CN110286050A - 一种金属管全管样高温高压水慢拉伸应力腐蚀试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属管全管样高温高压水慢拉伸应力腐蚀试验系统，包括上下接头、上下夹具和金属全管样等，上下夹具分别安装在金属全管样上下两端，通过内塞头和外部夹紧环夹紧试样；上下夹具内均设置注水孔，高温高压水通过试样内腔入水管进入金属全管样内侧，再通过试样内腔出水管流出，在金属全管样内的密封腔内形成流动；整个夹持系统及试样置于高压釜内，高压釜提供金属全管样外部的高温高压水环境。相对现有技术，本发明设计巧妙，操作简单方便，可以安装于实验室常见的各种高温高压水慢拉伸试验机上，可实现金属管全管样在内外侧不同温度、压力、水化学参数(溶解氧、电导率、pH)的高温高压水环境中进行慢拉伸应力腐蚀试验。
Description
技术领域
本发明属于金属材料应力腐蚀试验研究领域，具体涉及一种金属管全管样高温高压水慢拉伸应力腐蚀试验系统。
背景技术
金属薄壁管构件已经广泛应用于核电一回路的关键部件，如压水堆蒸汽发生器传热管，而蒸发器传热管在高温高压水环境中的应力腐蚀开裂已成为其最主要的失效形式，目前已经成为核工业界面临的重要问题。在研究材料应力腐蚀开裂敏感性时，慢拉伸是一种常用且可靠性高的试验方法，它通过缓慢的应变速率(10-5～10-8s-1)来施加应力，直至试样发生断裂。通常利用慢拉伸方法评价材料的应力腐蚀敏感性采用标准试样(如GB/T15970、ASTM G129中给出的棒状、板状试样)，但由于形状效应，标准试样无法反应金属薄壁管的形状、尺寸因素对其应力腐蚀敏感性的影响，目前常用的方法为：将薄壁管试样对中剖开，加工成扁舟状试样，然后设计相关夹具进行高温高压水中的应力腐蚀试验(参见中国发明专利：201611028719.1和201320175058.0)，但是这种方法的试样对中性往往满足不了要求，试样尺寸测量和截面积无法精确计算，试验结果偏差会很大，数据分散性大。
除此之外，目前高温高压水中的应力腐蚀试验通常直接将试样置于高压釜内，传热管试样内侧与外侧在相同的温度、压力及水化学环境中进行试验，往往忽略了实际服役工况下传热管由于内外侧温度、压力、水化学参数不同而导致的服役性能变化，然而已有研究表明传热管内外侧温度、压力、水化学条件不同对其应力腐蚀性能往往有着重要影响，在单一环境中进行试验，其结果必然会有一定误差，从而限制了相应构件进行比较准确的性能评估。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的以上弊端，提供了一种金属管全管样高温高压水慢拉伸应力腐蚀试验系统。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种金属管全管样高温高压水慢拉伸应力腐蚀试验系统，包括由高压釜体和高压釜盖组成的高压釜，试样内腔入水管，试样内腔出水管，高压釜入水管，高压釜出水管，以及用于设置在高压釜内的加载支撑架、上接头、上夹具、金属全管样、下夹具和下接头；其中，
试验时，上夹具和下夹具分别安装在金属全管样上下两端，上接头两端分别与上夹具和加载支撑架连接，下接头一端与下夹具连接，另一端穿过高压釜盖后与慢拉伸试验机连接；上夹具和下夹具内均开设有注水孔，高温高压水通过与下夹具连接的试样内腔入水管进入金属全管样的内侧，再通过与上夹具连接的试样内腔出水管流出高压釜，在金属全管样内的密封腔内形成流动；高压釜入水管和高压釜出水管均穿过高压釜盖与高压釜内连通；高压釜体与高压釜盖形成密封空间提供金属全管样外部的高温高压水环境，整套系统能够实现金属全管样在内外侧不同温度、压力及水化学参数的高温高压水环境中进行慢拉伸应力腐蚀试验，其中水化学参数包括溶解氧、电导率和pH。
本发明进一步的改进在于，上夹具包括内塞头、夹具本体、夹紧环和螺母，内塞头安装在金属全管样内，夹具本体置于金属全管样外，内塞头和夹具本体分别开设有内塞头注水孔和夹具本体注水孔，且两者相连通，夹具本体通过连接接头与试样内腔出水管密封连接；下夹具与上夹具结构相同，其与试样内腔入水管连接。
本发明进一步的改进在于，上夹具夹紧时通过拧紧螺母将夹紧环推入夹具本体与金属全管样之间的间隙，使得金属全管样向内凹陷变形，形成夹紧；下夹具的夹紧方式与上夹具相同。
本发明进一步的改进在于，试样内腔入水管和试样内腔出水管均采用可伸缩的螺旋盘管结构，且最大形变量大于金属全管样由于慢拉伸而导致的伸长量；试样内腔入水管和试样内腔出水管在高压釜盖外一端通过截止阀与一套高温高压循环水系统相连，与此同时，高压釜入水管和高压釜出水管通过截止阀与另外一套高温高压循环水系统相连，两套高温高压循环水系统能够分别调节温度、压力和水化学参数。
本发明进一步的改进在于，加载支撑架通过支撑杆与高压釜盖固定连接，与上接头通过固定螺栓连接，上夹具设有夹具轴肩，安装时使得夹具轴肩卡在上接头开设的U形槽内，下接头与下夹具连接方式与上接头与上夹具的连接方式相同。
本发明进一步的改进在于，高温高压水环境是指亚临界或者超临界水环境。
本发明进一步的改进在于，为保证试验的成功率，金属全管样标距段能够通过机械加工将壁厚减薄处理。
本发明具有如下有益的技术效果：
1、本发明通过将上夹具和下夹具分别安装在金属全管样上下两端，上接头两端分别与上夹具和加载支撑架连接，下接头一端与下夹具连接，另一端穿过高压釜盖后与慢拉伸试验机连接；上夹具和下夹具内均开设有注水孔，高温高压水通过与下夹具连接的试样内腔入水管进入金属全管样的内侧，再通过与上夹具连接的试样内腔出水管流出高压釜，在金属全管样内的密封腔内形成流动；高压釜入水管和高压釜出水管均穿过高压釜盖与高压釜内连通；高压釜体与高压釜盖形成密封空间提供金属全管样外部的高温高压水环境，进而可以实现金属管全管样在高温高压水环境中的慢拉伸应力腐蚀性能测试，克服了现有技术中扁舟状试样对中性差、试验结果分散性大等弊端。
2、本发明可在金属全管样内侧和外侧都形成流动的高温高压水环境，可实现金属全管样在内外侧不同温度、压力、水化学参数(溶解氧、电导率、pH)的高温高压水环境中进行慢拉伸应力腐蚀试验。
3、本发明设计巧妙，操作简单方便、价格低廉，可以安装于实验室常见高温高压水慢拉伸试验机上，应用广泛。
附图说明
图1为本发明的总装配图。
图2为上夹具的装配图。
附图标记说明：
1为高压釜体；2为加载支撑架；21为支撑杆；22为固定螺栓；3为上接头；31为U形槽；4为上夹具；5为金属全管样；6为下夹具；7为下接头；8为试样内腔入水管；9为试样内腔出水管；10为高压釜入水管；11为高压釜出水管；12为高压釜盖；13为截止阀；
41为内塞头；411为内塞头注水孔；42为夹具本体；421夹具本体注水孔；422为连接接头；423夹具轴肩；43为夹紧环；44为螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供的一种金属管全管样高温高压水慢拉伸应力腐蚀试验系统，包括高压釜体1、加载支撑架2、上接头3、上夹具4、金属全管样5、下夹具6、下接头7、试样内腔入水管8、试样内腔出水管9、高压釜入水管10、高压釜出水管11、高压釜盖12和截止阀13，其中，上夹具4包括内塞头41、夹具本体42、夹紧环43和螺母44。
试验时，本发明的具体安装步骤如下：
首先，将内塞头41塞于金属全管样5内，依次将螺母44、夹紧环43安装于金属全管样5上，然后将试样插入夹具本体42的凹槽内，使得内塞头注水孔411与夹具本体注水孔421对正且连通，拧紧螺母44将夹紧环43推入夹具本体42与金属全管样5之间的间隙，使得金属管向内凹陷变形，形成夹紧，下夹具6与上夹具4结构相同，且上下夹具分别安装在金属全管样5上下两端。
高压釜体1内设有加载支撑架2，加载支撑架2通过支撑杆21与高压釜盖12固定连接，加载支撑架2通过固定螺栓22与上接头3固定连接，上夹具4设有夹具轴肩423，安装时使得夹具轴肩423卡在上接头3的U形槽31内，将上夹具4、金属全管样5和下夹具6所形成的整体悬挂在上接头3上。下接头7上也设有U形槽，调节下接头7与下夹具6的相对位置，使得下夹具6的夹具轴肩卡在下接头7的U形槽内，下接头7的另一端穿过高压釜盖12后，与慢拉伸试验机相连。
将试样内腔出水管9的一端通过连接接头422与上夹具本体42螺纹密封连接，用相同的方式将试样内腔入水管8与下夹具6密封连接，高温高压水通过与下夹具6连接的试样内腔入水管8进入金属全管样5的内侧，再通过与所述上夹具4连接的试样内腔出水管9流出，在金属全管样5内的密封腔内形成流动，试样内腔入水管8和试样内腔出水管9的另一端穿过高压釜盖12后通过截止阀13与一套高温高压循环水系统相连。
与此同时，高压釜设有高压釜入水管10、高压釜出水管11，且通过截止阀13与另外一套高温高压循环水系统相连，整个夹持系统及试样置于高压釜内，所述高压釜体1与高压釜盖12形成密封空间提供金属全管样5外部的高温高压水环境，两套高温高压循环水系统可分别调节温度、压力和水化学参数(溶解氧、电导率、pH)，可实现金属全管样(5)在内侧不同温度、压力、水化学参数(溶解氧、电导率、pH)的高温高压水环境中进行慢拉伸应力腐蚀试验。
为了保证试验的成功率，可将金属全管样5标距段通过机械加工方式将壁厚略减薄，保证慢拉伸应力腐蚀试验最终在标距段区域内断裂。
Claims (7)
1.一种金属管全管样高温高压水慢拉伸应力腐蚀试验系统，其特征在于，包括由高压釜体(1)和高压釜盖(12)组成的高压釜，试样内腔入水管(8)，试样内腔出水管(9)，高压釜入水管(10)，高压釜出水管(11)，以及用于设置在高压釜内的加载支撑架(2)、上接头(3)、上夹具(4)、金属全管样(5)、下夹具(6)和下接头(7)；其中，
试验时，上夹具(4)和下夹具(6)分别安装在金属全管样(5)上下两端，上接头(3)两端分别与上夹具(4)和加载支撑架(2)连接，下接头(7)一端与下夹具(6)连接，另一端穿过高压釜盖(12)后与慢拉伸试验机连接；上夹具(4)和下夹具(6)内均开设有注水孔，高温高压水通过与下夹具(6)连接的试样内腔入水管(8)进入金属全管样(5)的内侧，再通过与上夹具(4)连接的试样内腔出水管(9)流出高压釜，在金属全管样(5)内的密封腔内形成流动；高压釜入水管(10)和高压釜出水管(11)均穿过高压釜盖(12)与高压釜内连通；高压釜体(1)与高压釜盖(12)形成密封空间提供金属全管样(5)外部的高温高压水环境，整套系统能够实现金属全管样(5)在内外侧不同温度、压力及水化学参数的高温高压水环境中进行慢拉伸应力腐蚀试验，其中水化学参数包括溶解氧、电导率和pH。
2.根据权利要求1所述的一种金属管全管样高温高压水慢拉伸应力腐蚀试验系统，其特征在于，上夹具(4)包括内塞头(41)、夹具本体(42)、夹紧环(43)和螺母(44)，内塞头(41)安装在金属全管样(5)内，夹具本体(42)置于金属全管样(5)外，内塞头(41)和夹具本体(42)分别开设有内塞头注水孔(411)和夹具本体注水孔(421)，且两者相连通，夹具本体(42)通过连接接头(422)与试样内腔出水管(9)密封连接；下夹具(6)与上夹具(4)结构相同，其与试样内腔入水管(8)连接。
3.根据权利要求2所述的一种金属管全管样高温高压水慢拉伸应力腐蚀试验系统，其特征在于，上夹具(4)夹紧时通过拧紧螺母(44)将夹紧环(43)推入夹具本体(42)与金属全管样(5)之间的间隙，使得金属全管样(5)向内凹陷变形，形成夹紧；下夹具(6)的夹紧方式与上夹具(4)相同。
4.根据权利要求1所述的一种金属管全管样高温高压水慢拉伸应力腐蚀试验系统，其特征在于，试样内腔入水管(8)和试样内腔出水管(9)均采用可伸缩的螺旋盘管结构，且最大形变量大于金属全管样(5)由于慢拉伸而导致的伸长量；试样内腔入水管(8)和试样内腔出水管(9)在高压釜盖(12)外一端通过截止阀(13)与一套高温高压循环水系统相连，与此同时，高压釜入水管(10)和高压釜出水管(11)通过截止阀(13)与另外一套高温高压循环水系统相连，两套高温高压循环水系统能够分别调节温度、压力和水化学参数。
5.根据权利要求1所述的一种金属管全管样高温高压水慢拉伸应力腐蚀试验系统，其特征在于，加载支撑架(2)通过支撑杆(21)与高压釜盖(12)固定连接，与上接头(3)通过固定螺栓(22)连接，上夹具(4)设有夹具轴肩(423)，安装时使得夹具轴肩(423)卡在上接头(3)开设的U形槽(31)内，下接头(7)与下夹具(6)连接方式与上接头(3)与上夹具(4)的连接方式相同。
6.根据权利要求1所述的一种金属管全管样高温高压水慢拉伸应力腐蚀试验系统，其特征在于，高温高压水环境是指亚临界或者超临界水环境。
7.根据权利要求1所述的一种金属管全管样高温高压水慢拉伸应力腐蚀试验系统，其特征在于，为保证试验的成功率，金属全管样(5)标距段能够通过机械加工将壁厚减薄处理。
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