[发明专利]焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压环境下焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置及其操作方法，具体地说是研究高压输送管线焊接接头在凝析水等薄液膜环境中的腐蚀电化学测试装置及方法。

背景技术

在天然气的生产输送过程中，未经深度脱水的湿天然气可能会由于管道与外部环境之间的热传导作用在管道顶部或侧壁析出呈薄液膜状的凝析水，造成输送管线的顶部腐蚀。当天然气中含有酸性气体时，则会导致凝析水的酸化，加剧了顶部腐蚀的严重性。此外，管线焊接接头部位存在的组织不均匀性也会增加顶部腐蚀的可能性和复杂性。对于高压输送管线在薄液膜腐蚀环境下的研究，国内外大多采用挂片法，采用腐蚀形貌分析和腐蚀失重对管线钢的顶部腐蚀性能进行评价，至今缺少高压薄液膜环境下管线钢，特别是管线焊接接头腐蚀过程的原位测试装置及方法。采用电化学测试的方法可监测材料在薄液膜环境下的腐蚀过程和腐蚀机理，进而为腐蚀失效控制提供理论依据，现已发现相关专利和文献报道，其测试体系主要针对大气环境中的金属在薄液膜下的腐蚀，所用装置仅能实现样品在常压下的电化学测试，且实验对象多为单一均匀材质，少有针对焊接接头的研究装置和实现方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置及其操作方法，其液膜厚度可精确测量或控制，通过原位电化学监测，再现焊接接头在薄液膜环境下的腐蚀失效过程，为防控措施的制定提供重要参考依据。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置，以高压拉伸试验机为基础，设计焊接接头电化学测试模块和样品表面薄液膜厚度测试和控制模块；所述的电化学测试模块包括电化学工作站、作为工作电极的焊接接头、固态Ag/AgCl参比电极、环形辅助电极、电极线以及控制开关，焊接接头由母材区试样、热影响区试样和焊缝区试样构成，各区之间相互绝缘；焊接接头试样周围均匀分布有30支固态Ag/AgCl参比电极，焊接接头试样和Ag/AgCl参比电极一同封装于高强度树脂内，以提高高压环境下电极的稳定性；高强度树脂外围套装环形辅助电极，二者均固定在样品架上，并与样品架一同置于高压反应釜体内部，沿样品架环向间隔120°装有三个水平调节螺栓，结合水平仪可调节测试面水平；电极线由焊缝区试样引线、热影响区试样引线、母材区试样引线、参比电极引线、环形辅助电极引线从样品架的穿线孔引出后规整而成，电极线一端穿过高压釜盖，并由电极线密封件密封，电极线通过控制开关与电化学工作站连接；通过控制开关可实现接头各区单独或耦合条件下的电化学测试；所述的样品表面薄液膜厚度测试和控制模块包括万用表、控制开关、电极线、焊缝区试样、高压拉伸试验机及固定在高压拉伸试验机拉伸杆上的铂探针，高压釜盖上装有拉伸杆，二者之间通过绝缘密封圈实现高压密封，拉伸杆可由高压拉伸试验机控制其上下移动，横梁安装在拉伸杆上，在拉伸杆的两侧对称安装两支高精度位移传感器，位移传感器的夹持端与横梁之间固定连接，测试端与高压釜盖接触，当拉伸杆上下移动时，位移传感器发生伸缩，其伸缩量即为拉伸杆的移动范围，当铂探针与焊缝区试样或液面接触时，万用表监测的电阻值均会发生突变，两次电阻突变间铂探针的移动距离即为液膜的厚度。

为解决上述问题，本发明提供了一种焊接接头在薄液膜中的电化学测试装置的操作方法，包括如下步骤：

S1、将焊接接头电化学测试三电极体系安装在样品架上，并置于高压拉伸试验机高压反应釜体内部，通过水平仪调节样品架上的水平调节螺栓，使测试面保持水平；

S2、将电极线从高压釜盖穿线孔引出，并采用电极线密封件密封，电极线依次连接至控制开关和电化学工作站，随后将高压釜盖与高压反应釜体之间密封；

S3、将焊缝区试样引线与拉伸杆之间用万用表相连，闭合控制开关，并将万用表调至电阻测试功能，控制高压拉伸试验机使拉伸杆缓慢下降，当拉伸杆上的铂探针与焊缝区试样接触的瞬间，万用表导通，焊缝区试样引线与拉伸杆之间的电阻由无穷大变为零，记下此时两支位移传感器的平均示数L₁；