CN100575915C - 测定无塑性转变温度的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明的测定无塑性转变温度的方法与装置涉及制造压力容器特别是核反应堆等核容器使用的金属材料的无塑性转变温度的测量方法和装置。本发明提供一种在测定金属材料的无塑性转变温度的试件堆焊出裂纹源焊道时，减少由于温度升高造成试件组织和晶粒度变化的方法包括以下步骤：试件制作、在试件上堆焊裂源焊道、试件冷却和落锤试验；其中堆焊裂源焊道的步骤是将试件放置在带冷却装置的堆焊台上，在试件上堆焊出裂纹源焊道。同时还提供了测定无塑性转变温度的装置。本发明能有效的控制试件在堆焊裂纹源焊道时的温度，减少给试件引起的组织变化造成试验数据的误差，提高了试验的准确度。

Description

测定无塑性转变温度的方法与装置

技术领域

本发明涉及制造压力容器特别是核反应堆等核容器使用的金属材料的无塑性转变温度的测量方法和装置。

背景技术

铁素体钢的无塑性转变温度即Nil-ductility transitionTemperature(NDTT)是评定钢材的抗脆断性能的关键参数，在压力容器，特别是核设备制造材料选用中具有重要意义。

无塑性转变温度在断裂力学中用于评价材料设计断裂韧性值K_tc的基准温度，它不仅代表材料防止脆断的倾向，而且也代表材料的弹塑性力学性能。因此无塑性转变温度对于保证压力容器的抗脆断性能，特别是受核辐射时不发生脆断具有重要作用。现在世界上测定金属无塑性转变温度的权威方法是ASTM E208-95标准，我国根据该方法进行了等效转换，制定和发布了GB6803-1986标准，该方法规定了获得准确的无塑性转变温度的原理。在该标准中，试件的制作过程包括样坯的切取(冷剪，横向)、机械加工、堆焊裂纹源焊道和加工缺口，然后将试件冷却到要求试验的温度，然后再通过落锤试验机进行试验。如2004年2月出版的《山东冶金》第26卷第1期的《落锤试验测定船板的无塑性转变温度》也记载了铁素体结构钢测定无塑性转变温度的原理、试验步骤和方法。虽然人们现已确定了获得无塑性转变温度的原理，但是在目前已有的技术中尚无完整实施这一原理及上述标准方法取得准确测定数据的方法和装置。

试验测定的无塑性转变温度应该是试样本身的无塑性转变温度，即对经过指定工序过程后得到的特定组织结构的产品按照规定取得试样的无塑性转变温度。根据公认的金属学原理通常情况下不同组织结构的材料具有不同的无塑性转变温度，所以保证测试样件的组织结构与产品本体一致是测得准确的无塑性转变温度的必要前提。然而在现有技术中对所测试样堆焊裂纹源焊道时，既未考虑堆焊时产生的热量对试件组织结构的影响，更没有去除这些热量使试件受热后温度不至于升高到足以发生组织结构变化的范围之内。

目前众多的实验测定结果都证明了上述观点。当用两种不同的堆焊电流如分别为180A和160A时，试样为SA508Gr.3Cl.1钢的堆焊处的热影响区的组织和晶粒度就有明显区别，它们中贝氏体、板条马氏体晶粒的大小、数量都不同。由于马氏体有很强的低温脆性，金属材料中它的量越大，材料越易脆性断裂，而且材料的晶粒越大，脆性转变温度越高，即测得的无塑性转变温度越大高。已有的实际测定显示，在其它条件固定的情况下，用180A和160A两种大小的电流堆焊试件后测得的无塑性转变温度相差达15℃之多。

而在已经公开的测定标准和方法中都没有提供解决在堆焊裂纹源焊道时由于温度升高太多使试验测得的数据与真实值之间存在很大的误差的方法。

另外，现有的测量方法和装置都是把试样块置于落锤试验机以外的试件恒温槽中冷却到比要求的试验温度低2摄氏度，再从试件恒温槽中取出试样，放到落锤实验机的进行落锤试验，以熟练的操作完成整个过程的时间不少于二十秒。现阶段的核反应堆材料的无塑性转变温度通常≤-30℃，普通核废料贮罐使用的SA350 LF5材料的无塑性转变温度要求≤-50℃，而现在使用的SA 508M材料的核废料贮罐无塑性转变温度已经要求≤-120℃。随着制作这些设备的新材料的研制，它们的无塑性转变温度将进一步降低。因此现有的测定方法中还存在以下缺点。

(1)目前最通常的做法是，将试样放置在保温的试件恒温槽中，将乙醇倒入槽中，用水银温度计测温，通过控制加入干冰(固体二氧化碳)和乙醇的量，达到测量所需的温度。在冷却过程中不能准确控制干冰(固体二氧化碳)和乙醇的用量和检测实际冷却温度，也不能对试样的冷却过程客观记录，难以达到ASTM E208或GB6803-1986要求的测定准确度±1℃。同时，由于采用乙醇加干冰的极限温度是-75℃，要求低于此温度的试验就没法进行。

(2)当在室温下进行测定时，由于试件的温度极低，将试件从恒温槽放到落锤实验机的过程中，试件移送时间过长，造成试件的温度升高，影响了测定温度的准确性。

综上所述，现有的无塑性转变温度测定方法及装置无法准确测得要求的无塑性转变温度，尤其无法准确测得第三代核电设备的无塑性转变温度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在测定金属材料的无塑性转变温度的试件堆焊出裂纹源焊道时，减少由于温度升高造成试件组织和晶粒度变化的方法及装置。

本发明所采用的测定无塑性转变温度的方法，包括以下步骤：试件制作、在试件上堆焊裂源焊道、试件冷却和落锤试验；其中堆焊裂源焊道的步骤是将试件放置在带冷却装置的堆焊台上，在试件上堆焊出裂纹源焊道。

作为本发明的方法的一种改进，堆焊台的冷却装置是采用通入冷却介质的箱体，并将试件放置在上述箱体上堆焊出裂纹源焊道。

作为本发明的方法的进一步改进，在一块大于试件规定尺寸的盖板上加工出一个大于要求焊道尺寸的通孔槽，然后把带槽的盖板置于试件上，在盖板的槽的试件对应位置堆焊出要求尺寸的裂纹源焊道。

本发明测定无塑性转变温度的装置，包括带冷却装置的堆焊台、恒温槽；其中堆焊台包括带容腔的箱体，在箱体的上面设置有工作台面，箱体上还设置有冷却介质进口和冷却介质出口。

作为本发明的的测定无塑性转变温度装置的改进，试件恒温槽为密封容器，在一侧壁上安装有移送装置，在移送装置相对的侧壁上还设置有活动板，试件恒温槽上安装有冷却介质输入管。

采用本发明测定无塑性转变温度的方法及装置，能有效的控制试件在堆焊裂纹源焊道时的温度，减少给试件引起的组织变化造成试验数据的误差，提高了试验的准确度。同时在采用试件移送装置和温度控制器以及电磁阀联动控制冷却介质的输入量，也都更好地保证了测定的精确度。因此本发明的测定方法与现有的试验方法相比，更加快捷、安全。

附图说明

图1是带冷却装置的堆焊台的结构、布置示意图。

图2是恒温槽的结构、安装示意图。

具体实施方式

本发明的测定无塑性转变温度的方法，包括以下步骤：试件制作、在试件上堆焊裂源焊道、试件冷却和落锤试验，其中在试件制作中的堆焊出裂纹源焊道时，将试件放置在带冷却装置的堆焊台上，从而有效的降低在堆焊过程中由于温度升高给试件造成组织和晶粒度变化而给试验结果造成误差的影响。

上述堆焊台的冷却装置是采用带容腔的箱体2，在箱体2的上面设置有工作台面1，箱体2上还设置有冷却介质进口3和冷却介质出口4，通过冷却介质循环，更有效地达到本发明的目的。

实施例一：

测定无塑性转变温度的方法以及采用的装置如下：

1、将需要测定的SA508Gr.3Cl.1钢制作成测试试件6。

2、将试件6放置在带冷却装置的堆焊台上，并在试件6上堆焊出试验需要的裂纹源焊道。其中堆焊台的工作台面1下的箱体2中通入冷却介质，通过工作台面1降低试件6在堆焊时的温度。冷却介质可以是水、干冰、乙醇或水乙二醇等或其他能达到冷却效果、无不良影响的液体或气体。

3、将堆焊出纹源焊道的试件6放置于试件恒温槽10中用液氮、干冰或乙醇等冷却。计算出预先应通入液氮、干冰、乙醇等的输入量，使试件6的冷却更接近要求的冷却温度。

试件恒温槽10为安放在落锤试验机的砧座12旁的密封容器，并且在恒温槽10安装有温度控制器14及时测量恒温槽10中的冷却温度。当恒温槽10上升超过设定的冷却温度后，通过电磁阀控制干冰的输入量，调整恒温槽10的温度降到冷却温度。

4、将达到冷却温度的试件6通过移送试样装置9移送到落锤试验机的砧座12上。

其中所述的移送装置9是如图2所示，安装在恒温槽10的侧壁上的丝杆传输装置，在恒温槽10侧壁上还设置有活动板11。当试件6的冷却温度达到要求后，打开活动板11，转动移送装置9的丝杆，推动试件6从滑台15上直接在极短的时间内到达砧座12上，进行落锤试验，因此就能避免现有试验过程中由于试件移送时间过长导致试验温度不准确的缺陷。

活动板11的作用在于试件冷却时起到密封作用，移送装置移送试件6时又能方便快捷的实现移送的目的，所以可以采用如铰链连接和插板连接等方式。

(4)进行落锤试验，测得试验数据。

实施例二：

测定无塑性转变温度的方法以及采用的装置如下：

1、将需要测定的钢板制作成测试试件6。

2、将试件6放置在带冷却装置的堆焊台上，并在试件6上堆焊出试验需要的裂纹源焊道。堆焊台的冷却装置如图1所示，采用在堆焊台的工作台面1下的箱体2中通入冷却介质，并且冷却介质的进口3低于4，箱体4的形状为中空的环状密封，使冷却介质在箱体中的流动更加符合冷却的要求。

3、将堆焊出纹源焊道的试件6放置于试件恒温槽10中用液氮冷却。

试件恒温槽10为安放在落锤试验机的砧座12旁的密封容器，并且在恒温槽10安装有温度控制器14及时测量恒温槽10中的冷却温度。当恒温槽10上升超过设定的冷却温度后，通过电磁阀控制干冰的输入量，调整恒温槽10的温度降到冷却温度。

4、将达到冷却温度的试件6通过移送试样装置9移送到落锤试验机的砧座12上。

移送试件装置9为在恒温槽10中设置一个皮带输送机构，试件6放置在皮带输送机构上，当试件达到冷却要求后，采用电动或手动方式通过皮带输送机构将试件送到落锤实验机的砧座12上。

5、进行落锤试验，测得试验数据。

实施例三：

上述两项实施例中，为了更好地降低试件6在堆焊中的温度，在试件6上放置有一块超过试件规定尺寸的盖板7，盖板最好采用传热效果好的紫铜加工而成，且在盖板7上加工出一个大于要求焊道尺寸的通孔槽18，堆焊时在盖板的通孔槽18的试件对应位置堆焊出要求尺寸的裂纹源焊道。所以试件6上的热量能更好地通过盖板7散热，降低试件6的温度。同时，如图1所示，在堆焊台的工作台面1上设置有凹槽5，试件6放置在凹槽5中，盖板7与堆焊台冷却装置的箱体2接触，试件6的散热效果更加好。

采用本发明的技术方案具有以下优点：一、一次同时冷却2块甚至多块试样；二、试验控制温度的精度在±1℃；三、控温系统具有自动或手动控制方式；四、试样冷却温度曲线可直观观察，长期保存，五、半自动送样装置，试样由低温恒温槽到冲击平台的时间小于2秒。

Claims (16)

1、测定无塑性转变温度的方法，包括以下步骤：试件制作、在试件上堆焊裂源焊道、试件冷却和落锤试验；其特征在于：堆焊裂源焊道的步骤中，将试件放置在带冷却装置的堆焊台上，在试件上堆焊出裂纹源焊道。

2、如权利要求1所述的测定无塑性转变温度的方法，其特征在于：所述堆焊台的冷却装置是采用通入冷却介质的箱体，并将试件放置在上述箱体上堆焊出裂纹源焊道。

3、如权利要求1或2所述的测定无塑性转变温度的方法，其特征在于：在一块大于试件规定尺寸的盖板上加工出一个大于要求焊道尺寸的通孔槽，然后把带槽的盖板置于试件上，在盖板的槽的试件对应位置堆焊出要求尺寸的裂纹源焊道。

4、如权利要求3所述的测定无塑性转变温度的方法，其特征在于：所述盖板与冷却装置接触。

5、如权利要求1所述的测定无塑性转变温度的方法，其特征在于：试件冷却采用密封的恒温槽中的冷却介质对试件进行冷却，所述恒温槽设置在落锤试验用的落锤试验机一侧，恒温槽与落锤实验机之间设置试件移送装置将恒温槽中的试件移送到落锤实验机的砧座上。

6、如权利要求5所述的测定无塑性转变温度的方法，其特征在于：采用温度检测器测量恒温槽中的温度，然后根据恒温槽中的温度变化通过电磁阀控制冷却介质的输入量。

7、如权利要求5或6所述的测定无塑性转变温度的方法，其特征在于：所述的冷却介质为液氮、干冰或乙醇。

8、实现如权利要求1所述的测定无塑性转变温度的方法的装置，包括带冷却装置的堆焊台、恒温槽，其特征在于：所述的堆焊台包括带容腔的箱体(2)，在箱体(2)的上面设置有工作台面(1)，箱体(2)上还设置有冷却介质进口(3)和冷却介质出口(4)。

9、如权利要求8所述的测定无塑性转变温度的装置，其特征在于：所述的堆焊台上的冷却介质进口(3)和冷却介质出口(4)分别设置在箱体(2)的对应两侧，且冷却介质进口(3)的高度低于冷却介质出口(4)的高度。

10、如权利要求8所述的测定无塑性转变温度的装置，其特征在于：在所述的箱体(2)的工作台面(1)上设置有凹槽(5)。

11、如权利要求8或9所述的测定无塑性转变温度的装置，其特征在于：所述的箱体(2)的内腔为环状。

12、如权利要求8所述的测定无塑性转变温度的装置，其特征在于：所述恒温槽(10)为密封容器，在一侧壁上安装有移送装置(9)，在移送装置(9)相对的侧壁上还设置有活动板(11)，恒温槽上安装有冷却介质输入管。

13、如权利要求12所述的测定无塑性转变温度的装置，其特征在于：所述的移送装置(9)为丝杆推进装置。

14、如权利要求12所述的测定无塑性转变温度的装置，其特征在于：所述的活动板(11)与恒温槽(10)采用铰链连接或插板连接。

15、如权利要求12所述的测定无塑性转变温度的装置，其特征在于：在恒温槽(10)上安装有温度检测器(14)。

16、如权利要求15所述的测定无塑性转变温度的装置，其特征在于：在恒温槽(10)中设置有温度检测器(14)，所述温度检测器(14)与控制冷却介质输入量的电磁阀联动。

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