專利名稱：一種晶間腐蝕試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及材料理化檢測分析領域，特別是指一種自動化的晶間腐蝕試驗裝置。
背景技術：
隨著工業生產和科學技術的不斷發展，不銹鋼已廣泛應用于石油、化工、航空、船舶等部門。不銹鋼的晶間腐蝕是生產和使用中的重要問題，由于晶間腐蝕的發生，常常使材料的強度幾乎完全消失，使企業和國家財產受到損失。因此，對不銹鋼晶間腐蝕及其試驗技術的深入研究，將為不銹鋼產品質量的提高起到重要的作用。但是，目前晶間腐蝕試驗技術一直處于原始狀態，使用的試驗裝置幾乎都是由錐形瓶、電熱爐和冷凝管組成的簡陋裝置，如圖I所示。這種裝置的操作和參數狀態的控制都是手工進行，冷卻水由自來水提供，試驗時須要試驗人員日夜值班，以便在發生斷水和錐形瓶由于長時間加熱導致破裂的情況下能及時斷開電源，防止事故的發生。該裝置雖能基本達到試驗標準所規定的要求，但試驗效率低、操作煩瑣、自動化程度低、參數控制精確度低， 而且要求試驗人員具有一定的操作熟練程度。

發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提出一種晶間腐蝕試驗裝置，解決晶間腐蝕試驗參數控制精確度低、自動化程度低以及裝料量有限等問題。基于上述目的，本發明提供的一種晶間腐蝕試驗裝置包括加熱裝置和冷凝裝置， 該加熱裝置包括玻璃容器、容器頂蓋、冷凝管、溫度傳感器A、溫度控制器A、加熱器、加熱桶、噴淋裝置、烘干裝置；其中，加熱器置于加熱桶內，玻璃容器置于加熱桶內并置于加熱器上，噴淋裝置的噴水嘴位于加熱桶內壁的上方、排水口位于加熱桶的最下方，烘干裝置的熱風出口位于加熱桶內壁的下方；溫度傳感器A伸入溶液液面下，冷凝管插于容器頂蓋；溫度控制器A用于接收溫度傳感器A反饋的溫度信號，并控制加熱器的輸出；噴淋裝置用于在試驗開始前對玻璃容器外壁和加熱器表面進行噴淋，廢液通過排水口排出，烘干裝置用于對玻璃容器外壁、加熱器表面、加熱桶內壁進行烘干。可選的，所述烘干裝置包括熱風出口和熱風源，兩者通過管道連接。可選的，所述加熱裝置還包括加熱桶旁的支架、該加熱裝置最外層的外殼以及外殼上的觀察窗。較佳的，所述玻璃容器為廣口的耐熱石英玻璃容器；和/或所述加熱桶采用不銹鋼制成；和/或所述容器頂蓋包括膠墊和不銹鋼墊，該膠墊通過膠粘連于不銹鋼墊的下面；和/或所述加熱器為鑄鋁板加熱器，由鑄鋁包裹電阻絲構成。可選的，所述加熱裝置還包括加熱輸出控制器A，所述溫度控制器A發生溫度控制指令信號到加熱輸出控制器A，加熱輸出控制器A按照所述指令信號控制加熱器的輸出功率和加熱時間。較優的，所述加熱裝置中在所述溫度控制器A與加熱輸出控制器A之間還連接有比例微分積分(PID)調節器，用于對加熱輸出控制器A發出的所述指令信號進行精確調節后輸出到加熱輸出控制器A。可選的，所述加熱裝置還包括清洗噴水延時、電磁閥、熱風烘干延時、加熱輸出控制器B ;清洗噴水延時用于設定并控制清洗時間，將控制信號發送給電磁閥，由電磁閥控制噴水嘴；熱風烘干延時用于設定并控制烘干時間，將控制信號發送給加熱輸出控制器B，由加熱輸出控制器B控制熱風源。較佳的，所述加熱裝置還包括主回路輸出、溫度傳感器B、水位傳感器、稀釋噴水延時、超溫保護；溫度傳感器B設置在加熱桶與玻璃容器之間，與加熱輸出控制器B連接，用于反饋溫度信號給加熱輸出控制器B，加熱輸出控制器B根據反饋的溫度信號控制熱風源；超溫保護與主回路輸出、溫度控制器A分別連接，溫度控制器A在溶液超溫時發送控制信號給超溫保護，主回路輸出接收到超溫保護發出的信號后，命令電源斷開；當電流過載時，主回路輸出命令電源斷開；稀釋噴水延時分別與水位傳感器、主回路輸出、電磁閥連接，當所述加熱桶中水位過高時，水位傳感器向稀釋噴水延時發送信號，稀釋噴水延時根據設定的延時時間控制電磁閥打開和關閉，在電磁閥關閉后向主回路輸出發送命令使電源斷開。可選的，所述加熱裝置還包括整流器和發光二極管，加熱桶內壁和玻璃容器外壁之間的發光二極管通過整流器連接于主回路輸出，起照明作用。較佳的，所述冷凝裝置包括低溫恒溫槽、溫度控制器B、溫度傳感器C、壓縮機和循環水泵；壓縮機用于對低溫恒溫槽冷卻，循環水泵用于將低溫恒溫槽中的冷卻水抽至冷凝管，溫度控制器B用于接收設置在低溫恒溫槽中的溫度傳感器C的溫度信號，控制壓縮機。從上面所述可以看出，本發明提供的一種晶間腐蝕試驗裝置通過優化設計，(I)提高了試驗前期準備以及試驗過程中參數控制的精確度和自動化程度，使試驗操作高效、便捷及智能化；(2)增大容器容積，提高了試樣和腐蝕液的裝填量，從而縮短了試驗時間；(3) 冷凝水反復利用，節約了水資源，且不受停水的制約；(4)當溶液超溫、電流過載、容器意外破裂時系統自動停止加熱，可避免潛在危險，保障試驗安全進行。


圖I為“電爐-錐形瓶-冷凝管”式晶間腐蝕裝置示意圖；圖2為本發明實施例加熱裝置的示意圖；圖3為本發明實施例加熱裝置的俯視圖；圖4為本發明實施例控制結構框圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。本發明提供的一種晶間腐蝕試驗裝置包括加熱裝置和冷凝裝置，該加熱裝置包括玻璃容器、容器頂蓋、冷凝管、溫度傳感器、溫度控制器、加熱器、加熱桶、噴淋裝置、烘干裝置；其中，加熱器置于加熱桶內，玻璃容器置于加熱桶內并置于加熱器上，噴淋裝置的噴水嘴位于加熱桶內壁的上方、排水口位于加熱桶的最下方，烘干裝置的熱風出口位于加熱桶內壁的下方；溫度傳感器伸入溶液液面下，冷凝管插于容器頂蓋；溫度控制器用于接收溫度傳感器反饋的溫度信號，并控制加熱器的輸出；噴淋裝置用于在試驗開始前對玻璃容器外壁和加熱器表面進行噴淋，廢液通過排水口排出，烘干裝置用于對玻璃容器外壁、加熱器表面、加熱桶內壁進行烘干。作為一個實施例，所述晶間腐蝕試驗裝置包括加熱裝置和冷凝裝置，加熱裝置的示意圖和俯視圖分別如圖2和圖3所示。從圖中可以看出，加熱裝置包括玻璃容器8、容器頂蓋2、冷凝管I、溫度傳感器A3、溫度控制器A(圖4中顯示)、加熱器12、加熱桶10、噴水嘴4、排水口 13、熱風出口 11、熱風源5、支架7、外殼6和觀察窗9。其中，加熱器12設置在加熱桶10內，并置于其底部，用以加熱玻璃容器8。玻璃容器8設置在加熱桶10內并置于加熱器12上面，用以裝載晶間腐蝕試驗過程中的腐蝕液、試驗樣品及銅屑。噴水嘴4位于加熱桶內壁的上方，用于噴淋清洗玻璃容器的外壁和加熱器 12的表面。鼓風機5通過管道與熱風出口 11相連，熱風出口 11位于加熱桶內壁的下方，用于烘干噴淋清洗玻璃容器8的外壁和加熱器12的表面。排水口 13位于加熱桶10的最下方，用于排放加熱桶10中的廢液。溫度傳感器A3插于容器頂蓋2并伸入溶液液面下，用以感應溶液實際溫度，并將溫度信號反饋給溫度控制器A。冷凝管I插于容器頂蓋2，用于冷凝溶液蒸汽。加熱桶10的旁邊設有支架7，用來支撐、固定容器頂蓋2和冷凝管1，方便上下移動容器頂蓋2和冷凝管I。該加熱裝置最外層為正上方開口的外殼6，用以保證裝置和人身安全，且在外殼6上安裝觀察窗9，以便隨時觀察容器內的試驗情況。可選的，噴水嘴至少一個；熱風出口至少一個；排水口至少一個；熱風源為鼓風機。該玻璃容器8由耐熱石英玻璃制成，且為廣口玻璃容器。優選的，以5L的燒杯替代錐形瓶，以增加試樣和腐蝕液的填充量。據試驗對比，原有試驗技術一次試驗只能裝載
15 20片試樣，而本發明中的廣口玻璃容器8可裝載35 40片試樣，大大提高試驗效率。 而且使用石英玻璃材料，容器壁厚增至5_，使容器抗溫度變化、抗打擊能力增強。容器頂蓋2包括膠墊和不銹鋼墊，兩者通過膠粘連。該膠墊位于不銹鋼墊的下面， 用于嚴格密封玻璃容器8，確保容器在試驗過程中的密封性；不銹鋼墊用于承載冷凝管I、 溫度傳感器A3的重量，防止在試驗時由于重心不穩而發生嚴重傾斜。加熱桶10采用不銹鋼制成，以減少玻璃容器8破裂時腐蝕液對加熱桶的腐蝕；同時還用于放置玻璃容器8，并起到保持容器溫度的作用。加熱器12為平板加熱器，優選的， 采用由鑄鋁封裝包裹電阻絲構成的鑄鋁板加熱器，具有加熱均勻、無污染、抗腐蝕、容易清洗、不產生明火等優點。冷凝管I由豎直管裝套螺旋管組成，螺旋管密集排列，以達到最大限度的對溶液蒸汽進行冷卻。外殼6采用不銹鋼材料靜電噴粉制成。較佳的，在外殼6的I 4個側面分別安裝觀察窗9。支架7由不銹鋼材料制成，并在夾冷凝管處配有橡膠墊起減震作用；同時支架還配有旋轉手柄，逆時針方向旋轉即可松開支架7將其手動上下移動，順時針方向旋轉即可鎖緊支架固定容器頂蓋2和冷凝管I。本發明的控制結構框圖如圖4所示，加熱裝置的結構包括主回路輸出、噴淋控制單元41、溫度及時間控制單元42和自動保護及輔助單元43，冷凝裝置的結構包括冷凝控制單元44。噴淋控制單元41溫度及時間控制單元42和自動保護及輔助單元43分別與主回路輸出相連。同時，溫度及時間控制單元42、噴淋控制單元41分別與自動保護及輔助單元 43連接。由于冷凝控制單元44獨立供電，因此，當加熱結束時或者當自動保護及輔助單元 43啟動時，電源斷開，這3個單元均停止工作，冷凝控制單元44仍然繼續運行，直至冷凝管中無冷凝溶液回流為止。(I)噴淋控制單元41該單元包括清洗噴水延時、電磁閥、噴水嘴、熱風烘干延時、加熱輸出控制器B、設置在熱風源5中的電熱絲加熱器和溫度傳感器B。清洗噴水延時、熱風烘干延時分別與主回路輸出連接，電磁閥分別與清洗噴水延時、噴水嘴連接，加熱輸出控制器B分別與熱風烘干延時、電熱絲加熱器、溫度傳感器B相連。晶間腐蝕試驗開始前，先在清洗噴水延時和熱風烘干延時上分別設定噴淋時間和烘干時間。優選的，設定噴淋時間為30 40秒，烘干時間為15分鐘。設定完成后，電磁閥開啟，噴水嘴噴出的清水對玻璃容器8的外壁和加熱器12 的表面進行噴淋清洗，清水從加熱桶下方的排水口流出。到達設定的噴淋時間后，電磁閥關閉，噴水嘴停止噴淋。清洗結束后，啟動熱風烘干延時，加熱輸出控制器B接收到熱風烘干延時的信號后，發出使鼓風機中的電熱絲加熱器啟動的命令，熱風從熱風出口吹入加熱桶，對玻璃容器 8外壁、加熱器12表面和加熱桶10內壁進行烘干，到達設定的烘干時間后加熱輸出控制器 B發出使電熱絲加熱器停止加熱的指令，熱風停止。若加熱桶10內的溫度高于設定溫度時，加熱輸出控制器B接收到溫度傳感器B發出的反饋信號后，命令電熱絲加熱器停止加熱。然后，加熱器升溫，對玻璃容器進行加熱，使溶液持續保持微沸狀態，開始晶間腐蝕試驗過程。本發明弓丨入該單元，使得試驗前無需人工擦洗殘留在玻璃容器外壁以及從玻璃容器外壁流淌到加熱器表面的腐蝕液，不但提高清潔度，還能節省人力，節約時間，也可防止擦洗時出現玻璃容器滑落等意外，使得試驗更加規范化、標準化、自動化。(2)溫度及時間控制單元42該單元包括加熱器、溫度傳感器A、溫度控制器A、比例微分積分(PID)調節器、加熱輸出控制器A。溫度控制器A分別與主回路輸出、溫度傳感器A、PID調節器相連，同時， 加熱輸出控制器A分別與PID調節器、加熱器連接。采用玻璃封套封裝金屬傳感器作為溫度傳感器A，經計量顯示溫度差小于O. I0C0 較佳的，在容器頂蓋上插接2個相同的溫度傳感器A，其中一個作為正常試驗時使用，當該溫度傳感器A出現故障時，另一個作為備用使得試驗繼續進行。溫度控制器A采用臺灣 CAH0P961 PR02可編程溫度控制器。在溫度控制器上設定加熱溫度和加熱時間，當溶液溫度遠低于設定溫度時，溫度控制器A接收到溫度傳感器A反饋的溫度信號后，命令PID調節器啟動，使得加熱輸出控制器A作出精確的判斷，加熱器啟動功率輸出或者提高輸出功率，加速對溶液加熱；當溶液溫度稍低于設定溫度時，溫度傳感器A反饋信號，加熱器輸出功率減少，緩慢對溶液加熱；當溶液溫度高于設定溫度時，溫度傳感器A反饋信號，加熱器停止輸出功率。當到達設定的加熱時間時，溫度控制器發出程序結束的信號后，加熱器12停止輸出，溶液自然冷卻。該單元保證溶液在設定的加熱時間內一直保持微沸狀態，提高了試驗過程的自動化程度和參數控制的精確度。注意溫度控制器顯示的溫度為溶液設定溫度和實際溫度，不是加熱器溫度。(3)自動保護及輔助控制單元43該單元包括超溫保護、水位傳感器、稀釋噴水延時、整流器和發光二極管。超溫保護與主回路輸出相連，并同時與溫度控制器A連接使本單元與溫度及時間控制單元42相連；稀釋噴水延時分別與水位傳感器、主回路輸出相連，同時稀釋噴水延時與電磁閥連接， 使本單元與噴淋控制單元41相連；加熱桶10內壁和玻璃容器8外壁之間的發光二極管通過整流器連接于主回路輸出。當透過觀察窗9觀察玻璃容器8內的試驗狀況時，啟動發光二極管，起照明作用。 當玻璃容器8破裂時，容器中的腐蝕液流到加熱桶10中，稀釋噴水延時接收到水位傳感器發出的信號后，通過電磁閥打開噴水嘴，稀釋流出的腐蝕液，防止裝置被腐蝕。到達稀釋噴水延時的設定時間后，電磁閥關閉噴水嘴，稀釋液從加熱桶10底部的排水口 13流出，并同時向主回路輸出報警，使電源自動斷開。當試驗溶液超溫時，超溫保護接收到溫度控制器A 發出的信號后，將信號反饋給主回路輸出，電源自動切斷，以保證試驗的安全。當試驗中電流過載時,主回路輸出命令電源斷開。(4)冷凝控制單元44該單元包括低溫恒溫槽、溫度控制器B、溫度傳感器C、壓縮機和循環水泵。循環水泵與低溫恒溫槽相連，溫度控制器B分別與低溫恒溫槽、壓縮機、溫度傳感器C連接，同時冷凝管I與該單元的水泵相連，使冷凝裝置與加熱裝置連接在一起。低溫恒溫槽用于承載冷凝水；溫度傳感器C置于低溫恒溫槽中用于感應冷凝水的溫度變化；冷凝水采用蒸餾水，流過冷凝管用于冷卻溶液蒸氣。循環水泵將低溫恒溫槽中的冷凝水抽出，并進入冷凝管1，冷凝水流過冷凝管I冷卻溶液蒸汽后流回低溫恒溫槽，從而形成回路。冷凝水對溶液蒸汽冷卻過程中，自身溫度會不斷升高，當冷凝水溫度超過設定溫度上限時，溫度控制器B接收到溫度傳感器C的信號后，命令壓縮機開始工作，對低溫恒溫槽中的冷凝水進行冷卻；當冷凝水溫度達到設定溫度下限時，溫度控制器B接收到溫度傳感器C的信號后，命令壓縮機冷卻工作停止。由于采用循環水方式進行冷卻，試驗過程中不使用自來水，當發生停水情況時試驗依然可以安全進行；而且冷凝水用量從5噸/次降至O. I噸/次，節約用水量98%;冷凝水使用蒸餾水代替自來水，有效控制冷凝管中水堿等雜質的沉積，保證冷凝管的長期有效性。所屬領域的普通技術人員應當理解以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種晶間腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述晶間腐蝕試驗裝置包括加熱裝置和冷凝裝置，該加熱裝置包括玻璃容器、容器頂蓋、冷凝管、溫度傳感器A、溫度控制器A、加熱器、 加熱桶、噴淋裝置、烘干裝置；其中，加熱器置于加熱桶內，玻璃容器置于加熱桶內并置于加熱器上，噴淋裝置的噴水嘴位于加熱桶內壁的上方、排水口位于加熱桶的最下方，烘干裝置的熱風出口位于加熱桶內壁的下方；溫度傳感器A伸入溶液液面下，冷凝管插于容器頂蓋； 溫度控制器A用于接收溫度傳感器A反饋的溫度信號，并控制加熱器的輸出；噴淋裝置用于在試驗開始前對玻璃容器外壁和加熱器表面進行噴淋，廢液通過排水口排出，烘干裝置用于對玻璃容器外壁、加熱器表面、加熱桶內壁進行烘干。
2.根據權利要求I所述的一種晶間腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述烘干裝置包括熱風出口和熱風源，兩者通過管道連接。
3.根據權利要求I所述的一種晶間腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述加熱裝置還包括加熱桶旁的支架、該加熱裝置最外層的外殼以及外殼上的觀察窗。
4.根據權利要求I所述的一種晶間腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述玻璃容器為廣口的耐熱石英玻璃容器；和/或所述加熱桶采用不銹鋼制成；和/或所述容器頂蓋包括膠墊和不銹鋼墊，該膠墊通過膠粘連于不銹鋼墊的下面；和/或所述加熱器為鑄鋁板加熱器，由鑄鋁包裹電阻絲構成。
5.根據權利要求I所述的一種晶間腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述加熱裝置還包括加熱輸出控制器A，所述溫度控制器A發生溫度控制指令信號到加熱輸出控制器A，加熱輸出控制器A按照所述指令信號控制加熱器的輸出功率和加熱時間。
6.根據權利要求5所述的一種晶間腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述加熱裝置中在所述溫度控制器A與加熱輸出控制器A之間還連接有比例微分積分(PID)調節器，用于對加熱輸出控制器A發出的所述指令信號進行精確調節后輸出到加熱輸出控制器A。
7.根據權利要求I所述的一種晶間腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述加熱裝置還包括 清洗噴水延時、電磁閥、熱風烘干延時、加熱輸出控制器B ;清洗噴水延時用于設定并控制清洗時間，將控制信號發送給電磁閥，由電磁閥控制噴水嘴；熱風烘干延時用于設定并控制烘干時間，將控制信號發送給加熱輸出控制器B，由加熱輸出控制器B控制熱風源。
8.根據權利要求I至7任意一項所述的一種晶間腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述加熱裝置還包括主回路輸出、溫度傳感器B、水位傳感器、稀釋噴水延時、超溫保護；溫度傳感器B設置在加熱桶與玻璃容器之間，與加熱輸出控制器B連接，用于反饋溫度信號給加熱輸出控制器B，加熱輸出控制器B根據反饋的溫度信號控制熱風源；超溫保護與主回路輸出、溫度控制器A分別連接，溫度控制器A在溶液超溫時發送控制信號給超溫保護，主回路輸出接收到超溫保護發出的信號后，命令電源斷開；當電流過載時，主回路輸出命令電源斷開；稀釋噴水延時分別與水位傳感器、主回路輸出、電磁閥連接，當所述加熱桶中水位過高時，水位傳感器向稀釋噴水延時發送信號，稀釋噴水延時根據設定的延時時間控制電磁閥打開和關閉，在電磁閥關閉后向主回路輸出發送命令使電源斷開。
9.根據權利要求8所述的一種晶間腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述加熱裝置還包括整流器和發光二極管，加熱桶內壁和玻璃容器外壁之間的發光二極管通過整流器連接于主回路輸出，起照明作用。
10.根據權利要求I所述的一種晶間腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述冷凝裝置包括低溫恒溫槽、溫度控制器B、溫度傳感器C、壓縮機和循環水泵；壓縮機用于對低溫恒溫槽冷卻，循環水泵用于將低溫恒溫槽中的冷卻水抽至冷凝管，溫度控制器B用于接收設置在低溫恒溫槽中的溫度傳感器C的溫度信號，控制壓縮機。
全文摘要
本發明公開了一種晶間腐蝕試驗裝置，包括加熱裝置和冷凝裝置，該加熱裝置包括玻璃容器、容器頂蓋、冷凝管、溫度傳感器、溫度控制器、加熱器、加熱桶、噴淋裝置、烘干裝置。其中，加熱器置于加熱桶內，玻璃容器置于加熱桶內并置于加熱器上，噴淋裝置的噴水嘴位于加熱桶內壁的上方、排水口位于加熱桶的最下方，烘干裝置的熱風出口位于加熱桶內壁的下方；溫度傳感器伸入溶液液面下，冷凝管插于容器頂蓋；溫度控制器用于接收溫度傳感器反饋的溫度信號，并控制加熱器的輸出。該裝置通過優化設計，提高了試驗前期準備以及試驗過程中參數控制的精確度和自動化程度，使試驗操作高效、便捷及智能化；提高試驗安全性。
文檔編號G01N17/00GK102590071SQ20121003416
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月15日 優先權日2012年2月15日
發明者仲瑩瑩, 任毅, 單達文, 張麗霞, 張銳, 楊京, 沈楓, 王辰旭, 邢蕊, 陳永碧 申請人:航天科工防御技術研究試驗中心