[发明专利]具有恒位移载荷的裂尖应力腐蚀开裂状态测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于应力腐蚀开裂状态测定技术领域，具体涉及一种具有恒位移载荷的裂尖应力腐蚀开裂状态测试系统及方法。

背景技术

随着社会发展对能源需求的日益增多，核电在能源需求中所占的比重越来越大，而核电安全是影响核电发展的重要原因之一。由于镍基合金和奥氏体不锈钢在高温高压水环境中具有非常好的力学性能和抗高温耐腐蚀性能，所以在核电站的关键结构中大量选用此类材料，而在核电站的高温高压水环境下，由于某些原因，特别是由于焊接接头的工艺特点，使核电站关键结构存在各种类型的裂纹缺陷，这些裂纹缺陷会在应力腐蚀环境的作用下产生开裂现象，这种应力腐蚀裂纹将随时间不断扩展，最终会导致核电站关键结构和设备断裂或损坏；因此奥氏体不锈钢和镍基合金材料在高温高压水环境下的应力腐蚀开裂问题是核电结构和设备长期安全服役的关键问题之一。

目前，国内在高温高压水环境下做应力腐蚀开裂速率测定的试验为一个比较新的方向，现有的一些类似技术，一般采用标准紧凑拉伸试样，尺寸较大，需要拉伸试验机进行拉伸加载，材料应力腐蚀开裂速率测试受到试验设备限制，试验设备复杂且费用昂贵，试验效率低，因此，需要开发一种简易的方便加载的小型紧凑拉伸试样及试验测试系统，用于测试裂尖应力腐蚀开裂状态，为裂尖应力腐蚀开裂状态测试试验的普及以及核电站关键结构剩余寿命评估提供新途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、实现方便且成本低、试验方便、试验效率高、实用性强的具有恒位移载荷的裂尖应力腐蚀开裂状态测试系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有恒位移载荷的裂尖应力腐蚀开裂状态测试系统，其特征在于：包括高压釜和放置在高压釜中的自带恒位移载荷加载装置测试试样，以及用于给自带恒位移载荷加载装置测试试样施加初始载荷的定力矩扳手和用于测试自带恒位移载荷加载装置测试试样的裂纹深度的直流电位降裂纹测深仪；所述自带恒位移载荷加载装置测试试样包括长方体形状的试样本体和裂纹张开位移载荷加载装置，以及夹装在试样本体与裂纹张开位移载荷加载装置之间的绝缘橡胶垫；所述试样本体的顶部中间位置处设置有梯形缺口，所述试样本体上部设置有分别位于梯形缺口两侧的两个预制疲劳裂纹制备加载孔，所述试样本体中部设置有与梯形缺口下底中间位置处相连通且用于预制疲劳裂纹的疲劳裂纹预制缺口和位于疲劳裂纹预制缺口下部的预制疲劳裂纹；所述裂纹张开位移载荷加载装置包括膨胀套筒和螺栓，所述膨胀套筒的上部为位于梯形缺口上部的长方体连接块，所述长方体连接块上设置有U形连接孔，所述膨胀套筒的下部由呈八字设置的左连接板和右连接板组成，所述膨胀套筒的下部卡合连接在梯形缺口中，所述左连接板的底面和右连接板的底面与两个预制疲劳裂纹制备加载孔的下切面在同一个平面上，所述绝缘橡胶垫的数量为两块，其中一块绝缘橡胶垫设置在左连接板的外壁与梯形缺口的内壁之间，另一块绝缘橡胶垫设置在右连接板的外壁与梯形缺口的内壁之间，所述螺栓由一体成型的梯形螺栓头、光杆和螺杆三部分组成，所述梯形螺栓头卡合连接在膨胀套筒中，所述梯形螺栓头与光杆连接的一端端面与两个预制疲劳裂纹制备加载孔的上切面在同一个平面上，所述光杆套装在U形连接孔中，所述光杆上套装有位于所述长方体连接块上部的垫片，所述螺杆上螺纹连接有螺母，所述螺杆上套装有位于垫片与螺母之间的弹簧垫圈。

上述的一种具有恒位移载荷的裂尖应力腐蚀开裂状态测试系统，其特征在于：所述试样本体的长度为31.25mm，所述试样本体的宽度为30mm，所述试样本体的厚度为12.5mm。

上述的一种具有恒位移载荷的裂尖应力腐蚀开裂状态测试系统，其特征在于：所述梯形缺口的上底的长度为9mm，所述梯形缺口的下底的长度为11.6mm，所述梯形缺口的高为12.175mm，所述梯形缺口、疲劳裂纹预制缺口和预制疲劳裂纹的总高度为16.75mm。

上述的一种具有恒位移载荷的裂尖应力腐蚀开裂状态测试系统，其特征在于：两个所述预制疲劳裂纹制备加载孔的半径均为3.125mm；两个所述预制疲劳裂纹制备加载孔之间的中心距为19mm。

本发明还提供了一种方法步骤简单、实现方便、试验效率高、实用性强的利用上述的测试系统进行裂尖应力腐蚀开裂状态测试的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、装配自带恒位移载荷加载装置测试试样，具体过程为：

步骤101、首先将所述螺栓的光杆对准U形连接孔插入到U形连接孔中，然后将所述螺栓的梯形螺栓头卡合连接在膨胀套筒中，使所述螺栓与膨胀套筒连接为一个整体；