[发明专利]基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法及系统

说明书

本发明实施例公开了一种基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法及系统，基于断裂力学理论，用于静密封隔绝环境中材料与高压氢气的相容性试验方法，采用紧凑拉伸试样(CT试样)与螺栓加载紧凑拉伸试样(WOL试样)进行，通过该试验方法可以衡量试样材料在恒位移加载状态下的裂纹氢致开裂敏感性以及螺栓加载紧凑拉伸试样在高压氢环境中的临界应力强度因子值K_IH，根据本发明方法获得的材料参数不仅可用于衡量材料在高压氢环境中的适用性，还可以为氢环境服役装备的设计制造提供必要的设计参数，试验过程可采用远程监控，避免试验人员近距离接触氢气高压试验装置，降低了试验风险。

技术领域

本发明实施例涉及材料力学性能测试与表征技术领域，具体涉及基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法及系统。

背景技术

氢气作为未来的新兴能源，具备来源广泛、排放产物无污染等优势。与氢气直接接触的氢气制取、储运、加氢等设备是氢能发展的关键设备，其安全性也越来越重要，而用于氢气储运设备中的金属材料、非金属材料与氢气接触后会发生氢脆现象，在高压氢气中则会更加明显。为此，在进行氢气制取、储运、加氢等设备的设计制造之前，需要对材料开展与氢气的相容性评价，用于判断材料是否可以在高压氢气环境中进行服役。

现有的材料与氢气的相容评价试验方法有压差式实验、环境中横拉伸试验等。目前工程用氢气压力可分为35MPa、70MPa、90MPa、103MPa甚至更高，由于氢气具有易泄露、易燃、易爆的特性，在开展材料与氢气的相容评价试验时面临许多技术困难，如实时加载中的滑动密封困难、近距离操作存在危险性等。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法，以解决现有的材料与氢气的相容性评价试验存在动密封难、试验危险性大等技术困难的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，一种基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法，所述方法包括：

使用待测试材料制备紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样；

对所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样分别进行疲劳裂纹预制；

对预制疲劳裂纹的所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样分别加载载荷；

将加载载荷的所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样分别在静密封高压氢气环境中放置一段时间进行试验；

试验完成后对所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样进行卸载；

对卸载后的所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样进行冷脆拉断，分别测量并计算试样在试验前后的断面裂纹扩展量Δl；

根据所述断面裂纹扩展量Δl分别对所述紧凑拉伸试样、螺栓加载紧凑拉伸试样与高压氢气的相容性进行评价，并计算螺栓加载紧凑拉伸试样在高压氢气环境下的临界应力强度因子值K_IH。

进一步地，所述根据所述断面裂纹扩展量分别对所述紧凑拉伸试样、螺栓加载紧凑拉伸试样与高压氢气的相容性进行评价，并计算螺栓加载紧凑拉伸试样在高压氢气环境下的临界应力强度因子值K_IH，包括：

对于所述紧凑拉伸试样，

若0≤Δl≤0.25mm，且满足平面应变假设准则则该试样材料适用于试验压力下的氢气环境；

若0≤Δl≤0.25mm，但不满足平面应变假设准则在满足未爆先漏设计准则条件下，则该试样材料可选用试验时的厚度适用于试验压力下的氢气环境；

若Δl＞0.25mm，则该试样材料不适用于该试验压力下的氢气环境；