CN109238895A - 应力腐蚀和环境疲劳高通量试验装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种应力腐蚀和环境疲劳高通量试验装置，其包括高压釜和测试装置，所述高压釜包括釜体和釜盖，所述连接机构包括固定设置在所述釜盖上的立柱、固定设置在所述立柱上且与所述釜盖相平行的底板，以及设置在所述底板和所述釜盖之间的多个夹具，由于本发明在一个高压釜内设置了多个夹具，可以同时夹持多个试样，在试验同样时间点上高压釜内的压力、温度和水化学条件对于每个试样来说是一样的，使得同一批次试验的试样的试验结果的一致性较好。

Description

应力腐蚀和环境疲劳高通量试验装置和方法
技术领域
本发明涉及一种应力腐蚀和环境疲劳高通量试验装置和方法。
背景技术
在核工业中，关键设备和部件面临着高温、高压、振动等恶劣服役工况，金属结构材料易发生应力腐蚀或环境疲劳开裂失效。这种开裂失效孕育期长，形式隐蔽，一旦发生开裂，裂纹扩展期短，容易导致设备损坏，可能导致放射性外泄，影响安全性，同时由于设备损坏，以及由此引发的非计划停堆，将造成重大经济损失。应力腐蚀和环境疲劳均离不开材料、应力和腐蚀性介质三要素。
应力腐蚀试验一般按照国标GB/T 15970“金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验”进行，环境疲劳试验一般按照国标GB/T 20120“金属和合金的腐蚀腐蚀疲劳试验”进行。除此之外，研究人员还根据实际使用工况开发了多种试验方法，在高温高压水应力腐蚀和环境疲劳的研究中，普遍采用的是单一轴向拉伸试样、单一紧凑拉伸试验（CT），每次试验只能研究一个试验条件，而且由于每个试验周期都需要数周时间，在完成同一批次的试验通常需要半年左右的时间，导致现有应力腐蚀和环境疲劳评价方法效率十分低下。
特别是由于试验周期较长，期间由于设备老化、采用多台试验设备等客观存在的因素所造成的试验一致性差的问题，给试验结果带来了很多无法避免的不稳定的因素，造成了目前试验方法无法高效评价核用材料的服役性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种一致性较好的高效的应力腐蚀和环境疲劳高通量试验装置和方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种应力腐蚀和环境疲劳高通量试验装置，其包括高压釜和测试装置，所述测试装置包括固定试样的连接机构、设置在所述连接机构上为所述试样加载应力的加载机构、测量试件应力腐蚀数据的测量装置，以及控制所述加载机构和测量装置的监控系统，所述高压釜包括釜体和釜盖，所述连接机构包括固定设置在所述釜盖上的立柱、固定设置在所述立柱上且与所述釜盖相平行的底板，以及设置在所述底板和所述釜盖之间的多个夹具。
优选地，所述夹具包括与所述底板固定连接的连接杆和与所述釜盖滑动连接的连接轴，所述连接杆和所述连接轴的中心线相重合设置，所述连接杆和所述连接轴分别连接所述试样的两端部。
优选地，所述加载机构设置有多个，每个加载机构分别对一个所述夹具的连接轴加载应力，多个所述加载机构可以同时工作。
进一步优选地，所述试样为杆状，其包括多个依次连接的试验单元段和设置在相邻两个所述试验单元段之间用于将之分隔开的过渡段。
进一步优选地，所述试样包括多个串联设置的试件，相邻两个所述试件通过串联夹具相连接。
进一步优选地，所述试件为横置的U型块状，其包括上固定部、下固定部，以及连接所述上固定部、下固定部的连接部，所述上固定部、下固定部相平行设置且两者直接具有分隔槽，所述上固定部、下固定部上分别具有连接所述夹具的连接孔。
进一步优选地，所述串联夹具包括设置在所述试样的两侧部的连接块、位于两个所述连接块之间将两者相连接的固定块，以及连接所述连接块和所述试样的销钉，所述连接块的上、下部分别设置有通孔，所述销钉穿设在所述通孔中。
优选地，还包括与所述高压釜连接的驱动所述高压釜内的水在所述高压釜内循环的水化学循环系统。
一种应力腐蚀和环境疲劳高通量试验方法，采用上述的装置进行试验，包括以下步骤：
1）将多个试样分别设置在所述夹具上；
2）在高压釜内模拟核电站材料服役工况环境，并维持时间t；
3）通过测试装置检测试获得样每个试样在时间t内的应力腐蚀数据。
优选地，在完成步骤1）-3）后取出试样并通过显微镜检测其腐蚀疲劳和应力腐蚀的裂纹萌生特征。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
由于本发明在一个高压釜内设置了多个夹具，可以同时夹持多个试样，在试验同样时间点上高压釜内的压力、温度和水化学条件对于每个试样来说是一样的，使得同一批次试验的试样的试验结果的一致性较好。
同时，由于本发明一个高压釜内设置了多个夹具，可以在一次实验得到多个试样的实验结果，从而大幅度缩短了试验的时间，减少由于设备老化等因素造成的一致性问题，提升同一批次试验结果的稳定性。
附图说明
附图1为本实施例的结构示意图；
附图2为连接机构的结构示意图；
附图3为连接机构的立体示意图；
附图4为串联设置的试件示意图；
附图5为其他实施例中试样结构示意图。
以上附图中：1、试样；11、试件；11a、上固定部；11b、下固定部；11c、连接部；11d、分隔槽；11e、连接孔；12、串联夹具；12a、连接块；12b、固定块；12c、销钉；13、试验单元段；14、过渡段；2、高压釜；21、釜体；22、釜盖；3、连接机构；31、立柱；32、底板；4、加载机构；5、测量装置；51、位移传递板；52、光栅位移传感器；6、水化学循环系统；71、连接杆；72、连接轴；8、监控系统。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述：
参见附图1-2所示，一种应力腐蚀和环境疲劳高通量试验装置，其包括高压釜2和测试装置，测试装置包括固定试样1的连接机构3、设置在连接机构3上为试样1加载应力的加载机构4、测量试件11应力腐蚀数据的测量装置5、驱动高压釜2内的水在高压釜2内循环的水化学循环系统6，以及控制加载机构4和测量装置5的监控系统8。
参见附图2-3所示，高压釜2包括釜体21和釜盖22，连接机构3包括固定设置在釜盖22上的立柱31、固定设置在立柱31上且与釜盖22相平行的底板32，以及设置在底板32和釜盖22之间的多个夹具。
具体的，夹具包括与底板32固定连接的连接杆71和与釜盖22滑动连接的连接轴72，连接杆71和连接轴72的中心线相重合设置，连接杆71和连接轴72分别连接试样1的两端部。加载机构4设置有多个，每个加载机构4分别对一个夹具的连接轴72加载应力，在本实施例中，多个加载机构4可以同时根据试验的需要对其上的试验对象施加相同或不同的应力。
其中，测量装置5包括设置在连接轴72与加载机构4上的位移传递板51和光栅位移传感器52。
本实施例中，试样1除了直接与夹具连接以外，试样1还可以为包括多个串联设置的试件11，相邻两个试件11通过串联夹具12相连接。
具体的，参见附图3，试件11为横置的U型块状，其包括上固定部11a、下固定部11b，以及连接上固定部11a、下固定部11b的连接部11c，上固定部11a、下固定部11b相平行设置且两者直接具有分隔槽11d，上固定部11a、下固定部11b上分别具有连接夹具的连接孔11e。串联夹具12包括设置在试样1的两侧部的连接块12a、位于两个连接块12a之间将两者相连接的固定块12b，以及连接该连接块12a和试样1的销钉12c，连接块12a的上、下部分别设置有通孔，销钉12c穿设在通孔中。
参见附图4所示，在其他实施例中，试样1还可以为杆状，其包括多个依次连接的试验单元段13和设置在相邻两个试验单元段13之间用于将之分隔开的过渡段14。
上述的装置的试验，主要包括以下步骤：
1）将多个试样1分别设置在连接杆71和连接轴72之间；
2）在高压釜2内模拟核电站材料服役工况环境，并维持时间t；
3）通过测试装置检测试获得样每个试样1在时间t内的应力腐蚀数据。
）在完成步骤1）-3）后取出试样1并通过显微镜检测其腐蚀疲劳和应力腐蚀的裂纹萌生特征。
本实施例中，步骤3）中的工况环境的压力为1-20Mpa，温度为20-350℃，时间t为7-30D。
本实施例与现有技术相比，具有以下优点：
1.由于本实施例在一个高压釜2内设置了多个夹具，可以同时夹持多个试样1，在试验同样时间点上高压釜2内的压力、温度和水化学条件对于每个试样1来说是一样的，使得同一批次试验的试样1的试验结果的一致性较好。
由于本实施例在一个高压釜2内设置了多个夹具，可以在一次实验得到多个试样1的实验结果，从而大幅度缩短了试验的时间，减少由于设备老化等因素造成的一致性问题，提升同一批次试验结果的稳定性。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.应力腐蚀和环境疲劳高通量试验装置，其包括高压釜和测试装置，所述测试装置包括固定试样的连接机构、设置在所述连接机构上为所述试样加载应力的加载机构、测量试件应力腐蚀数据的测量装置，以及控制所述加载机构和测量装置的监控系统，其特征在于：所述高压釜包括釜体和釜盖，所述连接机构包括固定设置在所述釜盖上的立柱、固定设置在所述立柱上且与所述釜盖相平行的底板，以及设置在所述底板和所述釜盖之间的多个夹具。
2.根据权利要求1所述的应力腐蚀和环境疲劳高通量试验装置，其特征在于：所述夹具包括与所述底板固定连接的连接杆和与所述釜盖滑动连接的连接轴，所述连接杆和所述连接轴的中心线相重合设置，所述连接杆和所述连接轴分别连接所述试样的两端部。
3.根据权利要求2所述的应力腐蚀和环境疲劳高通量试验装置，其特征在于：所述加载机构设置有多个，每个加载机构分别对一个所述夹具的连接轴加载应力，多个所述加载机构可以同时工作。
4.根据权利要求2所述的应力腐蚀和环境疲劳高通量试验装置，其特征在于：所述试样为杆状，其包括多个依次连接的试验单元段和设置在相邻两个所述试验单元段之间用于将之分隔开的过渡段。
5.根据权利要求2所述的应力腐蚀和环境疲劳高通量试验装置，其特征在于：所述试样包括多个串联设置的试件，相邻两个所述试件通过串联夹具相连接。
6.根据权利要求5所述的应力腐蚀和环境疲劳高通量试验装置，其特征在于：所述试件为横置的U型块状，其包括上固定部、下固定部，以及连接所述上固定部、下固定部的连接部，所述上固定部、下固定部相平行设置且两者直接具有分隔槽，所述上固定部、下固定部上分别具有连接所述夹具的连接孔。
7.根据权利要求6所述的应力腐蚀和环境疲劳高通量试验装置，其特征在于：所述串联夹具包括设置在所述试样的两侧部的连接块、位于两个所述连接块之间将两者相连接的固定块，以及连接所述连接块和所述试样的销钉，所述连接块的上、下部分别设置有通孔，所述销钉穿设在所述通孔中。
8.根据权利要求1所述的应力腐蚀和环境疲劳高通量试验装置，其特征在于：还包括与所述高压釜连接的驱动所述高压釜内的水在所述高压釜内循环的水化学循环系统。
9.应力腐蚀和环境疲劳高通量试验方法，其特征在于：采用权利要求1-7任一项所述的装置进行试验，包括以下步骤，
1）将多个试样分别设置在所述夹具上；
2）在高压釜内模拟核电站材料服役工况环境，并维持时间t；
3）通过测试装置检测试获得样每个试样在时间t内的应力腐蚀数据。
10.根据权利要求9所述的应力腐蚀和环境疲劳高通量试验方法，起特征在于：在完成步骤1）-3）后取出试样并通过显微镜检测其腐蚀疲劳和应力腐蚀的裂纹萌生特征。
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