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      1. 應力腐蝕試驗機國產化的先行者
        2016-04-26 11:24:35 作者:李玲珊 來源:《腐蝕防護之友》 分享至:

            上海百若試驗儀器有限公司是國內技術領先的材料試驗設備和材料試驗方案的專業制造商和服務商。日前,記者有幸采訪了百若應力腐蝕試驗機研發團隊,聽他們講述應力腐蝕試驗機國產化過程中的那些酸甜苦辣……


        應力腐蝕試驗機國產化迫在眉睫


            2011 年11 月6 日23 時55 分許,吉林松原石油化工股份有限公司脫乙烷塔頂回流罐突然發生爆炸,導致4 人死亡、1 人重傷、6 人輕傷,直接經濟損失達869 萬元。事故調查發現:該設備無有效脫硫手段,H2S 嚴重超標,罐體發生H2S 應力腐蝕(氫脆和氫致開裂),導致災難的發生。“11?6”事故僅僅是應力腐蝕所導致的眾多事故中的一起。研究應力腐蝕開裂對確保安全生產、提高生產效率有著重要意義。

         

            百若研發工程師張小康向記者介紹:在腐蝕性介質環境下的金屬材料由于應力和腐蝕的聯合作用極易發生破壞,且破壞之前沒有大的塑性變形,是一種滯后的低應力脆性破壞。通常,應力腐蝕裂紋的擴展速率比均勻腐蝕要快106 倍,其結果是材料在遠低于常規壽命時失效,導致如“11?6”這種無先兆的災難性事故,尤其是在石油化工、核電等行業。而長期以來,各大高校、科研院所以及工礦企業的實驗室多依賴進口試驗機進行應力腐蝕方面的研究。然而,進口設備存在成本高、設備及軟件針對性不強、設備操作培訓不便、設備維護不夠快捷等方面的問題,給各大實驗室帶來了不小的困擾。加上近年來,我國材料應力腐蝕研究的需求迅速發展,但進口設備的不足對這一研究的發展造成了很大的局限性。因此,應力腐蝕試驗機的國產化開發迫在眉睫。

         

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        上海百若試驗儀器有限公司

         

        應力腐蝕試驗機開發的第一個里程碑

         

            百若研發總工程師趙又杰(后簡稱“趙工”)介紹,在2011 年“11?6”事故發生的幾個月之前,上海百若試驗儀器有限公司已經同上海交通大學核科學與工程學院展開了應力腐蝕試驗機國產化的研究及合作。當時,百若找到了上海交大核科學與工程學院的973 項目的子項目之一的負責人,老師表達了現有進口應力腐蝕試驗設備老舊、針對性差,不能滿足科研研究的現狀,并提出合作開發更貼近國內研究現狀的應力腐蝕試驗機。百若也敏感地注意到了應力腐蝕試驗機在科研和生產制造中潛在巨大需求和填補國內空白的重大意義。于是,一支數十人組成的強大研發隊伍就此建立,對應力腐蝕試驗機的研發進行攻關。


            談及應力腐蝕試驗機研發攻關的關鍵問題,趙工著重講了兩點:“一是如何實現一個符合試驗標準要求的穩定的加載系統,二是如何進行軟件功能優化及擴展。”他們調研了很多進口產品,發現當時的國內市場,沒有任何一個現成產品能實現加載系統的要求;而在進口設備的軟件控制和結果輸出表達并不盡如人意的背景下,要實現試驗過程的簡潔人機交互控制和試驗結果的優化輸出,并要求軟件同時有強大的可擴展性看起來簡直就是“不可能完成的任務”。


            從無到有的創造從來都不是一件容易的事。雖然設備開發初期有理論支持,也有試驗標準作為參考,也一定程度上借鑒了進口設備,但是對于不能拆裝的設備,從外觀上去推測、揣摩其內部結構及如何實現試驗標準要求的功能并不是一項簡單的工作,更何況百若還打算走一條不同于進口設備的創新之路。趙工自豪地說:“我們摒棄了進口設備的安裝和配置方式,將試驗機作模塊化處理,并將加載單元作為一個通用獨立單元輸出載荷,這一獨立加載單元如今已經申請到了國家發明專利,并成為了一款獨立產品;而我們自主研發的試驗軟件系統也成功實現了對試驗結果的定性和定量表達,且其操作簡易性、試驗過程控制的準確性、長期可持續性、試驗中斷后的可恢復性及其豐富的可擴展性,受到了用戶的一致好評,如今也已經成為了一款獨立產品推向了市場。”說到他們自主研發的試驗軟件系統——DCPD測量系統,趙工為記者講述了一個小故事:


            DCPD 測量系統的擴展在軟件上存在很大困難,DCPD 試驗周期長,實驗數據量大,如何采集、選用數據并盡可能真實的反映裂紋萌生和擴展是一個嚴峻的課題,是對軟件工程師的極大考驗。趙工說:“那段時間,每一次開會,我們的研發部部長軟件工程師邵強身上總是帶著濃濃的煙草味道。我們也曾建議過他少抽香煙保重身體,但他總是嘻嘻一笑,說香煙是他靈感的來源,缺了它這個軟件怕是不能成功的。殊不知他常常挑燈夜戰,抽煙是他唯一的提神方法。”于是就在這煙霧繚繞中,一種新的數據選用方法誕生,有效地解決了數據選用的這一難題。


            關鍵問題解決之后,兩臺應力腐蝕試驗機( 一臺單軸拉伸、一臺四軸拉伸試驗機) 就投入生產并調試,并于2011 年7 月成功的應用到上海交通大學核科學與工程學院的實驗室中,完成了百若應力腐蝕試驗機開發的第一個里程碑。自此之后,百若研發團隊針對實際應用中反饋回來的問題展開了討論并提出了有效的解決方案,如:由于密封不好造成的抽真空/ 除氧不徹底可以通過金屬結構壓力密封加以改善,并嘗試使用石墨墊進行密封。隨著各個細節的不斷完善,該設備逐漸成為一款成熟的設備走向市場。

         

        定制型應力腐蝕試驗機開發的第二個里程碑

         

            經過數年的發展,百若研發的應力腐蝕試驗機已經成為了行業內的一個代表性產品,產品的試驗過程穩定性良好,可適應環境的復雜性,且試驗數據可靠。 百若研發工程師張小康介紹,就目前的客戶而言,應力腐蝕試驗機所應用的行業,對試驗環境要求多種多樣,涵蓋了高溫( 可高達650℃左右)、高壓( 可高達30Mpa)、復雜腐蝕環境( 如超純水、超臨界水、鉛鉍、熔鹽、鹽霧、H2S、海水)等多種情況。而這,正是百若不同于其他競爭對手的特色,也最貼合科研前沿的要求。


            但是,對這些極端或復雜環境的應力腐蝕試驗機的設計制造來說,每一個新的產品都意味著一個新的挑戰。趙工說:“這樣的挑戰,在這五六年的時間內不知多少,每一臺設備的背后,都是一個個酸甜苦辣的故事。這其中,最值得講述的大約就是與中國科學院合肥物質科學研究院和中國科學院上海應用物理研究院的合作了。”


            中國科學院合肥物質科學研究院在百若訂購的鉛鉍環境應力腐蝕試驗機,可以說是百若應力腐蝕試驗機研發之路上的第二個里程碑式的標志。百若的客戶群體也因此擴展到了中國最頂尖的科研單位,正式進入了核科學相關領域。趙工說:“核科學領域材料的應力腐蝕研究,對材料試驗環境的極端要求,對試驗機的研發來說是相當苛刻的。作為科研前沿的核科學材料與技術,我們研發團隊的大多數人員都未曾接觸過。好在我們的客戶在給予我們充分信任的同時,也積極地為我們提供一切便利。合作中我們曾經笑稱,這倒像是共建了一個課題組。而這種形式的合作在后來也基本成為了定制型應力腐蝕試驗機開發的常態。對我們來說,客戶有時候不僅僅是客戶,也可以是并肩作戰的伙伴。”

         

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        西安科技大學到百若進行產品考察驗收


            與中國科學院上海應用物理研究院合作開發的這一臺設備,試驗條件更為復雜,要求進行的是熔鹽環境下材料應力腐蝕情況的研究。而熔鹽的特殊性在于其熔點高、硬度高、熔化前后體積變化大、對一般材料腐蝕性大。熔鹽的這些特點幾乎為整個試驗機設備開發的每一個關鍵問題都設置了障礙。任何一個問題不解決都可能意味著這一試驗機無法實現。趙工介紹,這一次大約也終于證實了熔鹽環境的營造和熔鹽環境內的試驗在國際上仍然是未完全攻克的難題,第一次試驗之后他們也遇到了麻煩。試驗后試樣及夾具上殘留的熔鹽,由于其本身的硬度與強度都非常高,將試樣與夾具緊緊粘合在一起,僅能通過長期浸泡的方式加以去除。為解決此問題,他們不斷地提出假設,建立模型,進行論證,推翻假設,前后提出的方案不下于5 個,并通過應用物理所與澳大利亞類似項目研究的團隊交流溝通,最終確定了可行的方案。他自豪地說:“我們創造性地使用了試驗釜與環境釜分開的方案,讓環境釜用于熔化熔鹽,試驗釜僅用于在環境中進行試驗。通過兩個釜中的保護氣體壓力調節實現熔化后的熔鹽在兩個釜之間的流動,一次性解決了溫度控制和確定試樣浸沒位置的兩個問題。而對于熔鹽硬度高的問題,這一方案的使用也大大降低了破碎熔鹽顆粒大小的要求,減輕了試驗操作人員的工作量。而容器材料的問題,鑒于我們的合作對象豐富有資源和雄厚實力,由對方提供了一種自主研發的材料用于所有有高耐腐蝕性要求的部件。”


            這些簡短的故事只是多年來應力腐蝕試驗機研發過程中的許許多多故事的縮影,趙工說:“對我們來說,每一次的挑戰都是一次成長,每一次付出收獲的都是喜悅。從最開始被否定,被認為‘不可能’,到如今我們的應力腐蝕試驗機已經成為了一個成熟產品,我們用努力證明了自己。

         

        追求卓越 最大程度滿足客戶需求

         

            現在,百若不再滿足于僅根據特定用戶需求開發定制產品,更是要為廣大的客戶提供一個完整的解決方案。循環水化學系統,為應力腐蝕試驗提供各種理化性能要求的水環境( 如PH 值、電導率、含氧量等) 的產品就是在這一目標下誕生的又一個廣受歡迎的新產品。而最近,應力腐蝕試驗設備大家庭又增添了新的成員“應力環測試系統”。


            除了應力腐蝕試驗機之外,百若還為客戶提供多種試驗設備以滿足客戶需求。百若董事長孫富榮說:“對我們來說,創新的路沒有終點。我們將繼續秉持這種‘海納百川’的精神,取國內外眾家之長,為客戶提供一流的試驗設備,為國內試驗機行業的創新添磚加瓦。”

         

         

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        責任編輯:劉洋

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