CN112082931A - 高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置 - Google Patents

高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置 Download PDF

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王俭秋
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Abstract

本发明涉及应力腐蚀裂纹萌生测试领域，具体为一种高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，解决传统高温高压水中应力腐蚀裂纹萌生单轴单样品测试效率低、试样的绝缘、信号线线的引出、三根加载轴之间保持载荷平衡等问题。该装置设有：高压釜盖、高压釜体、环形加热装置、热电偶、立柱、液压泵、步进电机、加载轴I、加载轴II、法兰、位移传感器、载荷传感器、压力表、压力传感器、参比电极座、辅助电极座、工作电极座、试样固定板支架和控制柜等，能够实现高温高压水中多个样品同时进行应力腐蚀裂纹萌生测试试验。另外，通过安装高温高压工作电极、辅助电极和参比电极，还可以检测试样表面的电化学信号和电位信号。

Description

高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置
技术领域
本发明涉及应力腐蚀裂纹萌生测试领域，具体为一种高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置。
背景技术
应力腐蚀开裂已经成为压水堆核电站关键部件材料的主要失效形式之一。应力腐蚀失效一般可分为裂纹萌生过程和裂纹扩展过程2个阶段。其中，在由应力腐蚀导致的部件发生失效断裂的总时间中，裂纹萌生寿命约占90％，而裂纹一旦萌生就进入稳定的快速扩展阶段。因而，获得材料在高温高压水(200～360℃，4～20MPa)中的有效应力腐蚀裂纹萌生时间对于评估其服役寿命、开展核电站的老化管理至关重要。材料在高温高压水环境中，应力腐蚀裂纹的萌生速率极慢，而且受微观结构、表面状态等多因素影响，裂纹萌生发生的随机性很大，需要开展长时间的裂纹萌生实验。
目前，商业化的常规的应力腐蚀测试装置，一般都是单轴加载，每根加载轴上安装1个试样。然而，高温高压水中进行应力腐蚀测试，裂纹孕育时间长，萌生非常慢，这种单轴单样品的实验测试效率非常低，一台设备每年只能完成几个试样的测试。为了提高测试效率，就需要在单次测试中实现多个样品同时测试，这就需要增加加载轴的数量或者在同一根加载轴上安装多个样品。此外，通过高压釜外面的步进电机对高压釜内部的试样进行加载，还需要考虑高压釜内外的压力差、密封、试样和夹具之间的绝缘等一系列问题。正是因为这些实验设备上的技术困难，限制高温高压水中材料应力腐蚀裂纹萌生的实验测试。目前，国内相关设备还未见有报道。由于缺乏在高温高压水中应力腐蚀裂纹萌生测试的装置，国内在高温高压水中材料的应力腐蚀裂纹萌生时间测试方面一直没有试验研究，特别针对国内核电较快发展所需要的大量的国产化材料，相关实验数据极其缺乏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，解决高温高压水中难以实现多个样品同时进行应力腐蚀裂纹萌生测试、相同材料的试样在不同应力水平下裂纹萌生的同时测试、不同材料的试样在相同应力水平下裂纹萌生的同时测试、试样在裂纹萌生过程中的电化学信号和电位信号采集要求的试样绝缘等问题。
本发明的技术方案如下：
一种高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，装置底座上对称安装有装置台架支柱，装置台架支柱的顶部设置高压釜底座，高压釜底座上的中部设置高压釜，高压釜底座上的高压釜两侧对称安装有立柱和液压升降立柱，液压升降立柱位于立柱的外侧；高压釜体倒扣于高压釜盖上构成高压釜，高压釜体和高压釜盖采用直立式连接结构，高压釜体和高压釜盖对应处通过高压釜盖紧固螺栓相连接；高压釜体上方安装有水平设置的升降板，高压釜体顶部通过高压釜提升螺栓与升降板中部相连，立柱和液压升降立柱分别穿过升降板；
在高压釜盖上配备热电偶I、热电偶II、热电偶III、加载轴I、工作电极/辅助电极座、参比电极座及外置水冷式参比电极；高压釜内设置有工作电极和辅助电极，工作电极和辅助电极分别通过导线穿过工作电极/辅助电极座引出；高压釜盖上安装参比电极导液管于高压釜内，参比电极导液管的下端与参比电极座相对应，参比电极安装于参比电极座上，参比电极的一端通过伸入高压釜体内的参比电极导液管导通；高压釜盖上穿设热电偶安装套管，热电偶安装套管的一端伸至高压釜内，热电偶I、热电偶II、热电偶III自热电偶安装套管的另一端伸至高压釜内；
高压釜盖上安装两个以上相同结构的平行加载轴I，每个加载轴I的上部连接传动杆I，传动杆I经过高压釜盖穿入高压釜内，并在高压釜内部传动杆I依次通过试样夹具、连接过渡杆、试样、试样固定板与试样固定板支架相连接；传动杆I的上部端头通过销钉与试样夹具连接，每根传动杆I之上的两个相邻试样之间相对应处通过连接过渡杆相连，每根传动杆I之上安装两个以上连接过渡杆；最下端试样的下部通过试样夹具、传动杆I与加载轴I相连，最上端试样的上部依次通过传动杆III、连接螺母III与水平设置的试样固定板中部相连，试样固定板两端部通过对称设置的紧固螺母与高压釜内部的试样固定板支架相连，试样固定板支架的下端固定于高压釜盖上。
所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，每个液压升降立柱上安装固定螺栓于升降板上方，每个立柱上安装上限位卡套于升降板上方，每个立柱上安装滑块、下限位卡套于升降板下方，滑块与升降板的底部相对应，升降板分别通过滑块、固定螺栓与立柱和液压升降立柱相连，立柱安装的上限位卡套和下限位卡套，锁紧时将高压釜体固定于所需位置。
所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，液压升降立柱通过液压管路、升压阀、放气阀与液压泵相连，液压泵上安装液压泵电机，液压泵电机开关通过线路与液压泵电机连接，通过液压泵电机驱动液压泵为液压升降立柱提供液压动力，带动高压釜体上的升降板进行上下移动，实现高压釜体升降运动。
所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，高压釜底座内部分别通过进液管、放液管与高压釜内腔相通，其中：进液管的一端伸出高压釜底座的外侧，该端安装进液阀和安全阀，进液管的另一端伸至高压釜内腔；放液管的一端伸出高压釜底座的外侧，该端安装放液阀，放液管的另一端伸至高压釜内腔。
所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，高压釜体内的上部、中部和下部3个不同高度位置分别安装热电偶I、热电偶II和热电偶III，高压釜体的外侧安装有上部陶瓷加热套、中部陶瓷加热套和下部陶瓷加热套的环形加热装置；在高压釜体与高压釜盖连接处，高压釜体的外侧安装环形辅助陶瓷加热套，高压釜盖的外侧安装环形釜盖陶瓷加热套。
所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，每根加载轴I上安装压力平衡机构，压力平衡机构通过压力平衡机构锁紧法兰与加载轴I连接，压力平衡机构的上部侧面安装冷却水套；每根加载轴I的下部安装有载荷传感器I，每个载荷传感器I通过各自的连接螺柱和连接螺母I与法兰相连接，实现根平行加载轴I之间保持载荷平衡；法兰的底部通过连接螺母II与加载轴II相连接，加载轴II通过载荷传感器II连接件安装载荷传感器II和位移传感器，加载轴II的底部通过载荷传感器II连接件与载荷传感器II相连，载荷传感器II的底部通过传动杆II与步进电机相连接，实现步进电机对平行加载轴I同时施加载荷；载荷传感器II连接件的顶部安装位移传感器，位移传感器通过位移传感器固定板安装于位移传感器固定架上。
所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，试样及试样夹具通过试样固定板支架固定于高压釜内部，通过步进电机带动传动杆II、加载轴II、法兰、加载轴I、传动杆I、试样夹具和试样的连接过渡杆的运动，实现应力腐蚀裂纹萌生测试过程中对试样施加载荷。
所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，步进电机通过传动杆II、加载轴II和法兰，为每根加载轴I提供0～10kN的载荷，并通过数据采集、处理控制系统进行实时的测量与控制。
所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，试样由在高温高压水中使用的不锈钢、镍基合金或焊接材料加工，通过在试样和试样夹具、试样和连接过渡杆、试样和传动杆III以及试样与试样固定板之间安装锆合金绝缘垫片，实现试样的绝缘，进而进行试样裂纹萌生过程中的相应电化学测试和试样电位信号的监检测。
所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，还包括温度与压力保护系统的控制部分，控制柜内设有温度、压力及加载方式和实验参数设置的显示器与调节器；控制程序显示器开关与控制程序显示器相连；陶瓷加热器输出功率调整开关与温度显示器和陶瓷加热器输出电压显示器相连；数据输出USB接口电源开关与数据输出USB接口相连；各控制器均连接至控制柜内的继电器，继电器通过导线分别连接上部陶瓷加热套、中部陶瓷加热套与下部陶瓷加热套中的电炉丝；所述导线上设置有陶瓷加热器开关，形成超温或低温情况下的断电保护结构。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明装置能够实现高温高压水中3平行轴同时加载、18个试样同时进行应力腐蚀裂纹萌生测试，测试效率显著提高。
2、本发明通过改变试样的直径以及试样的材料，可以实现相同材料的试样在不同应力水平下裂纹萌生的同时测试以及不同材料的试样在相同应力水平下裂纹萌生的同时测试。
3、本发明通过法兰连接的方式，将1根加载轴上的载荷平均分配到3根平行加载轴I上，实现1个步进电机对3根加载轴同时加载。
4、本发明通过在3根平行加载轴I上设置载荷传感器，通过与连接法兰的配合，可以实时显示和调整每根加载轴上施加的载荷，确保3根平行加载轴I之间保持载荷平衡。
5、本发明通过在高压釜内的不同高度位置设置3支热电偶，配合高压釜体外侧的上部陶瓷加热套、中部陶瓷加热套和下部陶瓷加热套的环形加热装置，确保高压釜体内部不同高度位置的温度均匀。
6、本发明采用液压泵电机驱动液压泵为液压升降立柱提供液压动力，便于高压釜体的升降。
7、本发明采用5个相同的试样连接过渡杆连接同一根加载轴上的6个试样，便于不同试样的安装、固定与位置调整。
8、本发明通过在试样和试样夹具、试样和连接过渡杆、试样和传动杆以及试样与试样固定板之间设置锆合金绝缘垫片，实现试样的绝缘，可以将试样在裂纹萌生过程中的相应电化学测试和试样电位信号的检测出来。
附图说明
图1为高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置结构示意图。图中，1上限位卡套；2立柱；3滑块；4下限位卡套；5液压管路；6液压升降立柱；7下部陶瓷加热套；8辅助陶瓷加热套；9釜盖陶瓷加热套；10压力表；11压力传感器；12放液阀；13液压泵压力表；14升压阀；15放气阀；16参比电极座；17液压泵电机开关；18参比电极；19急停开关；20液压泵电机；21液压泵；22位移传感器；23步进电机；24载荷传感器II；25装置底座；26连接螺母I；27法兰；28连接螺柱；29载荷传感器I；30工作电极/辅助电极座；31装置台架支柱；32热电偶I；33热电偶II；34热电偶III；35冷却水套；36热电偶安装套管；37进液阀；38高压釜盖；39安全阀；40高压釜盖紧固螺栓；41中部陶瓷加热套；42上部陶瓷加热套；43高压釜体；44固定螺栓；45升降板；46高压釜提升螺栓；48高压釜底座；86进液管；87放液管。
图2为加载轴及步进电机结构示意图。图中，22位移传感器；23步进电机；24载荷传感器II；26连接螺母I；27法兰；28连接螺柱；29载荷传感器I；35冷却水套；47拧紧螺母；49压力平衡机构；50压力平衡机构锁紧法兰；51加载轴I；52位移传感器固定板；53位移传感器固定架；54传动杆II；55载荷传感器II连接件；56加载轴II；57连接螺母II；58载荷传感器I连接件。
图3为高压釜内样品及固定支架连接示意图。图中，36热电偶安装套管；38高压釜盖；59紧固螺母；60连接螺母III；61试样固定板；62传动杆III；63连接过渡杆；64试样；65销钉；66试样夹具；67传动杆I；68参比电极导液管；69试样固定板支架。
图4为信号采集处理控制系统结构示意图。图中，70紧急开关；71控制程序显示器；72控制程序显示器开关；73陶瓷加热器开关；74陶瓷加热器输出功率调整开关；75数据输出USB接口；76数据输出USB接口电源开关；77漏电断路器；78控制柜电源开关；79控制柜通风口；80控制柜安装支脚；81风扇开关；82温度显示器；83陶瓷加热器输出电压显示器；84压力显示器；85控制柜。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，由高压釜盖、高压釜体、环形加热装置、热电偶、立柱、液压泵、步进电机、加载轴I、加载轴II、法兰、位移传感器、载荷传感器、压力表、压力传感器、参比电极座、辅助电极座、工作电极座、试样固定板支架和控制柜等，能够实现高温高压水中多个样品同时进行应力腐蚀裂纹萌生测试试验。当需要时，还可通过安装在高压釜盖上的高温高压工作电极、辅助电极和参比电极，配合电化学工作站和直流电位降装置，将应力腐蚀裂纹萌生过程中试样表面的电化学信号和电位信号检测出来。
如图1-图4所示，本发明高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，主要包括：上限位卡套1、立柱2、滑块3、下限位卡套4、液压管路5、液压升降立柱6、下部陶瓷加热套7、辅助陶瓷加热套8、釜盖陶瓷加热套9、压力表10、压力传感器11、放液阀12、液压泵压力表13、升压阀14、放气阀15、参比电极座16、液压泵电机开关17、参比电极18、急停开关19、液压泵电机20、液压泵21、位移传感器22、步进电机23、载荷传感器II24、装置底座25、连接螺母I26、法兰27、连接螺柱28、载荷传感器I29、工作电极/辅助电极座30、装置台架支柱31、热电偶I32、热电偶II33、热电偶III34、冷却水套35、热电偶安装套管36、进液阀37、高压釜盖38、安全阀39、高压釜盖紧固螺栓40、中部陶瓷加热套41、上部陶瓷加热套42、高压釜体43、固定螺栓44、升降板45、高压釜提升螺栓46、拧紧螺母47、高压釜底座48；压力平衡机构49、压力平衡机构锁紧法兰50等，具体结构如下：
装置底座25上对称安装有装置台架支柱31，装置台架支柱31的顶部设置高压釜底座48，高压釜底座48上的中部设置高压釜，高压釜底座48上的高压釜两侧对称安装有立柱2和液压升降立柱6，液压升降立柱6位于立柱2的外侧。高压釜底座48内部分别通过进液管86、放液管87与高压釜内腔相通，其中：进液管86的一端伸出高压釜底座48的外侧，该端安装进液阀37和安全阀39，进液管86的另一端伸至高压釜内腔；放液管87的一端伸出高压釜底座48的外侧，该端安装放液阀12，放液管87的另一端伸至高压釜内腔；另外，压力表10通过管道与压力传感器11相连接，压力表10可以实时显示高压釜内的溶液压力，压力传感器11可以将高压釜内的压力通过信号转换传送至控制柜85。
高压釜体43倒扣于高压釜盖38上构成高压釜，高压釜体43和高压釜盖38采用直立式连接结构，高压釜体43和高压釜盖38对应处通过高压釜盖紧固螺栓40相连接；高压釜体43上方安装有水平设置的升降板45，高压釜体43顶部通过高压釜提升螺栓46与升降板45中部相连，立柱2和液压升降立柱6分别穿过升降板45，每个液压升降立柱6上安装固定螺栓44于升降板45上方，每个立柱2上安装上限位卡套1于升降板45上方，每个立柱2上安装滑块3、下限位卡套4于升降板45下方，滑块3与升降板45的底部相对应，升降板45分别通过滑块3、固定螺栓44与立柱2和液压升降立柱6相连，立柱2安装的上限位卡套1和下限位卡套4，锁紧时可将高压釜体43固定于所需位置。装置台架支柱31上安装液压泵压力表13、升压阀14、放气阀15、液压泵电机开关17、急停开关19，液压升降立柱6通过液压管路5、升压阀14、放气阀15与液压泵21相连，液压泵21上安装液压泵电机20，液压泵电机开关17通过线路与液压泵电机20连接，通过液压泵电机20驱动液压泵21为液压升降立柱6提供液压动力，从而带动高压釜体43上的升降板45进行上下移动，进而实现高压釜体43升降运动。另外，液压泵压力表13和急停开关19通过连接管路与液压泵21连接，液压泵压力表13可以实时显示液压泵的输出压力，当液压泵的输出压力异常时，通过急停开关19可以紧急控制液压泵的停机，从而控制由此导致的高压釜异常升降等危险。
在高压釜盖38上配备热电偶I32、热电偶II33、热电偶III34、加载轴I51、工作电极/辅助电极座30、参比电极座16及外置水冷式参比电极18；高压釜内设置有工作电极(测试试样)和辅助电极(铂电极)，工作电极和辅助电极分别通过导线穿过工作电极/辅助电极座30引出；高压釜盖38上安装参比电极导液管68于高压釜内，参比电极导液管68的下端与参比电极座16相对应，参比电极18安装于参比电极座16上，参比电极18的一端通过伸入高压釜体43内的参比电极导液管68实现导通；高压釜盖38上穿设热电偶安装套管36，热电偶安装套管36的一端伸至高压釜内，热电偶I32、热电偶II33、热电偶III34自热电偶安装套管36的另一端伸至高压釜内。
高压釜体43内的上部、中部和下部3个不同高度位置分别安装热电偶I32、热电偶II33和热电偶III34，高压釜体43的外侧安装有上部陶瓷加热套42、中部陶瓷加热套41和下部陶瓷加热套7的环形加热装置，通过温度采集、控制系统进行高压釜体43内部温度的实时测量与控制，同时实现高压釜体43内部不同高度位置的温度均匀。在高压釜体43与高压釜盖38连接处，高压釜体43的外侧安装环形辅助陶瓷加热套8，高压釜盖38的外侧安装环形釜盖陶瓷加热套9。
高压釜盖38上安装3根相同结构的平行加载轴I51，每个加载轴I51的上部连接传动杆I67，加载轴I51与传动杆I67通过拧紧螺母47实现连接，传动杆I67经过高压釜盖38穿入高压釜内，并在高压釜内部传动杆I67依次通过试样夹具66、连接过渡杆63、试样64、试样固定板61与试样固定板支架69相连接。传动杆I67的上部端头通过销钉65与试样夹具66连接，每根传动杆I67之上的两个相邻试样64之间相对应处通过连接过渡杆63相连，每根传动杆I67之上安装5个连接过渡杆63，实现每根传动杆I67之上可以安装6个试样64，进而实现18个试样64同时进行应力腐蚀裂纹萌生测试。最下端试样64的下部通过试样夹具66、传动杆I67与加载轴I51相连，最上端试样64的上部依次通过传动杆III62、连接螺母III60与水平设置的试样固定板61中部相连，试样固定板61两端部通过对称设置的紧固螺母59与高压釜内部的试样固定板支架69相连，试样固定板支架69的下端固定于高压釜盖38上。
每根加载轴I51上安装压力平衡机构49，压力平衡机构49通过压力平衡机构锁紧法兰50与加载轴I51连接，压力平衡机构49的上部侧面安装冷却水套35，冷却水套35通过冷却水的循环，以防止压力平衡机构49及载荷传感器I29内置的载荷控制应变片的温度过高；压力平衡机构49的顶部安装拧紧螺母47，通过拧紧螺母47将加载轴I51和传动杆I67连接，压力平衡机构49里面含有O型密封环和轴内通孔的管状结构，可以保持高压釜体43内、外的压力平衡，抵消高压釜内溶液中的高温和高压所产生的作用力，继而实现每根加载轴I51载荷的精准控制。每根加载轴I51的下部安装有载荷传感器I29，每个载荷传感器I29底部通过各自的载荷传感器I连接件58、连接螺柱28和连接螺母I26与法兰27相连接，实现3根平行加载轴I51之间保持载荷平衡；法兰27的底部通过连接螺母II57与加载轴II56相连接，加载轴II56通过载荷传感器II连接件55安装载荷传感器II24和位移传感器22，加载轴II56的底部通过载荷传感器II连接件55与载荷传感器II24相连，载荷传感器II24的底部通过传动杆II54与步进电机23相连接，实现1台步进电机23对3根平行加载轴I51同时施加载荷。载荷传感器II连接件55的顶部安装位移传感器22，位移传感器22通过位移传感器固定板52安装于位移传感器固定架53上。
试样64及试样夹具66通过试样固定板支架69固定于高压釜内部，通过步进电机23带动传动杆II54、加载轴II56、法兰27、加载轴I51、传动杆I67、试样夹具66和试样64的连接过渡杆63的运动，实现应力腐蚀裂纹萌生测试过程中对试样64施加载荷。另外，通过改变试样64的直径可以控制试样64承受的应力水平，实现相同材料的试样64在不同应力水平下的同时应力腐蚀裂纹萌生测试。改变试样64的材料，控制相同的直径，实现不同材料的试样64在相同的应力水平下的同时应力腐蚀裂纹萌生测试。步进电机23通过传动杆II54、加载轴II56和法兰27，为每根加载轴I51提供0～10kN的载荷，并通过数据采集、处理控制系统进行实时的测量与控制。
试样64主要由在高温高压水中使用的不锈钢、镍基合金和焊接材料等加工，通过在试样64和试样夹具66、试样64和连接过渡杆63、试样64和传动杆III62以及试样64与试样固定板61之间安装锆合金绝缘垫片，以实现试样64的绝缘，进而进行试样64裂纹萌生过程中的相应电化学测试和试样电位信号的监检测。
本发明在高压釜外安装有标准接口，可通过卡套与外部具有自动控制功能的高温高压水循环腐蚀试验系统(参见中国发明专利，公开号：CN102401780A，申请日：2010年09月08日；中国实用新型专利，授权公告号：CN201852774U，申请日：2010年09月08日，授权日：2011年06月01日)连接，从而可精确控制高压釜内的水化学环境。
如图4所示，本发明的信号采集处理控制系统，同时还包括温度与压力保护系统的控制部分，控制柜85内设有温度、压力及加载方式和实验参数设置的显示器与调节器。控制程序显示器开关72与控制程序显示器71相连；陶瓷加热器输出功率调整开关74与温度显示器82和陶瓷加热器输出电压显示器83相连；数据输出USB接口电源开关76与数据输出USB接口75相连；各控制器均连接至控制柜85内的继电器，继电器通过导线分别连接上部陶瓷加热套42、中部陶瓷加热套41与下部陶瓷加热套7中的电炉丝。所述导线上设置有陶瓷加热器开关73，形成超温和低温等特殊情况下的断电保护结构。同时，控制柜85的上部还设有紧急开关70和压力显示器84，控制柜85的中下部设置漏电断路器77、控制柜电源开关78、风扇开关81，其中：紧急开关70通过导线与控制柜电源开关78相连，用于应对特殊情况下同时关闭全部设置的需求；压力显示器84通过导线与压力传感器11以及控制柜85内的继电器相连接，用于高压釜体43内压力的显示与自动控制；漏电断路器77通过导线与控制柜电源开关78相连，用于装置中相关电路有短路情况下的自动断电保护；控制柜电源开关78通过导线与外部电源接通，用于为整套装置提供电源；风扇开关81通过导线与控制柜内的风扇相连接，用于控制风扇的启停，为控制柜内的相关电子元器件送风冷却。另外，控制柜85的下部侧面设置控制柜通风口79，控制柜85的底部设置控制柜安装支脚80。
本发明通过在控制部分设置的多种条件下的自动断电保护结构，大大提升装置运行过程中的安全性，当出现高压釜泄露等意外事故时，可以通过报警系统自动断电，切断加热装置，对试样材料与设备都可以起到良好的保护作用。
如图1-图4所示，本发明高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置使用方法如下：
1、按下液压泵电机开关17与升压阀14，通过液压泵21驱动，带动连接高压釜体的升降板45上升，打开高压釜。
2、将处于最下端的试样64及试样夹具66通过销钉65固定于传动杆I61上，并将其余5个试样64与连接过渡杆63串联，将最上端的试样64通过传动杆III62和连接螺母III60固定于试样固定板61；按照同样的方式将另外2根加载轴I51的试样64固定好。
3、调节每根加载轴I51的连接螺母I26的松紧程度，通过与每根加载轴I51上配置的载荷传感器I29的载荷数值显示的配合，使得三根加载轴I51之间保持载荷平衡。
4、打开液压泵放气阀15，缓慢降落高压釜体43至与高压釜盖38紧密结合，拧紧高压釜盖紧固螺栓40，使二者组合成为紧闭的高压釜。
5、向高压釜中充入体积为高压釜容积1/2到2/3的溶液，或通过高温高压水循环腐蚀试验系统充满相当于高压釜容积的溶液。
6、根据实验需要，通过放液阀12向高压釜内通入氮气除氧，然后通过进液阀37将气体排出。除气结束后，将进液阀37与放液阀12依次关闭。
7、设定温度显示器82的目标加热温度及相应的超温报警限制温度，设定压力显示器84的目标压力及相应的超压报警限制压力。
8、通过控制程序显示器71设定样品的加载方式以及测试过程中的载荷和位移实验参数。
9、打开冷却水开关，使冷却水套35充满冷却水。
10、打开陶瓷加热器开关73对高压釜进行升温，待温度达到设定值后，设定对应的温度报警限制等安全自动控制参数。
11、根据实验要求保温一定时间后，根据控制程序显示器71设定的加载方式进行加载。
12、若需要在应力腐蚀裂纹萌生过程中同时采集试样的电化学信号和电位信号时，试样64表面需焊接外表面套有一层聚四氟热缩管的镍丝，并通过工作电极/辅助电极座30引出，同时以铂片作为辅助电极并用外部套有聚四氟热缩管的铂丝也通过工作电极/辅助电极座30引出。将工作电极、辅助电极和参比电极通过相应的引线连接至电化学工作站和直流电位降装置，快速采集和记录试样在应力腐蚀裂纹萌生过程中的电化学信息和电位信息。
实施例结果表明，本发明可以解决传统高温高压水中应力腐蚀裂纹萌生单轴单样品测试效率低、试样的绝缘、信号线线的引出、三根加载轴之间保持载荷平衡等问题。

Claims (10)

1.一种高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，其特征在于，装置底座上对称安装有装置台架支柱，装置台架支柱的顶部设置高压釜底座，高压釜底座上的中部设置高压釜，高压釜底座上的高压釜两侧对称安装有立柱和液压升降立柱，液压升降立柱位于立柱的外侧；高压釜体倒扣于高压釜盖上构成高压釜，高压釜体和高压釜盖采用直立式连接结构，高压釜体和高压釜盖对应处通过高压釜盖紧固螺栓相连接；高压釜体上方安装有水平设置的升降板，高压釜体顶部通过高压釜提升螺栓与升降板中部相连，立柱和液压升降立柱分别穿过升降板；
在高压釜盖上配备热电偶I、热电偶II、热电偶III、加载轴I、工作电极/辅助电极座、参比电极座及外置水冷式参比电极；高压釜内设置有工作电极和辅助电极，工作电极和辅助电极分别通过导线穿过工作电极/辅助电极座引出；高压釜盖上安装参比电极导液管于高压釜内，参比电极导液管的下端与参比电极座相对应，参比电极安装于参比电极座上，参比电极的一端通过伸入高压釜体内的参比电极导液管导通；高压釜盖上穿设热电偶安装套管，热电偶安装套管的一端伸至高压釜内，热电偶I、热电偶II、热电偶III自热电偶安装套管的另一端伸至高压釜内；
高压釜盖上安装两个以上相同结构的平行加载轴I，每个加载轴I的上部连接传动杆I，传动杆I经过高压釜盖穿入高压釜内，并在高压釜内部传动杆I依次通过试样夹具、连接过渡杆、试样、试样固定板与试样固定板支架相连接；传动杆I的上部端头通过销钉与试样夹具连接，每根传动杆I之上的两个相邻试样之间相对应处通过连接过渡杆相连，每根传动杆I之上安装两个以上连接过渡杆；最下端试样的下部通过试样夹具、传动杆I与加载轴I相连，最上端试样的上部依次通过传动杆III、连接螺母III与水平设置的试样固定板中部相连，试样固定板两端部通过对称设置的紧固螺母与高压釜内部的试样固定板支架相连，试样固定板支架的下端固定于高压釜盖上。
2.按照权利要求1所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，其特征在于，每个液压升降立柱上安装固定螺栓于升降板上方，每个立柱上安装上限位卡套于升降板上方，每个立柱上安装滑块、下限位卡套于升降板下方，滑块与升降板的底部相对应，升降板分别通过滑块、固定螺栓与立柱和液压升降立柱相连，立柱安装的上限位卡套和下限位卡套，锁紧时将高压釜体固定于所需位置。
3.按照权利要求1所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，其特征在于，液压升降立柱通过液压管路、升压阀、放气阀与液压泵相连，液压泵上安装液压泵电机，液压泵电机开关通过线路与液压泵电机连接，通过液压泵电机驱动液压泵为液压升降立柱提供液压动力，带动高压釜体上的升降板进行上下移动，实现高压釜体升降运动。
4.按照权利要求1所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，其特征在于，高压釜底座内部分别通过进液管、放液管与高压釜内腔相通，其中：进液管的一端伸出高压釜底座的外侧，该端安装进液阀和安全阀，进液管的另一端伸至高压釜内腔；放液管的一端伸出高压釜底座的外侧，该端安装放液阀，放液管的另一端伸至高压釜内腔。
5.按照权利要求1所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，其特征在于，高压釜体内的上部、中部和下部3个不同高度位置分别安装热电偶I、热电偶II和热电偶III，高压釜体的外侧安装有上部陶瓷加热套、中部陶瓷加热套和下部陶瓷加热套的环形加热装置；在高压釜体与高压釜盖连接处，高压釜体的外侧安装环形辅助陶瓷加热套，高压釜盖的外侧安装环形釜盖陶瓷加热套。
6.按照权利要求1所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，其特征在于，每根加载轴I上安装压力平衡机构，压力平衡机构通过压力平衡机构锁紧法兰与加载轴I连接，压力平衡机构的上部侧面安装冷却水套；每根加载轴I的下部安装有载荷传感器I，每个载荷传感器I通过各自的连接螺柱和连接螺母I与法兰相连接，实现根平行加载轴I之间保持载荷平衡；法兰的底部通过连接螺母II与加载轴II相连接，加载轴II通过载荷传感器II连接件安装载荷传感器II和位移传感器，加载轴II的底部通过载荷传感器II连接件与载荷传感器II相连，载荷传感器II的底部通过传动杆II与步进电机相连接，实现步进电机对平行加载轴I同时施加载荷；载荷传感器II连接件的顶部安装位移传感器，位移传感器通过位移传感器固定板安装于位移传感器固定架上。
7.按照权利要求1所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，其特征在于，试样及试样夹具通过试样固定板支架固定于高压釜内部，通过步进电机带动传动杆II、加载轴II、法兰、加载轴I、传动杆I、试样夹具和试样的连接过渡杆的运动，实现应力腐蚀裂纹萌生测试过程中对试样施加载荷。
8.按照权利要求7所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，其特征在于，步进电机通过传动杆II、加载轴II和法兰，为每根加载轴I提供0～10kN的载荷，并通过数据采集、处理控制系统进行实时的测量与控制。
9.按照权利要求7所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，其特征在于，试样由在高温高压水中使用的不锈钢、镍基合金或焊接材料加工，通过在试样和试样夹具、试样和连接过渡杆、试样和传动杆III以及试样与试样固定板之间安装锆合金绝缘垫片，实现试样的绝缘，进而进行试样裂纹萌生过程中的相应电化学测试和试样电位信号的监检测。
10.按照权利要求1所述的高温高压水三轴多样品加载应力腐蚀裂纹萌生测试装置，其特征在于，还包括温度与压力保护系统的控制部分，控制柜内设有温度、压力及加载方式和实验参数设置的显示器与调节器；控制程序显示器开关与控制程序显示器相连；陶瓷加热器输出功率调整开关与温度显示器和陶瓷加热器输出电压显示器相连；数据输出USB接口电源开关与数据输出USB接口相连；各控制器均连接至控制柜内的继电器，继电器通过导线分别连接上部陶瓷加热套、中部陶瓷加热套与下部陶瓷加热套中的电炉丝；所述导线上设置有陶瓷加热器开关，形成超温或低温情况下的断电保护结构。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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