CN106990004A - 一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置及其应用 - Google Patents
一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106990004A CN106990004A CN201710282107.3A CN201710282107A CN106990004A CN 106990004 A CN106990004 A CN 106990004A CN 201710282107 A CN201710282107 A CN 201710282107A CN 106990004 A CN106990004 A CN 106990004A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fatigue
- autoclave
- water
- hthp
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 159
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 title claims abstract description 83
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 67
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 19
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 16
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 claims description 9
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 claims description 9
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 7
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 210000001138 tear Anatomy 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000009920 food preservation Methods 0.000 claims description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 11
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 12
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 7
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 1
- 244000131316 Panax pseudoginseng Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- -1 autoclave Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 235000019628 coolness Nutrition 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006392 deoxygenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000002932 luster Substances 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011824 nuclear material Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
- G01N3/36—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces generated by pneumatic or hydraulic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0001—Type of application of the stress
- G01N2203/0005—Repeated or cyclic
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/003—Generation of the force
- G01N2203/0042—Pneumatic or hydraulic means
- G01N2203/0048—Hydraulic means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明属于材料性能测试试验技术领域，准确地说，涉及到一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置及其应用。该装置主要由高温高压循环水***、高压釜、疲劳机、法向正压力施加***、控制***五部分组成。高温高压循环水***为高压釜内提供试验所需的水化学精确可控的高温高压循环水环境，疲劳机对高压釜内的疲劳试样施加交变载荷，法向正压力施加***对高压釜内疲劳试样标距段表面施加可控的正压力，控制***控制高温高压循环水***和疲劳机。在疲劳试验过程中，疲劳试样标距段反复变形，磨损压头保持静止，磨损压头与疲劳试样标距段接触区域反复摩擦，实现高温高压循环水环境中的原位微动疲劳试验。
Description
技术领域
本发明属于材料性能测试试验技术领域，准确地说，涉及到一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置及其应用。
背景技术
微动疲劳是压水堆(PWR)核电站部分关键构件发生服役损伤失效的主要原因之一，常发生于连接PWR核电站一、二回路的压力边界—蒸汽发生器(SG)传热管。SG传热管为薄壁结构，刚度较低，且传热管与支承板、抗振条间存在微小的间隙，电站运行时在流致振动激励下传热管与支承板、抗振条间会发生高频低幅相对滑动；同时，由于停堆/启堆、流致振动、热分层等，SG传热管将遭受腐蚀疲劳损伤，上述两种因素的共同作用将导致SG传热管遭受微动疲劳损伤，可能造成传热管破裂，危及反应堆安全。
目前，在高温高压循环水腐蚀疲劳试验技术领域，发明专利《一种带高温高压循环水的腐蚀疲劳试验装置，公开号：CN102346114A》只能实现高温高压循环水环境中圆棒状试样的常规拉压应变疲劳试验，不能满足高温高压循环水中微动疲劳损伤模拟试验的要求。由于高温高压循环水环境中原位对疲劳试样施加正压力且精确控制试样与磨头之间正压力非常困难，相关试验技术缺乏，国内外还没有高温高压循环水环境中材料微动疲劳性能的试验研究报道。因此，开发一种高温高压循环水环境中微动疲劳试验装置，应用于核电结构材料(如：SG传热管材料)的微动疲劳性能研究，对我国核电结构材料国产化以及核电站安全运行意义重大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能在高温高压循环水环境下测试材料微动疲劳试验装置及其应用，应用于核电结构材料高温高压循环水环境中微动疲劳性能研究，积累核电结构材料基础数据，为核电站关键设备疲劳设计、安全评估、寿命预测和老化管理奠定理论和技术基础。
本发明的技术方案是：
一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，该装置包括高温高压循环水***、高压釜、疲劳机、法向正压力施加***和控制***，高温高压循环水***为高压釜内提供试验所需的高温高压循环水，疲劳机对高压釜内的微动疲劳试样进行疲劳加载，施加交变载荷，法向正压力施加***对高压釜内疲劳试样标距段表面，通过磨损压头精确施加微动疲劳所需的正压力，控制***控制整个高温高压循环水***和疲劳机，从而实现高温高压循环水中的微动疲劳试验。
所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，高温高压循环水***设有储水罐、循环泵、高压泵、热交换器、预热器、冷凝器、背压阀、溶解氧探头，储水罐的水出口经过循环泵后分为两个回路：一回路用于水质监测，经溶解氧探头、离子交换树脂直接连回储水罐；二回路经过高压泵、热交换器、预热器后，连至高压釜，高压釜通过管路连回热交换器，经过冷凝器、背压阀、离子交换树脂，连至储水罐，形成回路。
所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，在疲劳机的两个立柱之间安装托台，高压釜倒置在疲劳机托台上，釜体在上，釜盖在下，高压釜的上端悬挂在疲劳机横梁上，高压釜的釜盖在高压釜的下端，釜盖的底部连接水冷装置，高压釜内设微动疲劳试样夹具及正压力施加***；釜盖上设置进水口与出水口，所述出水口上密封连接不锈钢管，不锈钢管伸入高压釜的釜体底部。
所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，高压釜内有试样台，试样台通过四个立柱固定于釜盖上，所述的试样台上设有微动疲劳试样夹具，微动疲劳试样通过所述微动疲劳试样夹具的试样夹具底座和欧姆夹与试样台相连，试样夹具底座和欧姆夹对中并固定于试样台的上下面。
所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，水冷装置内穿设拉伸轴，拉伸轴的一端连接微动疲劳试样夹具上的微动疲劳试样，拉伸轴的另一端连接疲劳机的传动装置。
所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，施加微动疲劳试样的两端分别安装于试样夹具底座，法向正压力施加***固定于上欧姆夹上，磨损压头与施加微动疲劳试样垂直，磨损压头的两端设置于法向正压力施加***的磨损压头固定装置上，磨损压头的两端与法向正压力施加***的法向正压力施加单元相对应，通过法向正压力施加单元施加微动疲劳试样的标距段表面与磨损压头之间的正压力，通过对法向正压力施加单元的调节，实现不同正压力的精确施加。
所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，控制***的控制柜连接循环泵、高压泵、预热器、高压釜，在控制柜上控制循环泵、高压泵，并对预热器、高压釜进行控温，显示高压釜内的温度和压力，自动控制整个高温高压循环水回路。
所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，疲劳机与控制柜连接，通过控制柜对疲劳机进行操作，在控制柜上设置控制模式、载荷、位移、频率、波形微动疲劳试验参数，实现对疲劳机的自动控制，采集并记录试验数据。
所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置的应用，包括如下步骤：
(1)打开储水罐的注水阀门开始注水；
(2)安装微动疲劳试样；打开控制柜上的开关，启动油压泵，使疲劳机的上横梁带动高压釜的釜体向上移动，分开釜体和釜盖后，将微动疲劳试样通过欧姆夹连接试样底座并固定于试样台上，试样下底座与疲劳机拉伸轴相连；
(3)微动疲劳试样表面法向正压力施加；磨损压头通过磨损压头固定装置固定于欧姆夹上，调节法向正压力施加单元，将疲劳试样标距段表面与磨损压头之间的正压力施加到目标值；
(4)拧紧高压釜；装完微动疲劳试样、施加法向正压力后，操纵控制柜，放下疲劳机上横梁，使釜体和釜盖在重力作用下自吻合接触，然后拧紧高压釜下面的主螺栓，使高压釜完全密封；
(5)通循环水；打开阀门，打通整个循环水回路，使高压釜与循环水***接通，将水引入高压釜，并灌满高压釜，调节高压釜内循环水的溶解氧含量至目标值；
(6)循环水升压；打开控制柜上的高压泵的开关按钮，手动调节高压泵的行程，保持回路循环水流速稳定，然后向右缓慢拧紧背压阀，压力逐渐上升，直到达到试验目标压力值；
(7)循环水加热；加热前打开冷凝器和水冷装置的冷却水开关，然后开启控制柜上的预热器和高压釜控温按钮，设定试验温度，开启加热，此时高压釜内的温度逐渐上升，当到达设定温度后，控制柜内的控温装置对其温度自行调节，直到温度稳定；
(8)疲劳加载；打开疲劳机的控制软件，设定疲劳试验的参数：控制模式、波形、频率、循环周次、应力、应变、停机条件，然后开启自动加载模式，直至疲劳加载结束；
(9)停止试验；当疲劳试验达到设定的条件后，停止疲劳机控制软件，保存试验数据，然后关闭控制柜上的预热器和高压釜的加热开关，此时高压釜内温度逐渐降低，当到达室温后，调节背压阀使压力降低为零，调节高压泵的行程为零，关闭循环泵和高压泵，使水停止循环，然后关闭冷凝器和水冷装置的冷却水，试验结束。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明的高温高压循环水循环水***可以在360℃、20MPa以下长期稳定运行，并精确控制温度、压力、溶解氧等水化学参数，实现轻水堆核电站高温高压循环水环境的试验模拟。
2、本发明可以在模拟核电站高温高压循环水环境中，通加载轴连接疲劳试样和疲劳机作动器(传动装置)，实现多种波型条件下的疲劳加载，通过法向正压力施加单元可以对疲劳试样标距段施加正压力，并在0～300N范围内精确控制试样表面与磨损压头之间的法向正压力值，误差优于2％；在疲劳试验过程中，磨损压头保持静止，疲劳试样标距段反复拉伸与压缩，磨损压头与疲劳试样接触面反复磨损，实现高温高压循环水环境中的微动疲劳试验。
3、本发明的疲劳机拉伸轴与高压釜体之间采用O型圈进行密封，并辅于水冷装置，保证拉伸轴在往复运动时保持良好的密封性。
4、本发明实现计算机自动控制和数据采集，运行稳定，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的装置结构图。
图2为微动疲劳试样装配示意图。
图3为国产SG传热管用690镍基合金材料高温高压循环水微动疲劳试验的应力幅与循环周次曲线，应变幅为0.4％。
图4为本发明高温高压循环水微动疲劳试验装置实施例(Experiment，alloy 690)的结果与文献(NUREG/CR-6909，ally 690&alloy 152)中正常状态疲劳数据的对比图。其中，RT air表示室温空气中的疲劳试验；0.4％s-1，PWR water表示在模拟压水堆核电站高温高压循环水中应变速率为0.4％s-1的疲劳试验；1％s-1，100N，285℃，≤5ppb，water表示在285℃、7.8MPa、溶解氧浓度≤5ppb的高温高压循环水中应变速率为1％s-1、正压力为100N的微动疲劳试验；Best-fit air ANL model表示由美国阿贡国家实验室提出的最优化疲劳寿命-应变幅值模型曲线。
图5为285℃、7.8MPa、溶解氧浓度≤5ppb的高温高压循环水环境中微动疲劳试验后片状试样的表面形貌，应变幅为0.4％，法向正压力为100N，循环周次为6133周。其中，图5a和图5b为试验前疲劳试样的正面图和侧面图，图5c为试验后疲劳试样正面图，图5d为试验后疲劳试样的侧面图。
图1中：1疲劳机；2高压釜；3微动疲劳试样夹具及正压力施加***；4托台；5水冷装置；6拉伸轴；7控制柜；14储水罐；15离子交换树脂；16溶解氧探头；17循环泵；18冷凝器；19热交换器；20高压泵；21预热器；22背压阀。
图2中：8微动疲劳试样；9磨损压头固定装置；10试样夹具底座；11欧姆夹；12磨损压头；13法向正压力施加单元。
具体实施方式
如图1-图2所示，本发明提供了一种能在高温高压循环水环境下测试材料微动疲劳性能的装置，并应用于国产SG传热管材料高温高压循环水环境中微动疲劳性能研究。该装置主要由高温高压循环水***、高压釜、疲劳机、法向正压力施加***、控制***五部分组成，包括：疲劳机1、高压釜2、微动疲劳试样夹具及正压力施加***3、托台4、水冷装置5、拉伸轴6、控制柜7、微动疲劳试样8、磨损压头固定装置9、试样夹具底座10、欧姆夹11、磨损压头12、法向正压力施加单元13、储水罐14、离子交换树脂15、溶解氧探头16、循环泵17、冷凝器18、热交换器19、高压泵20、预热器21、背压阀22等。其中，高温高压循环水***为高压釜内提供试验所需的高温高压循环水，疲劳机对高压釜内的微动疲劳试样进行疲劳加载，施加交变载荷，法向正压力施加***对高压釜内疲劳试样标距段表面，通过磨损压头精确施加微动疲劳所需的、精确可控的正压力，控制***控制整个高温高压循环水***和疲劳机，从而实现高温高压循环水中的微动疲劳试验。
其中，高温高压循环水***主要由储水罐14、循环泵17、高压泵20、溶解氧探头16、热交换器19、预热器21、冷凝器18、背压阀22等组成，具体结构如下：
储水罐14的水出口经过循环泵17后分为两个回路：一回路用于水质监测，经溶解氧探头16、离子交换树脂15直接连回储水罐14；二回路水经过高压泵20、热交换器19、预热器21预热后，进入高压釜2，水从高压釜2流出再次进入热交换器19，然后经过冷凝器18、背压阀22、离子交换树脂15，流回储水罐14，形成回路。
水介质在所述的储水罐14中进行溶解氧调控，调控方式为通过储水罐14中的开口通入氮气和氧气，水介质中的离子通过离子交换树脂15加以控制。
在疲劳机1的两个立柱之间安装托台4，高压釜2倒置在疲劳机托台4上(釜体在上，釜盖在下)，高压釜2的上端悬挂在疲劳机1横梁上，高压釜2的釜盖在高压釜2的下端，釜盖的底部连接水冷装置5，高压釜2内设微动疲劳试样夹具及正压力施加***3。釜盖上设置进水口与出水口，为了保证在试验过程中水介质能够充满整个高压釜2，所述出水口上密封连接不锈钢管，不锈钢管伸入高压釜2的釜体底部。高压釜2内有试样台，试样台通过四个立柱固定于釜盖上，所述的试样台上设有微动疲劳试样夹具，微动疲劳试样8通过所述微动疲劳试样夹具的试样夹具底座10和欧姆夹11与试样台相连，试样夹具底座10和欧姆夹11对中并固定于试样台的上下面。
水冷装置5内穿设拉伸轴6，拉伸轴6的一端连接微动疲劳试样夹具上的微动疲劳试样8，拉伸轴6的另一端连接疲劳机1的传动装置，拉伸轴6与水冷装置5之间利用O型圈实现动态密封。
施加微动疲劳试样8的两端分别安装于试样夹具底座10，法向正压力施加***固定于上欧姆夹11上，磨损压头12与施加微动疲劳试样8垂直，磨损压头12的两端设置于法向正压力施加***的磨损压头固定装置9上，磨损压头12的两端与法向正压力施加***的法向正压力施加单元13相对应，通过法向正压力施加单元13施加微动疲劳试样8的标距段表面与磨损压头12之间的正压力，通过对法向正压力施加单元13的调节，实现不同正压力的精确施加。
控制***的控制柜7连接循环泵17、高压泵20、预热器21、高压釜2，在控制柜7上可以控制循环泵17、高压泵20，并对预热器21、高压釜2进行控温，显示高压釜2内的温度和压力，自动控制整个高温高压循环水回路。
疲劳机1与控制柜7连接，可以通过控制柜7对疲劳机1进行操作，在控制柜7上可以设置控制模式、载荷、位移、频率、波形等微动疲劳试验参数，实现对疲劳机的自动控制，采集并记录试验数据。
如图2所示，微动疲劳试样8的夹持方式及法向正压力的施加方法，微动疲劳试样8通过欧姆夹11连接试样底座10并固定于试样台上，法向正压力施加单元13施加疲劳试样标距段表面与磨损压头之间的法向正压力。
如图1-图2所示，本发明装置的具体操作步骤如下：
1、储水罐14注水。打开储水罐14的注水阀门开始注水，当水位到达储水罐14高度约五分之四时，认为注水完毕。
2、安装微动疲劳试样8。打开控制柜7上的开关，启动油压泵，使疲劳机1的上横梁带动高压釜2的釜体向上移动，分开釜体和釜盖后，将微动疲劳试样8通过欧姆夹11连接试样底座10并固定于试样台上，试样下底座10与疲劳机拉伸轴6相连。
3、微动疲劳试样8表面法向正压力施加。磨损压头12通过磨损压头固定装置9固定于欧姆夹11上，调节法向正压力施加单元13，将疲劳试样标距段表面与磨损压头12之间的正压力施加到目标值。
4、拧紧高压釜2。装完微动疲劳试样8、施加法向正压力后，操纵控制柜7，放下疲劳机上横梁，使釜体和釜盖在重力作用下自吻合接触，然后拧紧高压釜2下面的主螺栓，使高压釜完全密封。
5、通循环水。打开阀门，打通整个循环水回路，使高压釜2与循环水***接通，将水引入高压釜2，并灌满高压釜2，调节高压釜2内循环水的溶解氧含量至目标值。
6、循环水升压。打开控制柜7上的高压泵20的开关按钮，手动调节高压泵20的行程，保持回路循环水流速稳定，然后向右缓慢拧紧背压阀22，压力逐渐上升，直到达到试验目标压力值。
7、循环水加热。加热前打开冷凝器18和水冷装置5的冷却水开关，然后开启控制柜7上的预热器21和高压釜2控温按钮，设定试验温度，开启加热，此时高压釜2内的温度逐渐上升，当到达设定温度后，控制柜7内的控温装置对其温度自行调节，直到温度稳定。
8、疲劳加载。打开疲劳机1的控制软件，设定疲劳试验的参数：控制模式、波形、频率、循环周次、应力、应变、停机条件，然后开启自动加载模式，直至疲劳加载结束。
9、停止试验。当疲劳试验达到设定的条件后，停止疲劳机控制软件，保存试验数据，然后关闭控制柜7上的预热器21和高压釜2的加热开关，此时高压釜2内温度逐渐降低，当到达室温后，调节背压阀22使压力降低为零，调节高压泵20的行程为零，关闭循环泵17和高压泵20，使水停止循环，然后关闭冷凝器18和水冷装置5的冷却水，试验结束。
实施例
本实施例中，国产SG传热管用690镍基合金材料，在285℃、7.8MPa、溶解氧浓度≤5ppb的高温高压循环水中的微动疲劳试验，应变幅值为0.4％，应变速率为1％s-1，法向正压力数值为100N。
微动疲劳试样材料为一种国产PWR核电站SG传热管用690镍基合金，加工成片状试样，标距段长10mm，宽6mm，厚3mm，把微动疲劳试样通过欧姆夹固定于试样底座后，安装法向正压力施加单元，正压力值调整为100N，然后拧紧高压釜，将储水罐注满水后，通入氮气进行除氧，使储水罐内保持一定的气压，一定时间后，水中的溶解氧浓度≤5ppb，开动高温高压循环水控制柜和疲劳机控制柜，启动循环泵，使水全部经过离子交换树脂过滤，开启高压泵，调节行程为12mm，对应循环水流量约为12L/h，然后调节背压阀，使压力上升至7.8MPa，预热器温度设定为320℃，高压釜温度设定为285℃，启动加热开关，当釜内温度到达设定温度后，稳定30分钟，然后打开控制柜上的疲劳机控制软件，设定控制模式为位移控制，波形为三角波，应变速率为1％s-1，应变幅值设为0.4％，设定当峰值应力下降到最大峰值应力值的75％时停止试验，其对应的循环次数N25定义为疲劳寿命。
如图3所示，从高温高压循环水微动疲劳试验的应力幅值与循环周次曲线可以看出，本实施例中的疲劳寿命为6133周次。
如图4所示，将本实施例高温高压循环水微动疲劳试验结果与文献(NUREG/CR-6909)中数据进行的对比，根据ASME标准提出的ANL最优化模型曲线预测，在应变幅值为0.4％时，690合金标准棒状疲劳试样室温拉压疲劳的寿命为10870周，且已知高温高压循环水中的疲劳寿命相比与室温空气中未见明显下降。但由图4可知，本实施例高温高压循环水微动疲劳试验结果(6133周)显著低于ANL最优化模型曲线预测值(10870周)。可见，高温高压循环水微动疲劳导致690合金材料疲劳强度降低。
图5a和图5b为试验前疲劳试样的正面图和侧面图，图5c和图5d中所示试样表面有一条与疲劳加载方向垂直的疲劳裂纹，并且裂纹出现于疲劳试样的摩擦副对磨表面。宏观上试样表面失去金属光泽，同时试样的对磨表面有腐蚀产物，体现了高温高压循环水环境对试样微动疲劳失效的促进作用。
实施例结果表明，本发明法向正压力施加***固定于疲劳试样的夹具上，可精确施加疲劳试样与磨损压头之间的正压力。在疲劳试验过程中，疲劳试样标距段反复变形，磨损压头保持静止，磨损压头与疲劳试样标距段接触区域反复摩擦，实现高温高压循环水环境中的原位微动疲劳试验，通过控制***能精确控制高温高压循环水回路以及高压釜内的温度、压力、溶解氧等水化学参数以及疲劳试验机。本发明高温高压循环水微动疲劳试验装置，能够控制试验环境中的水化学参数、疲劳试样标距段应变、磨损正压力，已成功应用于核电材料在模拟核电高温高压循环水环境中的微动疲劳试验。
Claims (9)
1.一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，其特征在于：该装置包括高温高压循环水***、高压釜、疲劳机、法向正压力施加***和控制***，高温高压循环水***为高压釜内提供试验所需的高温高压循环水，疲劳机对高压釜内的微动疲劳试样进行疲劳加载，施加交变载荷，法向正压力施加***对高压釜内疲劳试样标距段表面，通过磨损压头精确施加微动疲劳所需的正压力，控制***控制整个高温高压循环水***和疲劳机，从而实现高温高压循环水中的微动疲劳试验。
2.按照权利要求1所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，其特征在于：高温高压循环水***设有储水罐、循环泵、高压泵、热交换器、预热器、冷凝器、背压阀、溶解氧探头，储水罐的水出口经过循环泵后分为两个回路：一回路用于水质监测，经溶解氧探头、离子交换树脂直接连回储水罐；二回路经过高压泵、热交换器、预热器后，连至高压釜，高压釜通过管路连回热交换器，经过冷凝器、背压阀、离子交换树脂，连至储水罐，形成回路。
3.按照权利要求1所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，其特征在于：在疲劳机的两个立柱之间安装托台，高压釜倒置在疲劳机托台上，釜体在上，釜盖在下，高压釜的上端悬挂在疲劳机横梁上，高压釜的釜盖在高压釜的下端，釜盖的底部连接水冷装置，高压釜内设微动疲劳试样夹具及正压力施加***；釜盖上设置进水口与出水口，所述出水口上密封连接不锈钢管，不锈钢管伸入高压釜的釜体底部。
4.按照权利要求1至3之一所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，其特征在于：高压釜内有试样台，试样台通过四个立柱固定于釜盖上，所述的试样台上设有微动疲劳试样夹具，微动疲劳试样通过所述微动疲劳试样夹具的试样夹具底座和欧姆夹与试样台相连，试样夹具底座和欧姆夹对中并固定于试样台的上下面。
5.按照权利要求3所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，其特征在于：水冷装置内穿设拉伸轴，拉伸轴的一端连接微动疲劳试样夹具上的微动疲劳试样，拉伸轴的另一端连接疲劳机的传动装置。
6.按照权利要求1所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，其特征在于：施加微动疲劳试样的两端分别安装于试样夹具底座，法向正压力施加***固定于上欧姆夹上，磨损压头与施加微动疲劳试样垂直，磨损压头的两端设置于法向正压力施加***的磨损压头固定装置上，磨损压头的两端与法向正压力施加***的法向正压力施加单元相对应，通过法向正压力施加单元施加微动疲劳试样的标距段表面与磨损压头之间的正压力，通过对法向正压力施加单元的调节，实现不同正压力的精确施加。
7.按照权利要求1至3之一所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，其特征在于：控制***的控制柜连接循环泵、高压泵、预热器、高压釜，在控制柜上控制循环泵、高压泵，并对预热器、高压釜进行控温，显示高压釜内的温度和压力，自动控制整个高温高压循环水回路。
8.按照权利要求1至3之一所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，其特征在于：疲劳机与控制柜连接，通过控制柜对疲劳机进行操作，在控制柜上设置控制模式、载荷、位移、频率、波形微动疲劳试验参数，实现对疲劳机的自动控制，采集并记录试验数据。
9.一种权利要求1至8之一所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置的应用，其特征在于，包括如下步骤：
(1)打开储水罐的注水阀门开始注水；
(2)安装微动疲劳试样；打开控制柜上的开关，启动油压泵，使疲劳机的上横梁带动高压釜的釜体向上移动，分开釜体和釜盖后，将微动疲劳试样通过欧姆夹连接试样底座并固定于试样台上，试样下底座与疲劳机拉伸轴相连；
(3)微动疲劳试样表面法向正压力施加；磨损压头通过磨损压头固定装置固定于欧姆夹上，调节法向正压力施加单元，将疲劳试样标距段表面与磨损压头之间的正压力施加到目标值；
(4)拧紧高压釜；装完微动疲劳试样、施加法向正压力后，操纵控制柜，放下疲劳机上横梁，使釜体和釜盖在重力作用下自吻合接触，然后拧紧高压釜下面的主螺栓，使高压釜完全密封；
(5)通循环水；打开阀门，打通整个循环水回路，使高压釜与循环水***接通，将水引入高压釜，并灌满高压釜，调节高压釜内循环水的溶解氧含量至目标值；
(6)循环水升压；打开控制柜上的高压泵的开关按钮，手动调节高压泵的行程，保持回路循环水流速稳定，然后向右缓慢拧紧背压阀，压力逐渐上升，直到达到试验目标压力值；
(7)循环水加热；加热前打开冷凝器和水冷装置的冷却水开关，然后开启控制柜上的预热器和高压釜控温按钮，设定试验温度，开启加热，此时高压釜内的温度逐渐上升，当到达设定温度后，控制柜内的控温装置对其温度自行调节，直到温度稳定；
(8)疲劳加载；打开疲劳机的控制软件，设定疲劳试验的参数：控制模式、波形、频率、循环周次、应力、应变、停机条件，然后开启自动加载模式，直至疲劳加载结束；
(9)停止试验；当疲劳试验达到设定的条件后，停止疲劳机控制软件，保存试验数据，然后关闭控制柜上的预热器和高压釜的加热开关，此时高压釜内温度逐渐降低，当到达室温后，调节背压阀使压力降低为零，调节高压泵的行程为零，关闭循环泵和高压泵，使水停止循环，然后关闭冷凝器和水冷装置的冷却水，试验结束。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710282107.3A CN106990004A (zh) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | 一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710282107.3A CN106990004A (zh) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | 一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置及其应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106990004A true CN106990004A (zh) | 2017-07-28 |
Family
ID=59416981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710282107.3A Pending CN106990004A (zh) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | 一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106990004A (zh) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108414360A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-08-17 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 模拟深海高压腐蚀疲劳三点弯曲试验装置 |
| CN109726471A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-05-07 | 合肥通用机械研究院有限公司 | 一种冷凝器在微动磨损作用下的管束疲劳失效预测方法 |
| CN109975116A (zh) * | 2019-03-20 | 2019-07-05 | 浙江工业大学 | 一种手动可控微动疲劳试验加载装置 |
| CN110132831A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-08-16 | 华能山东石岛湾核电有限公司 | 一种高温气冷堆二回路动态水化学腐蚀试验研究装置及使用方法 |
| CN110208125A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-09-06 | 中国科学院金属研究所 | 一种高温高压水微动疲劳正压力施加装置及其使用方法 |
| CN110849751A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-02-28 | 浙江工业大学 | 一种换热管冲击磨损实验装置 |
| CN111693243A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-09-22 | 西南交通大学 | 一种高温高压多相流冲击微动损伤测试***及其实施方法 |
| CN112557196A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-03-26 | 山西理工红日节能服务有限公司 | 地底直埋管道质量检验方法 |
| CN112683650A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-20 | 国核电站运行服务技术有限公司 | 一种高温高压水环境法向微动磨损试验装置 |
| CN113358551A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-07 | 天津大学 | 金属材料高压腐蚀疲劳实验装置 |
| CN114166651A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-03-11 | 北京科技大学 | 一种在役承压设备微试样高温水应力腐蚀试验装置及方法 |
| CN116124621A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-05-16 | 中机试验装备股份有限公司 | 亚临界水汽环境拉伸疲劳试验机 |
| CN117169024A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-05 | 绍兴市上虞区武汉理工大学高等研究院 | 一种用于模拟储氢瓶内腔重复加压的实验装置及测试方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6601456B1 (en) * | 2001-06-06 | 2003-08-05 | Southwest Research Institute | Fretting fixture for high-cycle fatigue test machines |
| CN102346114A (zh) * | 2010-07-30 | 2012-02-08 | 中国科学院金属研究所 | 一种带高温高压循环水的腐蚀疲劳试验装置 |
| CN102830029A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-12-19 | 四川大学 | 微动摩擦超声振动超长寿命疲劳试验装置 |
| CN104914042A (zh) * | 2015-07-07 | 2015-09-16 | 苏州热工研究院有限公司 | 高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机 |
| CN106483020A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-03-08 | 苏州热工研究院有限公司 | 高温高压微动疲劳试验机 |
-
2017
- 2017-04-26 CN CN201710282107.3A patent/CN106990004A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6601456B1 (en) * | 2001-06-06 | 2003-08-05 | Southwest Research Institute | Fretting fixture for high-cycle fatigue test machines |
| CN102346114A (zh) * | 2010-07-30 | 2012-02-08 | 中国科学院金属研究所 | 一种带高温高压循环水的腐蚀疲劳试验装置 |
| CN102830029A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-12-19 | 四川大学 | 微动摩擦超声振动超长寿命疲劳试验装置 |
| CN104914042A (zh) * | 2015-07-07 | 2015-09-16 | 苏州热工研究院有限公司 | 高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机 |
| CN106483020A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-03-08 | 苏州热工研究院有限公司 | 高温高压微动疲劳试验机 |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108414360A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-08-17 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 模拟深海高压腐蚀疲劳三点弯曲试验装置 |
| CN109726471A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-05-07 | 合肥通用机械研究院有限公司 | 一种冷凝器在微动磨损作用下的管束疲劳失效预测方法 |
| CN109726471B (zh) * | 2018-12-28 | 2022-11-29 | 合肥通用机械研究院有限公司 | 一种冷凝器在微动磨损作用下的管束疲劳失效预测方法 |
| CN109975116A (zh) * | 2019-03-20 | 2019-07-05 | 浙江工业大学 | 一种手动可控微动疲劳试验加载装置 |
| CN110132831A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-08-16 | 华能山东石岛湾核电有限公司 | 一种高温气冷堆二回路动态水化学腐蚀试验研究装置及使用方法 |
| CN110208125A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-09-06 | 中国科学院金属研究所 | 一种高温高压水微动疲劳正压力施加装置及其使用方法 |
| CN110208125B (zh) * | 2019-06-19 | 2023-12-08 | 中国科学院金属研究所 | 一种高温高压水微动疲劳正压力施加装置及其使用方法 |
| CN110849751B (zh) * | 2019-09-29 | 2022-03-25 | 浙江工业大学 | 一种换热管冲击磨损实验装置 |
| CN110849751A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-02-28 | 浙江工业大学 | 一种换热管冲击磨损实验装置 |
| CN111693243B (zh) * | 2020-06-24 | 2021-06-29 | 西南交通大学 | 一种高温高压多相流冲击微动损伤测试***及其实施方法 |
| CN111693243A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-09-22 | 西南交通大学 | 一种高温高压多相流冲击微动损伤测试***及其实施方法 |
| CN112683650A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-20 | 国核电站运行服务技术有限公司 | 一种高温高压水环境法向微动磨损试验装置 |
| CN112557196A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-03-26 | 山西理工红日节能服务有限公司 | 地底直埋管道质量检验方法 |
| CN113358551A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-07 | 天津大学 | 金属材料高压腐蚀疲劳实验装置 |
| CN114166651A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-03-11 | 北京科技大学 | 一种在役承压设备微试样高温水应力腐蚀试验装置及方法 |
| CN116124621A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-05-16 | 中机试验装备股份有限公司 | 亚临界水汽环境拉伸疲劳试验机 |
| CN117169024A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-05 | 绍兴市上虞区武汉理工大学高等研究院 | 一种用于模拟储氢瓶内腔重复加压的实验装置及测试方法 |
| CN117169024B (zh) * | 2023-11-02 | 2024-01-26 | 绍兴市上虞区武汉理工大学高等研究院 | 一种用于模拟储氢瓶内腔重复加压的实验装置及测试方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106990004A (zh) | 一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置及其应用 | |
| CN206876509U (zh) | 一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置 | |
| CN108519321B (zh) | 利用焊接接头力—腐蚀耦合测试装置进行测试的方法 | |
| CN102346114B (zh) | 一种带高温高压循环水的腐蚀疲劳试验装置 | |
| CN102288492B (zh) | 一种带声发射测试的高温高压循环水恒载拉伸实验装置 | |
| CN107091778B (zh) | 一种四轴慢应变速率拉伸的辐照促进应力腐蚀试验机 | |
| CN104089769B (zh) | 往复式液体减振器模拟试验装置 | |
| CN107436260B (zh) | 一种高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验*** | |
| CN102279079B (zh) | 核电设备用密封垫片的性能检验方法 | |
| CN109827897B (zh) | 一种基于杠杆的慢拉伸应力腐蚀实验装置 | |
| CN103454168B (zh) | 石化阀门用防爆o型圈rgd检测方法 | |
| CN104897472B (zh) | 多功能压差式高压氢与材料相容性的试验装置 | |
| CN111735718A (zh) | 一种多工位集成环境玻璃钢弯曲蠕变试验装置及试验方法 | |
| CN109490109A (zh) | 一种管状试样高温高压水腐蚀疲劳试验装置 | |
| CN112924300A (zh) | 深层超深层岩石高温-渗流-应力-化学耦合试验*** | |
| CN202024861U (zh) | 一种核电设备用密封垫片的性能检验装置 | |
| CN105702304A (zh) | 一种反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置 | |
| CN115406769A (zh) | Ct实时扫描的岩石三轴应力、渗流、温度耦合试验*** | |
| CN107462468A (zh) | 用于关键核材料复杂服役环境下材料性能测试装置 | |
| CN102269675A (zh) | 一种流体压力提供第三向应力的双向拉伸试验装置及其应用 | |
| CN209894623U (zh) | 一种卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置 | |
| CN114062175B (zh) | 一种动态循环液态金属环境材料腐蚀试验*** | |
| CN203658143U (zh) | 一种高温高压釜加载装置 | |
| CN112198055A (zh) | 动水-应力耦合作用下的岩石劣化试验装置及其试验方法 | |
| CN111610090A (zh) | 一种气体容器的压力循环测试***及测试方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 110016 No. 72, Wenhua Road, Shenhe District, Liaoning, Shenyang Applicant after: INSTITUTE OF METAL RESEARCH CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Applicant after: Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co.,Ltd. Address before: 110016 No. 72, Wenhua Road, Shenhe District, Liaoning, Shenyang Applicant before: INSTITUTE OF METAL RESEARCH CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Applicant before: SHANGHAI NUCLEAR ENGINEERING RESEARCH & DESIGN INSTITUTE |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170728 |