有參比電極I、手動(dòng)升降盤2、電極冷卻水入口 3、立柱II 4、熱 電偶5、滑塊II 6、導(dǎo)向板7、工作電極(試樣)
8、環(huán)形加熱器9、高速運(yùn)動(dòng)軸10、劃頭11、進(jìn)氣閥12、高速運(yùn)動(dòng)軸冷卻水入口 13、換向閥開關(guān)14、換向閥15、氣動(dòng)活塞連桿16、活塞17、進(jìn)氣口 18、排氣口 19、放氣閥20、踏板21、液壓油缸22、霍爾傳感器23、高速運(yùn)動(dòng)軸冷卻水出口 24、進(jìn)液閥25、輔助電極26、配重27、滑塊
I28、高壓釜排氣閥29、上高壓釜蓋30、立柱I 31、電極冷卻水出口 32、壓力變送器33、壓力表34、安全閥35、磁鋼36、下高壓釜蓋37、高壓釜體38、高溫高壓工作/輔助電極座39、導(dǎo)液管40、氣缸41、支架桿42、平臺(tái)43、平臺(tái)升降孔44、平臺(tái)固定螺栓45、彈簧46、試樣固定槽47、加熱指示燈48、試樣緊固螺栓49、聚四氟乙烯槽50、劃頭固定螺栓51、高速運(yùn)動(dòng)軸孔52、導(dǎo)向孔53、加熱電壓調(diào)節(jié)器54、壓力顯示器55、精密計(jì)時(shí)器56、計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕57、超壓報(bào)警燈58、超溫報(bào)警燈59、加熱電源開關(guān)60、溫度控制器61、軸套62、冷卻水套63等，具體結(jié)構(gòu)如下高壓釜體38和上下兩個(gè)高壓釜蓋(上高壓釜蓋30、下高壓釜蓋37)構(gòu)成高壓釜，高壓釜體38設(shè)置于上下兩個(gè)高壓釜蓋之間，高壓釜體38和上下兩個(gè)高壓釜蓋連接；在上高壓釜蓋30上設(shè)置熱電偶5、高溫高壓工作/輔助電極座39和高溫高壓參比電極1，高壓釜體38內(nèi)設(shè)置輔助電極26、劃頭11、工作電極(試樣)8，輔助電極26和工作電極(試樣)8分別通過(guò)導(dǎo)線穿過(guò)高溫高壓工作/輔助電極座39，高溫高壓參比電極I的導(dǎo)液管40伸至高壓釜體38內(nèi)；高溫高壓工作/輔助電極座39和高溫高壓參比電極I之間設(shè)置循環(huán)冷卻水通道，高溫高壓參比電極I上設(shè)有電極冷卻水入口 3，高溫高壓工作/輔助電極座39上設(shè)有電極冷卻水出口 32。高速運(yùn)動(dòng)軸10上部穿過(guò)導(dǎo)向板7中心的高速運(yùn)動(dòng)軸孔52，通過(guò)螺母與導(dǎo)向板7連接，導(dǎo)向板7的四周分別設(shè)有導(dǎo)向孔53 (圖3)，導(dǎo)向板7通過(guò)導(dǎo)向孔53與高壓釜體38內(nèi)的支架桿42配合，即以支架桿42為導(dǎo)桿上下運(yùn)動(dòng)，高速運(yùn)動(dòng)軸10和高壓釜之間設(shè)有壓力平衡機(jī)構(gòu)，并通過(guò)密封圈進(jìn)行密封，高速運(yùn)動(dòng)軸10下部與氣動(dòng)裝置的氣動(dòng)活塞連桿16相連接，高速運(yùn)動(dòng)軸10上裝有劃頭11 ；高壓釜體38的外側(cè)設(shè)置環(huán)形加熱器9，高壓釜外設(shè)置雙立柱支架，雙立柱支架上的兩個(gè)立柱立柱I 31、立柱II 4平行設(shè)置于上下兩個(gè)高壓釜蓋、高壓釜體38、環(huán)形加熱器9的兩側(cè)；立柱I 31上設(shè)置滑塊I 28，為液壓驅(qū)動(dòng)；立柱II 4上設(shè)置滑塊II 6，為手動(dòng)升降盤驅(qū)動(dòng)。滑塊I 28連有高壓釜體38和配重27，高壓釜體38外側(cè)設(shè)有環(huán)形加熱器9，滑塊
II6連有上高壓釜蓋30。另外，如圖4所示，還包括控制箱，控制箱內(nèi)設(shè)置加熱電源開關(guān)60、加熱指示燈48、超溫報(bào)警燈59、超壓報(bào)警燈58、計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕57、溫度控制器61、加熱電壓調(diào)節(jié)器54、壓力顯示器55和精密計(jì)時(shí)器56 ;其中，精密計(jì)時(shí)器56連有計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕57，壓力顯示器55連有超壓報(bào)警燈58，超溫報(bào)警燈59與溫度控制器61相連。加熱電源開關(guān)60與加熱電壓調(diào)節(jié)器54連接，加熱電源開關(guān)60連有加熱指示燈48，加熱電壓調(diào)節(jié)器54與溫度控制器61連接，壓力顯示器55和溫度控制器61連至控制箱內(nèi)部繼電器，控制箱內(nèi)部繼電器通過(guò)導(dǎo)線連接環(huán)形加熱器9的電爐絲，形成超溫?cái)嚯娂訜峤Y(jié)構(gòu)和超壓斷電加熱結(jié)構(gòu)?；瑝KI 28的高度通過(guò)液壓機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，立柱I 31的下部設(shè)有液壓油缸22，液壓油缸22采用腳踏油泵，在液壓油缸22底部外側(cè)連有踏板21及彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)，液壓油缸22通過(guò)其底部外側(cè)的踏板21并配合其中部的手動(dòng)閥門啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑塊I 28沿著立柱I 31上下運(yùn)動(dòng)；滑塊II 6與立柱II 4之間采用螺母 絲杠的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，立柱II 4的頂部設(shè)置手動(dòng)升降盤2，通過(guò)調(diào)節(jié)手動(dòng)升降盤2使滑塊II 6在立柱II 4上下運(yùn)動(dòng)。通過(guò)壓力平衡機(jī)構(gòu)維持高速運(yùn)動(dòng)軸在高壓釜內(nèi)外的平衡，高速運(yùn)動(dòng)軸10采用分段連接的方式，在下高壓釜蓋37上設(shè)有高速運(yùn)動(dòng)軸軸套62，軸套62外部設(shè)有冷卻水套63，冷卻水套63上分別設(shè)有高速運(yùn)動(dòng)軸冷卻水入口 13和高速運(yùn)動(dòng)軸冷卻水出口 24。上高壓釜蓋30上設(shè)有熱電偶5伸入高壓釜體38中，上高壓釜蓋30上設(shè)有高壓釜?dú)庀嗫?，高壓釜?dú)庀嗫诜秩罚謩e連接壓力表34、安全閥35、壓力變送器33。上高壓釜蓋30設(shè)有與高壓釜體38內(nèi)腔相通的排氣通道，所述排氣通道的出氣端裝有高壓釜排氣閥29 ;下高壓釜蓋37上設(shè)有與高壓釜體38內(nèi)腔相通的進(jìn)氣通道和進(jìn)液通道，所述進(jìn)氣通道的進(jìn)氣端裝有進(jìn)氣閥12，所述進(jìn)液通道的進(jìn)液端裝有進(jìn)液閥25，進(jìn)液通道伸至與高壓釜體38內(nèi)腔的上部。輔助電極26通過(guò)外部套有聚四氟乙烯熱縮管的鉬絲作為導(dǎo)線點(diǎn)焊在鉬片后面，工作電極(試樣)8通過(guò)外部套有聚四氟乙烯熱縮管的純鎳絲或不銹鋼絲作為導(dǎo)線點(diǎn)焊在金屬試樣上；高溫高壓工作/輔助電極座39中設(shè)有四孔高溫膠塞，輔助電極26上的導(dǎo)線和工作電極(試樣)8上的導(dǎo)線從高溫高壓工作/輔助電極座39中引出。另外，還設(shè)有電化學(xué)工作站，電化學(xué)工作站上的工作電極、輔助電極和參比電極的引線夾頭分別與高溫高壓工作電極(試樣)8導(dǎo)線、高溫高壓輔助電極26導(dǎo)線和高溫高壓參比電極I導(dǎo)線連接。如圖2所示，平臺(tái)43上開有平臺(tái)升降孔44，高壓釜內(nèi)支架桿42穿設(shè)于平臺(tái)升降孔44，平臺(tái)43通過(guò)與平臺(tái)43平行的四個(gè)平臺(tái)固定螺栓45固定于高壓釜內(nèi)支架桿42上，高壓釜內(nèi)支架桿42兩端設(shè)有螺紋，高壓釜內(nèi)支架桿42通過(guò)螺紋固定于下高壓釜蓋37上。劃頭11后部設(shè)有彈簧46，在劃頭側(cè)面設(shè)置劃頭固定螺栓51，試樣固定槽47設(shè)置于平臺(tái)43上，工作電極(試樣)8固定在試樣固定槽47中，在工作電極(試樣)8背部設(shè)有試樣緊固螺栓49于試樣固定槽47上，工作電極(試樣)8和固定試樣的裝置之間采用絕緣結(jié)構(gòu)聚四氟乙烯槽50，聚四氟乙烯槽50安裝于試樣固定槽47的凹形槽中，凹形槽為收口形狀，其開口頂部寬度小于底部寬度，便于將工作電極(試樣)8固定于聚四氟乙烯槽50中。氣動(dòng)活塞連桿16的一端與高速運(yùn)動(dòng)軸10下端相連接，氣動(dòng)活塞連桿16的另一端設(shè)有在氣缸41中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞17，進(jìn)氣口 18和排氣口 19分別通過(guò)換向閥15與氣缸41中的兩個(gè)腔連通，從而通過(guò)換向閥實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸的上下運(yùn)動(dòng)。氣缸41下部還設(shè)有放氣閥20，其作用是進(jìn)一步加快高速運(yùn)動(dòng)軸向下運(yùn)動(dòng)的速度。高速運(yùn)動(dòng)軸10和氣動(dòng)裝置連桿16連接處設(shè)有磁鋼36，磁鋼36與霍爾傳感器23相對(duì)應(yīng)，配合霍爾傳感器23和精密計(jì)時(shí)器56可將高速運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)間精確記錄。本發(fā)明中，高溫高壓是指最高工作溫度為350°C，最高工作壓力為20MPa。
本發(fā)明中，高速運(yùn)動(dòng)軸單次向下運(yùn)動(dòng)的最快運(yùn)動(dòng)速度為4m/s。本發(fā)明中，高壓釜中的高溫高壓溶液會(huì)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)軸產(chǎn)生一個(gè)向下的作用力，而高速運(yùn)動(dòng)軸軸套下部與高壓釜相連通的腔內(nèi)高壓液體則會(huì)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)軸產(chǎn)生一個(gè)向上的作用力。壓力平衡機(jī)構(gòu)主要是指這兩個(gè)力之間的平衡。此外，高速運(yùn)動(dòng)軸還受其與密封圈之間的摩擦力以及自身重力作用，高速運(yùn)動(dòng)軸的平衡主要是這受這四個(gè)力的共同作用。本發(fā)明中，精密計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)分辨率為O. Ims0
本發(fā)明中，高溫膠塞的最高工作溫度為260°C。因?yàn)楦邷馗邏汗ぷ?輔助電極座中通有冷卻水，所以高溫膠塞在正常工作時(shí)處于常溫狀態(tài)。本發(fā)明高溫高壓原位高速劃傷裝置的工作過(guò)程如下—、當(dāng)聞溫聞壓原位聞速劃傷裝置不與外部具有自動(dòng)控制功能的聞溫聞壓水循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相連時(shí)I、將純鎳絲或不銹鋼絲外表面套一層聚四氟乙烯熱縮管，用熱風(fēng)槍熱縮后作為導(dǎo)線焊接在工作電極(試樣)8表面；2、將工作電極(試樣)8安裝在設(shè)有聚四氟乙烯槽50的試樣固定槽47中，并將工作電極(試樣)8背部的試樣緊固螺栓49擰緊；3、將輔助電極26安裝在高壓釜中，并保持與試樣正對(duì)；4、將高溫高壓參比電極I標(biāo)定后安裝在上高壓釜蓋30上，并保持高溫高壓參比電極I上部的出液口關(guān)閉；5、調(diào)節(jié)劃頭11和工作電極(試樣)8的距離及劃頭背部的彈簧46，保證劃頭11的在滑動(dòng)的過(guò)程中能與工作電極(試樣)8接觸，且不會(huì)觸及輔助電極26 ；6、調(diào)節(jié)液壓升降機(jī)構(gòu)(液壓油缸22)，將高壓釜體38和下高壓釜蓋37調(diào)節(jié)到合適的高度，擰緊下高壓釜蓋37上的螺栓；7、往高壓釜中加入體積為高壓釜容積1/2到2/3的溶液，溶液可以根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境選擇，如模擬核電站一回路含硼酸和氫氧化鋰的水溶液等，并保證工作電極(試樣)8、輔助電極26和高溫高壓參比電極導(dǎo)液管40的下端能完全浸沒在溶液中；8、調(diào)節(jié)手動(dòng)升降盤2，將上高壓釜蓋30和高壓釜體38調(diào)節(jié)到合適的高度，并將工作電極(試樣)8和輔助電極26導(dǎo)線從上高壓釜蓋的高溫高壓工作/輔助電極座39中引出，擰緊上高壓釜蓋30上的螺栓；9、根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要從下高壓釜蓋38的進(jìn)氣口向高壓釜體38中通入氮?dú)獬酰缓髲纳细邏焊w30的高壓釜排氣閥29中排出。除氣結(jié)束后，將下高壓釜蓋37的進(jìn)氣閥12和上高壓釜蓋30的高壓釜排氣閥29依次關(guān)閉，并打開高溫高壓參比電極I上部的出液口 ；10、設(shè)定溫度控制器61上的目標(biāo)溫度、超溫自動(dòng)斷電的溫度上限、加熱調(diào)節(jié)電壓以及超壓自動(dòng)斷電的壓力上限等參數(shù)；11、打開冷卻水開關(guān)，往高溫高壓電極冷卻水入口 3和高速運(yùn)動(dòng)軸軸套外部的冷卻水套63中通入冷卻水；12、打開加熱電源開關(guān)60，待高溫高壓參比電極I出液口連續(xù)出水后，將出液口處閥門抒緊關(guān)閉；13、待溫度達(dá)到設(shè)定值，并趨于穩(wěn)定后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要利用恒電位儀給試樣上加一恒電位，并穩(wěn)定一段時(shí)間使其處于鈍化狀態(tài)。按下計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕57，打開氣缸41下部的放氣閥20。然后，按動(dòng)換向閥開關(guān)14，使氣缸41上部快速充氣，進(jìn)而推動(dòng)氣缸內(nèi)活塞、與活塞桿連接的高速運(yùn)動(dòng)軸10快速向下運(yùn)動(dòng)，由此帶動(dòng)劃頭11從上往下高速劃過(guò)工作電極(試樣)8表面，破壞試樣表面鈍化膜。通過(guò)電化學(xué)工作站快速采集和記錄試樣表面鈍化膜重新成膜過(guò)程中的電流變化，便可獲知材料的再鈍化能力。14、完成單次高速劃傷后，關(guān)閉氣動(dòng)部分的放氣閥20，拉開換向閥開關(guān)14，使氣缸41下部充氣，進(jìn)而推動(dòng)氣缸內(nèi)活塞、與活塞桿連接的高速運(yùn)動(dòng)軸10向上運(yùn)動(dòng)，使劃頭11位置恢復(fù)到初始位置。待工作電極(試樣)8表面劃 傷位置重新生成鈍化膜后，重復(fù)步驟13可再次進(jìn)行再鈍化實(shí)驗(yàn)研究。二、當(dāng)高溫高壓原位高速劃傷裝置與外部具有自動(dòng)控制功能的高溫高壓水循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相連時(shí)I、將純鎳絲或不銹鋼絲外表面套一層聚四氟乙烯熱縮管，用熱風(fēng)槍熱縮后作為導(dǎo)線焊接在工作電極(試樣)8表面；2、將工作電極(試樣)8安裝在設(shè)有聚四氟乙烯槽50的試樣固定槽中，并將工作電極(試樣)8背部的試樣緊固螺栓49擰緊；3、將輔助電極26安裝在高壓釜中，并保持與試樣正對(duì)；4、將高溫高壓參比電極I標(biāo)定后安裝在上高壓釜蓋30上，并保持高溫高壓參比電極I上部的出液口打開；5、調(diào)節(jié)劃頭11和工作電極(試樣)8的距離及劃頭背部的彈簧46，保證劃頭11的在滑動(dòng)的過(guò)程中能與工作電極(試樣)8接觸，且不會(huì)觸及輔助電極26 ；6、調(diào)節(jié)液壓升降機(jī)構(gòu)(液壓油缸22)，將高壓釜體38和下高壓釜蓋37調(diào)節(jié)到合適的高度，擰緊下高壓釜蓋37上的螺栓；7、調(diào)節(jié)手動(dòng)升降盤2，將上高壓釜蓋30和高壓釜體38調(diào)節(jié)到合適的高度，并將工作電極(試樣)8和輔助電極26導(dǎo)線從上高壓釜蓋的高溫高壓工作/輔助電極座39中引出，擰緊上高壓釜蓋30上的螺栓；8、通過(guò)卡套將下高壓釜蓋37上的進(jìn)液口和進(jìn)氣口處管路與外部具有自動(dòng)控制功能的高溫高壓水循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相連，溶液可以根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境選擇，如模擬核電站一回路含硼酸和氫氧化鋰的水溶液等；9、待整個(gè)高溫高壓水循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的各項(xiàng)水化學(xué)參數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，打開下高壓釜蓋37上的進(jìn)液閥25和上高壓釜蓋30上的高壓釜排氣閥29，待上高壓釜蓋30上的高壓釜排氣閥29處連續(xù)出水后將排氣閥關(guān)閉，待高溫高壓參比電極I出液口連續(xù)出水后，將參比電極I出液口處閥門擰緊關(guān)閉。然后打開下高壓釜蓋37上的進(jìn)氣閥12 ；10、通過(guò)高壓泵和背壓閥的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)使系統(tǒng)高壓部分的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值；11、觀察整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)部分運(yùn)行正常，無(wú)泄漏后，設(shè)定溫度控制器61上的目標(biāo)溫度、超溫自動(dòng)斷電的溫度上限、加熱調(diào)節(jié)電壓以及超壓自動(dòng)斷電的壓力上限等參數(shù)；12、打開冷卻水開關(guān)，往高溫高壓電極冷卻水入口 3和高速運(yùn)動(dòng)軸軸套外部的冷卻水套63中通入冷卻水，然后打開高溫高壓水循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的預(yù)熱器和高壓釜的加熱電源開關(guān)60 ；13、待溫度達(dá)到設(shè)定值，并趨于穩(wěn)定后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要利用恒電位儀給試樣上加一恒電位，并穩(wěn)定一段時(shí)間使其處于鈍化狀態(tài)。按下計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕，打開氣缸41下部的放氣閥20。然后，按動(dòng)換向閥開關(guān)14，使氣缸41上部快速充氣，進(jìn)而推動(dòng)氣缸內(nèi)活塞、與活塞桿連接的高速運(yùn)動(dòng)軸10快速向下運(yùn)動(dòng)，由此帶動(dòng)劃頭11從上往下高速劃過(guò)工作電極(試樣)8表面，破壞試樣表面鈍化膜。通過(guò)電化學(xué)工作站快速采集和記錄試樣表面鈍化膜重新成膜過(guò)程中的電流變化，便可獲知材料的再鈍化能力。 14、完成單次高速劃傷后，關(guān)閉氣動(dòng)部分的放氣閥20，拉開換向閥開關(guān)14，使氣缸41下部充氣，進(jìn)而推動(dòng)氣缸內(nèi)活塞、與活塞桿連 接的高速運(yùn)動(dòng)軸10向上運(yùn)動(dòng)，使劃頭11位置恢復(fù)到初始位置。待工作電極(試樣)8表面劃傷位置重新生成鈍化膜后，重復(fù)步驟13可再次進(jìn)行再鈍化實(shí)驗(yàn)研究。
權(quán)利要求
1.一種高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于，該裝置設(shè)有高溫高壓工作電極、高溫高壓輔助電極、高溫高壓參比電極、上下高壓釜蓋、高壓釜體、高速運(yùn)動(dòng)軸、劃頭、環(huán)形加熱器，具體結(jié)構(gòu)如下 高壓釜體和上下兩個(gè)高壓釜蓋構(gòu)成高壓釜，高壓釜體設(shè)置于上下兩個(gè)高壓釜蓋之間，高壓釜體和上下兩個(gè)高壓釜蓋連接；在上高壓釜蓋上設(shè)置熱電偶、高溫高壓工作/輔助電極座和高溫高壓參比電極，高壓釜體內(nèi)設(shè)置輔助電極、劃頭、工作電極，輔助電極和工作電極分別通過(guò)導(dǎo)線穿過(guò)高溫高壓工作/輔助電極座，高溫高壓參比電極的導(dǎo)液管伸至高壓釜體內(nèi)； 高速運(yùn)動(dòng)軸上部穿過(guò)導(dǎo)向板中心的高速運(yùn)動(dòng)軸孔，與導(dǎo)向板連接，導(dǎo)向板外周通過(guò)孔與高壓釜體內(nèi)的支架桿配合，即以支架桿為導(dǎo)桿上下運(yùn)動(dòng)，高速運(yùn)動(dòng)軸和高壓釜之間設(shè)有壓力平衡機(jī)構(gòu)，并通過(guò)密封圈進(jìn)行密封，高速運(yùn)動(dòng)軸下部與氣動(dòng)裝置的氣動(dòng)活塞連桿相連接，高速運(yùn)動(dòng)軸上裝有劃頭，試樣固定槽設(shè)置于固定平臺(tái)上； 高壓釜體的外側(cè)設(shè)置環(huán)形加熱器，高壓釜外設(shè)置雙立柱支架，雙立柱支架上的兩個(gè)立柱立柱I和立柱II平行設(shè)置于上下兩個(gè)高壓釜蓋、高壓釜體、環(huán)形加熱器的兩側(cè)；立柱I上設(shè)置滑塊I，為液壓驅(qū)動(dòng)，立柱II上設(shè)置滑塊II，為手動(dòng)升降盤驅(qū)動(dòng)；滑塊I連有高壓釜體和配重，高壓釜體外側(cè)設(shè)有環(huán)形加熱器，滑塊II連有上高壓釜蓋。
2.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于還包括控制箱，控制箱內(nèi)設(shè)置加熱電源開關(guān)、加熱指示燈、超溫報(bào)警燈、超壓報(bào)警燈、計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕、溫度控制器、加熱電壓調(diào)節(jié)器、壓力顯示器和精密計(jì)時(shí)器；其中，精密計(jì)時(shí)器連有計(jì)時(shí)器復(fù)位按鈕，壓力顯示器連有超壓報(bào)警燈，超溫報(bào)警燈與溫度控制器相連，加熱電源開關(guān)與加熱電壓調(diào)節(jié)器連接，加熱電源開關(guān)連有加熱指示燈，加熱電壓調(diào)節(jié)器與溫度控制器連接，壓力顯示器和溫度控制器連至控制箱內(nèi)部繼電器，控制箱內(nèi)部繼電器通過(guò)導(dǎo)線連接環(huán)形加熱器的電爐絲，形成超溫?cái)嚯娂訜峤Y(jié)構(gòu)和超壓斷電加熱結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于滑塊I的高度通過(guò)液壓機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，立柱I的下部設(shè)有液壓油缸，液壓油缸采用腳踏油泵，在液壓油缸底部外側(cè)連有踏板及彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)；滑塊II與立柱之間采用螺母絲杠的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，立柱II的頂部設(shè)置手動(dòng)升降盤，通過(guò)調(diào)節(jié)手動(dòng)升降盤使滑塊II在立柱II上下運(yùn)動(dòng)。
4.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于通過(guò)壓力平衡機(jī)構(gòu)維持高速運(yùn)動(dòng)軸在高壓釜內(nèi)外的平衡，高速運(yùn)動(dòng)軸采用分段連接的方式，在下高壓釜蓋上設(shè)有高速運(yùn)動(dòng)軸軸套，軸套外部設(shè)有冷卻水套。
5.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于上高壓釜蓋上的熱電偶伸入高壓釜體中，高壓釜?dú)庀嗫诜秩?，分別連接壓力表、安全閥、壓力變送器；上高壓釜蓋設(shè)有與高壓釜體內(nèi)腔相通的排氣通道，所述排氣通道的出氣端裝有高壓釜排氣閥；下高壓釜蓋上設(shè)有與高壓釜體內(nèi)腔相通的進(jìn)氣通道和進(jìn)液通道，所述進(jìn)氣通道的進(jìn)氣端裝有進(jìn)氣閥，所述進(jìn)液通道的進(jìn)液端裝有進(jìn)液閥，進(jìn)液通道伸至與高壓釜體內(nèi)腔的上部。
6.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于輔助電極通過(guò)外部套有聚四氟乙烯熱縮管的鉬絲作為導(dǎo)線點(diǎn)焊在鉬片后面，工作電極通過(guò)外部套有聚四氟乙烯熱縮管的純鎳絲或不銹鋼絲作為導(dǎo)線點(diǎn)焊在金屬試樣上；高溫高壓工作/輔助電極座中設(shè)有高溫膠塞，輔助電極上的導(dǎo)線和工作電極上的導(dǎo)線從高溫高壓工作/輔助電極座中引出。
7.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于還設(shè)有電化學(xué)エ作站，電化學(xué)工作站上的工作電極、輔助電極和參比電極的引線夾頭分別與高溫高壓工作電極導(dǎo)線、高溫高壓輔助電極導(dǎo)線和高溫高壓參比電極導(dǎo)線連接。
8.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于平臺(tái)上開有平臺(tái)升降孔，高壓釜內(nèi)支架桿穿設(shè)于平臺(tái)升降孔，平臺(tái)通過(guò)與平臺(tái)平行的平臺(tái)固定螺栓固定于高壓釜內(nèi)支架桿上，高壓釜內(nèi)支架桿兩端設(shè)有螺紋，高壓釜內(nèi)支架桿通過(guò)螺紋固定于下高壓爸蓋上。
9.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于劃頭后部設(shè)有彈簧，在劃頭側(cè)面設(shè)置劃頭固定螺栓，試樣固定在試樣固定槽中，在試樣背部設(shè)有試樣緊固螺栓于試樣固定槽上，試樣和固定試樣的裝置之間采用絕緣結(jié)構(gòu)聚四氟こ烯槽，聚四氟こ烯槽安裝于試樣固定槽的凹形槽中，凹形槽為收ロ形狀，其開ロ頂部寬度小于底部寬度，便于將工作電極固定于聚四氟こ烯槽中。
10.按照權(quán)利要求I所述的高溫高壓原位高速劃傷裝置，其特征在于氣動(dòng)活塞連桿的一端與高速運(yùn)動(dòng)軸下端相連接，氣動(dòng)活塞連桿的另一端設(shè)有在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，進(jìn)氣口和排氣ロ分別通過(guò)換向閥與氣缸中的兩個(gè)腔連通，通過(guò)換向閥實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸的高速上下運(yùn)動(dòng)；高速運(yùn)動(dòng)軸和氣動(dòng)裝置的氣動(dòng)活塞連桿連接處設(shè)有磁鋼，磁鋼與霍爾傳感器相對(duì)應(yīng)，配合霍爾傳感器和精密計(jì)時(shí)器將高速運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)間精確記錄。
全文摘要
本發(fā)明涉及劃傷裝置，具體為一種高溫高壓原位高速劃傷裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)在高溫高壓環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)原位高速劃傷、劃傷試樣的固定、絕緣、信號(hào)線的引出、高速運(yùn)動(dòng)軸的壓力平衡、密封和劃傷過(guò)程高精度計(jì)時(shí)等一系列問題。該裝置設(shè)有高壓釜、環(huán)形加熱器、手動(dòng)/液壓雙立柱固定支架、控制箱、高速運(yùn)動(dòng)軸、劃頭、試樣固定裝置、氣缸、換向閥、磁鋼、霍爾傳感器和精密計(jì)時(shí)器等，能實(shí)現(xiàn)在高溫高壓環(huán)境中對(duì)金屬試樣表面進(jìn)行原位高速劃傷研究并精確記錄高速劃傷過(guò)程所用時(shí)間，還可通過(guò)安裝在高壓釜上釜蓋的高溫高壓參比電極、高溫高壓工作、輔助電極配合電化學(xué)工作站將劃傷過(guò)程中試樣表面膜由發(fā)生破壞到再鈍化這一過(guò)程的信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。
文檔編號(hào)G01N1/28GK102768133SQ201210250420
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者柯偉, 王儉秋, 酈曉慧, 韓恩厚 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所