[发明专利]一种堆内辐照环境下金属材料蠕变的试验装置

说明书

本发明属于核反应堆燃料技术领域，具体涉及一种堆内辐照环境下金属材料蠕变的试验装置。本发明包括薄壁圆管、芯轴、第一端塞，第二端塞，第一端塞和第二端塞分别与薄壁圆管的上下两端固定连接，薄壁圆管内设有芯轴，芯轴的一端与第一端塞固定连接，另一端与薄壁圆管、第二端塞存在间隙，薄壁圆管内部预充压力惰性气体。本发明结构简单、实现方便，制造可行，可满足在试验堆及商用堆内辐照环境下包壳材料蠕变试验研究及数据获取的需求。

技术领域

本发明属于核反应堆燃料技术领域，具体涉及一种堆内辐照环境下金属材料蠕变的试验装置。

背景技术

燃料棒包壳材料的蠕变性能非常重要的力学性能之一，获得包壳材料的蠕变性能，对于准确预测燃料棒包壳在堆内的辐照行为非常重要。在新型包壳材料的研发过程中，如何得到新型包壳材料的堆内蠕变试验数据，从而得到包壳材料的蠕变性能，一直是新型包壳材料研发的难题。

传统的材料蠕变试验一般在堆外环境下开展，在辐照环境下开展蠕变试验的难度较大。目前，国内暂无在试验堆及商用堆内开展蠕变试验的方法和专用试验装置，尤其对于商用堆来说，需要考虑商用堆运行的安全性及商用堆空间限制，很难开展材料蠕变试验。

国内有多试件粘接接头、有导向管、凸台、弹性元件、固支直杆小试样等多种蠕变实验方法及装置的报道，有多头微型试样、全应力控制式三轴等蠕变试验装置及方法的报道。国外有堆内蠕变试验系统报道，有相关蠕变实验的夹具和方法的发明。国内外未见可实现在试验堆及商用堆内辐照环境下开展材料蠕变试验及获取数据的报告。

发明内容

本发明解决的技术问题：本发明提供一种堆内辐照环境下金属材料蠕变的试验装置，结构简单、实现方便，制造可行，可满足在试验堆及商用堆内辐照环境下包壳材料蠕变试验研究及数据获取的需求。

本发明采用的技术方案：

一种堆内辐照环境下金属材料蠕变的试验装置，包括薄壁圆管、芯轴、第一端塞，第二端塞，第一端塞和第二端塞分别与薄壁圆管的上下两端固定连接，薄壁圆管内设有芯轴，芯轴的一端与第一端塞固定连接，另一端与薄壁圆管、第二端塞存在间隙，薄壁圆管内部预充压力惰性气体。

所述芯轴起到支撑作用，可避免薄壁圆管发生过度变形。

所述第一端塞，第二端塞上设有预充惰性气体的孔道，孔道包含充气孔、充气孔过度斜面，充气孔过度区域。

所述薄壁圆管的壁厚为0.15mm～0.7mm，直径为4mm～12mm，长度为20mm～200mm。

所述芯轴为圆柱型，长度为10mm～190mm，芯轴在薄壁圆管内部并同轴，芯轴与圆管内壁间隙为0.5mm～2mm。

所述芯轴与第一端塞通过TIG焊、MIG焊、电子束焊、激光焊或其他焊接的方式连接，或通过机械加工成为一体化结构；薄壁圆管两端通过TIG焊、MIG焊、电子束焊、激光焊或其他焊接的方式连接第一端塞、第二端塞。

所述预充惰性气体压力0MPa～10MPa，充压后采用点焊方式堵孔焊，保证薄壁圆管内部一定压力预充惰性气体；在开展蠕变试验的过程中，薄壁圆管的内外压差范围为0MPa～25MPa。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供一种堆内辐照环境下金属材料蠕变的试验装置，放置在压水堆堆芯的环境中，薄壁圆管可在压水堆冷却剂压力和内部气压的压力差作用下会发生缓慢的蠕变变形，导致圆管直径发生变化，这样，在不同时间段测量圆管变形结果可得到材料的蠕变变形随辐照时间的试验数据。也可将本蠕变试验装置放置到试验堆中，在合适的试验温度下内外压差的作用下开展蠕变试验研究。