[发明专利]一种金属薄壁全段管材轴向拉压疲劳试验夹具

说明书

技术领域

本发明涉及疲劳试验领域，具体是一种金属薄壁全段管材轴向拉压疲劳试验夹具，用于金属薄壁管段试样在高温、液态铅基合金腐蚀环境中轴向拉压疲劳试验。

背景技术

包壳管包裹核燃料，是反应堆的第一道安全屏障。中国铅基研究堆采用液态铅基合金做冷却剂，包壳管在服役时，需要在高温环境中承受快中子辐照，冷却剂的腐蚀，不断增加的内外应力等复杂工况。包壳受到高温、腐蚀和循环载荷的作用，会导致包壳管发生疲劳失效甚至断裂。

为了考察金属材料的疲劳性能，目前国内外通常将材料加工成标准试样(如圆形横截面试样、矩形横截面试样等)进行疲劳试验，并且推出了一系列疲劳试样的标准。由于包壳管壁厚薄、内外应力存在差异等服役特点，标准试样无法直接反映出材料的高温、腐蚀性介质环境对包壳管疲劳性能的影响。因此需要直接以管材试样进行高温腐蚀环境的疲劳性能测试，研究包壳金属薄壁管材在高温、液态铅基合金环境中腐蚀疲劳的行为与微观机理，积累高温、铅铋腐蚀性介质环境疲劳强度数据，为中国铅基研究堆后续的选材优化和堆芯设计提供技术支持。

GB/T15248-2008《金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》规定管材试样可以进行疲劳实验，但需设计成非标准试样，目前针对于薄壁管材疲劳试验的试样有两种类型：全管段试样和弧状试样。GB/T228-2010《金属材料拉伸实验第一部分：室温试验方法》规定当直径小于30mm时，建议采用弧状试样进行拉伸试验。考虑到疲劳试验对样品对称性以及对中度的要求苛刻，因此对于包壳管这种小直径的薄壁管材，有必要采用全管段试样进行疲劳试验。

目前已有的全管段薄壁试样的疲劳夹具非常少，且设计中有以下不足之处：(1)都是采用直插内塞头的形式，仅通过外侧的锁紧螺母提供夹持力，由于内塞头无法与管状内壁实现紧密贴合，因此这类夹具所提供的抱紧力不足；(2)同时仅有外侧的锁紧螺母提供夹持力，会造成锁紧螺母在疲劳过程中产生应力集中，进而使得夹具产生破坏。

值得注意的是，与传统的水介质不同的是，液态铅基合金具有很强的腐蚀性，会对夹具产生较强的腐蚀，进而减少了夹具的使用寿命，所以在设计夹具时还需考虑如何减少液态铅基合金对夹具的腐蚀影响。

同时，前期调研表明，国内外尚无金属薄壁管材在高温液态铅基合金环境中的疲劳性能数据的报道，没有可供参考的数据和经验。为了能更好地实现对金属薄壁管材的夹持，并尽量减少液态铅基合金对夹具的腐蚀影响，因此非常有必要开展全管段薄壁管材在液态铅铋合金环境下的疲劳试验夹具设计，从而开展液态铅基合金下金属薄壁管的疲劳试验。

发明内容

本发明技术的目的是，改善现有技术的不足，提供一种金属薄壁全段管材轴向拉压疲劳试验夹具，以实现对金属薄壁管材的夹持，在高温、液态铅基合金腐蚀环境中进行轴向拉压疲劳试验。该夹具不仅能增大对管段试样的夹持力；且不会使试样发生打滑、变形，减小试样和芯棒的应力集中；减小了液态铅基合金对夹具内部主要结构件的腐蚀，延长夹具的使用寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种金属薄壁全段管材轴向拉压疲劳试验夹具，包括固定架、芯套、芯棒、外夹套、螺栓、锁紧螺母；

芯套—芯套上端为带有内螺纹的T型双台肩，下端为对称四瓣式内锥体套筒，芯套上端台肩内侧套筒部分为内螺纹，芯套下端内侧为光滑内锥体结构，芯套上端台肩外侧为外螺纹，下端为光滑外壁；

芯棒—芯棒上端为六角形螺帽，中端为外螺纹的螺杆，下端为光滑的外锥体形状；芯棒中端螺杆尺寸与芯套上端台肩内侧螺纹尺寸相配合，芯棒下端与芯套下端内侧尺寸相配合；芯棒与芯套连接，可实现对管状试样的内夹持；

固定架—固定架的上端为螺杆，实现固定架与疲劳试验机的固定；固定架的下端为圆柱体，圆柱体内侧为过轴心的倒T型的凹槽，倒T型凹槽下端内壁为内螺纹；倒T型凹槽下端内螺纹与芯套外侧的外螺纹尺寸相配合，实现芯套与固定架的连接；固定架下端端面有四个对称的小凹槽，小凹槽内有内螺纹，与外夹套凹槽尺寸相配合，可实现外夹套与固定架的连接；固定架外侧为外螺纹，其尺寸与锁紧螺母内螺纹尺寸相配合，实现固定架与锁紧螺母的连接；

外夹套—外夹套的上端为环形圆块，内部为T型沉孔，尺寸与芯套上端台肩外侧尺寸相配合；环形圆块上设有通孔，用螺栓可通过外夹套的通孔实现外夹套与固定架的连接；下端为对称四瓣式外锥体套筒，外锥体套筒根部对称开孔，开孔位置低于锁紧螺母内部的上端面，外锥体套筒内侧为光滑内壁，与锁紧螺母可实现紧密贴合；