带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术属于材料环境疲劳实验领域，具体为一种带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置及其应用，用于解决高温高压水环境中疲劳裂纹长度与速率原位精确测量等问题。该装置设有高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统、高温高压水循环系统、高压釜、疲劳机，高温高压水循环系统与高压釜连接构成循环回路，紧凑拉伸(CT)试样通过夹具与疲劳机加载部分连接，高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统通过导线与CT试样连接；高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统包括计算机、纳伏微欧表、数据采集开关单元、直流电源、GPIB板卡、压缩密封件、直流电位降测试软件，能够原位精确监测CT试样在高温高压水环境中的疲劳裂纹长度。

【技术实现步骤摘要】
带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置及其应用
本专利技术属于材料环境疲劳实验领域，更确切的说，涉及到一种带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置及其应用，该试验装置用于材料在模拟核电高温高压水环境中的疲劳裂纹扩展试验。
技术介绍
疲劳设计中的损伤容限法已经广泛应用于航空航天、电力、石油化工等领域。损伤容限法的依据为材料的疲劳裂纹扩展规律，当材料服役于苛刻的环境中时，环境促进疲劳开裂效应至关重要，需要以材料在服役环境中的疲劳裂纹扩展速率作为设计依据。在核电领域，例如压水堆核电的压力边界关键设备(如：压力容器、主管道)服役于高温高压水环境中，在应用损伤容限法评估其服役寿命时，关键设备材料高温高压水疲劳裂纹扩展速率尤为重要。研究以及运行经验均表明，工程构件服役于高温高压水环境中，腐蚀疲劳是潜在的主要失效形式之一。目前，我国正在大力发展核电，获得核电关键材料在高温高压水环境中的疲劳裂纹扩展规律，揭示其环境疲劳损伤机理，对于核电安全运行、寿命预测、检修期的合理制定均据有重大意义。开展高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展规律研究首先需要解决试验装置问题。高温高压水疲劳裂纹扩展试验要求能够原位、实时、精确地测量试样的疲劳裂纹长度。常规空气中应用的裂纹长度测量设备无法满足高温高压水环境原位测量的要求。专利“一种带高温高压循环水的腐蚀疲劳试验装置”(专利号：ZL201010240899.6，授权公告号CN102346114B)主要针对高温高压水疲劳裂纹萌生问题，只能评价标准圆棒状疲劳试样在高温高压水环境中的疲劳裂纹起始寿命，不能原位测量CT试样的疲劳裂纹长度，无法满足高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展试验的要求。因此，研发高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置及相关技术，对积累核电结构材料高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展速率等基础数据，保证核电关键设备安全运行具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置及其应用，能在高温高压水环境中评价材料腐蚀疲劳裂纹扩展速率，解决现有技术中存在的维护困难、结构复杂、仪器操作繁琐、常规空气中的裂纹长度测量设备无法用于高温高压水环境中等问题，拟应用于材料在模拟核电高温高压水环境中的疲劳裂纹扩展试验研究。本专利技术的技术方案如下：一种带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，该试验装置设有高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统、高温高压水循环系统、电液伺服疲劳试验机、高压釜，高温高压水循环系统与高压釜的进水口、出水口连接构成循环回路，高温高压水循环系统为实验提供高温高压水环境，CT试样通过夹具安装于高压釜内的样品台上，并与电液伺服疲劳试验机的传动装置相连，电液伺服疲劳试验机对CT试样进行疲劳加载，高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统通过导线和压缩密封件与CT试样连接，实现在高温高压水环境中原位精确监测CT试样疲劳裂纹长度，并实时监测、显示与记录实验数据。所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统包括纳伏微欧表、数据采集开关单元、直流电源、计算机、GPIB板卡、压缩密封件、直流电位降测试软件，纳伏微欧表、数据采集开关单元、直流电源与装有GPIB板卡的计算机连接，通过直流电位降测试软件实现对硬件的自动控制、对实验数据的自动记录保存，与计算机连接的操作界面实时显示CT试样疲劳裂纹长度随时间变化的曲线，高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统能够实时测量、显示、记录实验过程中CT试样在高温高压水环境中的疲劳裂纹尺寸数据。所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，CT试样通过导线与高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统连接，导线穿出高压釜处利用压缩密封件密封，高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统能够原位精确监测CT试样在高温高压水环境中的疲劳裂纹长度。所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，压缩密封件带有水冷装置，冷却压缩密封件与导线之间的密封件，保证其能够长期稳定运行。所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，直流电位降测试软件安装于计算机内，通过所述软件进行控制和数据采集；直流电源以恒流模式为CT试样提供恒定的电流，纳伏微欧表测量CT试样固定位置的电位值，数据采集开关单元实现数据的测量及开关的控制，腐蚀疲劳裂纹扩展测试软件对设备进行控制，对采集的数据进行记录与处理，在软件界面上实时显示疲劳裂纹长度与时间的曲线、实时记录并保存测量的相关数据。所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，利用夹具将CT试样安装于高压釜内样品台上，并利用绝缘装置将CT试样与夹具之间绝缘，保证CT试样在高温高压水环境中不与金属导体直接接触；CT试样通过加载轴与电液伺服疲劳试验机的传动装置连接，实现在高温高压水环境中对CT试样进行循环加载；电液伺服疲劳试验机与电液伺服疲劳试验机控制器和电脑依次相连，通过电脑控制电液伺服疲劳试验机，实现不同加载模式、波形条件下的疲劳试验。所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，倒置高压釜固定在托台上，高压釜的釜体与横梁相连，高压釜外设有加热装置。所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，高温高压水循环系统包括不锈钢储水罐、离子交换树脂、阀门、背压阀、冷凝器、预热器、热交换器、高压泵、流量计、循环泵、溶解氧测试仪表、空气瓶、氮气瓶，储水罐的底部分别通过管路与空气瓶、氮气瓶连通，储水罐底部的出水口通过管路与循环泵相通，循环泵的出水口分出三个管路：第一个管路上依次设置流量计、溶解氧测试仪表，第二个管路上设置阀门，第三个管路上依次设置高压泵、热交换器、预热器、热交换器、冷凝器、背压阀，预热器的出水口与高压釜的入水口连通，高压釜的出水口与通过连接管经由热交换器后与冷凝器连通，所述三个管路的出水口汇合，并通过带有离子交换树脂的管路与储水罐的顶部相通。所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，高温高压水循环系统中的循环泵、高压泵、预热器、加热装置，分别与控制柜连接，控制并显示高温高压水循环系统中温度、溶解氧、压力水化学参数，带有报警、断电保护和自动恢复功能。所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置的应用，运行这套带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，包括以下的操作步骤：(1)储水罐注水，将实验用的溶液注入到储水罐中；(2)安装CT试样，开启电液伺服疲劳试验机，使用横梁将高压釜升起，依靠夹具将试样的一端与样品台相连，另一端与加载轴相连，在安装过程中，将CT试样与夹具之间进行绝缘处理，CT试样装夹完毕后，利用电脑内的控制软件操作电液伺服疲劳试验机，给CT试样施加预紧力；(3)CT试样与高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统连接，首先将导线穿过压缩密封件并将每一根导线做好标记，将压缩密封件拧到高压釜的釜盖上；将每根导线在高压釜内的位置固定好，防止导线之间、导线与CT试样、导线与夹具因为接触而影响裂纹长度信号的测量，按试样上已经标记好的位置，利用点焊机将导线焊接到试样的指定位置，焊接完成后用手轻轻触碰导线确认导线焊接牢固，按照导线上做好的标记将对应的导线的另一端与高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统的接线端相连；(4)高压釜密封，试样装夹完毕、导线焊接完毕后，通过控制疲劳试验机横梁将高压釜的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于：该试验装置设有高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统、高温高压水循环系统、电液伺服疲劳试验机、高压釜，高温高压水循环系统与高压釜的进水口、出水口连接构成循环回路，高温高压水循环系统为实验提供高温高压水环境，CT试样通过夹具安装于高压釜内的样品台上，并与电液伺服疲劳试验机的传动装置相连，电液伺服疲劳试验机对CT试样进行疲劳加载，高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统通过导线和压缩密封件与CT试样连接，实现在高温高压水环境中原位精确监测CT试样疲劳裂纹长度，并实时监测、显示与记录实验数据。

【技术特征摘要】
1.一种带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于：该试验装置设有高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统、高温高压水循环系统、电液伺服疲劳试验机、高压釜，高温高压水循环系统与高压釜的进水口、出水口连接构成循环回路，高温高压水循环系统为实验提供高温高压水环境，CT试样通过夹具安装于高压釜内的样品台上，并与电液伺服疲劳试验机的传动装置相连，电液伺服疲劳试验机对CT试样进行疲劳加载，高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统通过导线和压缩密封件与CT试样连接，实现在高温高压水环境中原位精确监测CT试样疲劳裂纹长度，并实时监测、显示与记录实验数据。2.按照权利要求1所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于：高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统包括纳伏微欧表(24)、数据采集开关单元(25)、直流电源(26)、计算机(27)、GPIB板卡(28)、压缩密封件(31)、直流电位降测试软件，纳伏微欧表(24)、数据采集开关单元(25)、直流电源(26)与装有GPIB板卡(28)的计算机(27)连接，通过直流电位降测试软件实现对硬件的自动控制、对实验数据的自动记录保存，与计算机(27)连接的操作界面实时显示CT试样(17)疲劳裂纹长度随时间变化的曲线，高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统能够实时测量、显示、记录实验过程中CT试样在高温高压水环境中的疲劳裂纹尺寸数据。3.按照权利要求2所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于：CT试样(17)通过导线与高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统连接，导线穿出高压釜(16)处利用压缩密封件(31)密封，高温高压水腐蚀疲劳裂纹扩展测试系统能够原位精确监测CT试样(17)在高温高压水环境中的疲劳裂纹长度。4.按照权利要求3所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于：压缩密封件(31)带有水冷装置，冷却压缩密封件(31)与导线之间的密封件，保证其能够长期稳定运行。5.按照权利要求2所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于：直流电位降测试软件安装于计算机(27)内，通过所述软件进行控制和数据采集；直流电源(26)以恒流模式为CT试样(17)提供恒定的电流，纳伏微欧表(24)测量CT试样(17)固定位置的电位值，数据采集开关单元(25)实现数据的测量及开关的控制，腐蚀疲劳裂纹扩展测试软件对设备进行控制，对采集的数据进行记录与处理，在软件界面上实时显示疲劳裂纹长度与时间的曲线、实时记录并保存测量的相关数据。6.按照权利要求2所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于：利用夹具将CT试样(17)安装于高压釜(16)内样品台上，并利用绝缘装置将CT试样(17)与夹具之间绝缘，保证CT试样(17)在高温高压水环境中不与金属导体直接接触；CT试样(17)通过加载轴(21)与电液伺服疲劳试验机(18)的传动装置连接，实现在高温高压水环境中对CT试样(17)进行循环加载；电液伺服疲劳试验机(18)与电液伺服疲劳试验机控制器(29)和电脑(30)依次相连，通过电脑(30)控制电液伺服疲劳试验机(18)，实现不同加载模式、波形条件下的疲劳试验。7.按照权利要求1所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于：倒置高压釜(16)固定在托台(19)上，高压釜(16)的釜体与横梁(14)相连，高压釜(16)外设有加热装置(15)。8.按照权利要求1所述的带高温高压循环水的腐蚀疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于：高温高压水循环系统包括不锈钢储水罐、离子交换树脂、阀门、背压阀、冷凝器、预热器、热交换器、高压泵、流量计、循环泵、溶解氧测试仪表、空气瓶、氮气瓶，储水罐的底部分别通过管路与空气瓶、氮气瓶连通，储水罐底部的出水口通过管路与循环泵相通，循环泵的出水口分出三个管路：第一个管路上依次设置流量计、溶解氧测试仪表，第二个管路上设置阀门，第三个管路上依次设置高压泵、...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴欣强，张兹瑜，谭季波，王翔，韩恩厚，柯伟，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21