[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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：ZL 201010240899.6，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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案如下：

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。