一种格架弹簧应力腐蚀试验装置的制作方法

1.本发明具体涉及一种适用于格架弹簧在高温高压水环境下的应力腐蚀试验装置。


背景技术：

2.应力腐蚀开裂是核电站燃料组件格架弹簧在高温高压水环境中主要的失效模式之一，国际上已发生多起高温高压水环境应力腐蚀开裂事件。准确评价格架弹簧在高温高压水环境中的服役寿命，有助于提高核电站安全水平和运行管理水平。
3.格架弹簧在实际服役过程中承受因燃料包壳插入带来的恒变形载荷，并且受流至振动等影响，还会有微幅振动，因此需要在一定变形叠加微幅振动条件下评估格架弹簧的应力腐蚀敏感性。格架弹簧是一种薄片微小部件，其厚度小于1mm，宽度小于5mm，并且格架弹簧带有多个凹凸结构。目前国标、astm和iso等标准中规定了采用弹簧、砝码或拉伸机加载进行标准试样的应力腐蚀试验的方法，但缺乏适用于格架弹簧这种特殊形状和小尺寸样品的可靠方法。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于格架弹簧在高温高压水环境下的应力腐蚀试验装置。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
6.一种格架弹簧应力腐蚀试验装置，包括高压釜、加载机、设置在所述高压釜内的上部夹具组件和下部夹具组件，所述加载机用于带动所述上部夹具组件移动，所述上部夹具组件和下部夹具组件分别用于固定燃料包壳和格架弹簧，所述下部夹具组件包括固定在高压釜底部的支板以及与所述支板配合的压板，所述上部夹具组件包括夹板和夹具板，所述夹板贯穿燃料包壳后固定在所述夹具板上。
7.根据本发明的一些优选实施方面，所述支板包括第一固定部、延伸部、第二固定部、支撑部和第一压紧部，所述第一固定部用于将支板固定在所述高压釜内，所述第一压紧部位于所述延伸部的顶端。
8.根据本发明的一些优选实施方面，所述支撑部和/或第一压紧部与所述第二固定部垂直设置。
9.根据本发明的一些优选实施方面，所述第一压紧部用于从格架弹簧的下侧向上压紧，且与格架弹簧的接触点为格架弹簧的点焊位置。
10.根据本发明的一些优选实施方面，所述压板包括第三固定部和第二压紧部，所述第三固定部的一端支撑在支撑部的顶端，另一端设置有所述第二压紧部，所述第二压紧部位于所述第一压紧部的上方，用于与所述第一压紧部配合将格架弹簧夹住。
11.根据本发明的一些优选实施方面，所述第二压紧部与所述第三固定部垂直设置；所述第二固定部、支撑部、第三固定部、第一压紧部、第二压紧部形成矩形。
12.根据本发明的一些优选实施方面，所述第二固定部和第三固定部之间设置有紧固
件以将所述支板和压板固定并将格架弹簧夹持。
13.根据本发明的一些优选实施方面，所述第一压紧部和第二压紧部相互靠近的两侧边缘为倒角设置。
14.根据本发明的一些优选实施方面，所述第一压紧部的高度加上第二压紧部的高度及格架弹簧点焊位置的厚度总和，与所述支撑部的高度相同。
15.根据本发明的一些优选实施方面，所述压板的宽度小于支板的宽度。
16.根据本发明的一些优选实施方面，所述第二压紧部的宽度小于第一压紧部的宽度，第三固定部与支撑部相接触的端部的宽度小于支撑部的宽度。
17.根据本发明的一些优选实施方面，所述第二压紧部宽度方向的两端向上延伸形成限位部，以用于将第一压紧部限位在两个限位部之间；所述支撑部宽度方向的两端向上延伸形成限位部，以用于将第三固定部限位在两个限位部之间。
18.根据本发明的一些优选实施方面，包括贯穿所述高压釜顶部的连接杆，所述连接杆的一端与加载机连接，所述连接杆的另一端与所述夹具板固定。
19.根据本发明的一些优选实施方面，所述夹板为柱体，所述柱体的截面为圆的一部分，所述夹板与燃料包壳的内壁相匹配。即所述夹板与燃料包壳内壁贴合的一面为与所述燃料包壳内壁相匹配的圆形一部分。
20.根据本发明的一些优选实施方面，所述夹具板上开设有定位槽，所述定位槽用于容纳和定位燃料包壳，所述定位槽与燃料包壳的外壁相匹配。
21.根据本发明的一些优选实施方面，所述夹板具有矩形的底面和圆弧形的表面；安装时，圆弧形的表面与燃料包壳的内壁贴合。
22.本发明的格架弹簧应力腐蚀试验装置应用于格架弹簧应力腐蚀评价时可以施加一定变形后再叠加微幅振动，分析实际开裂结果可以获得格架弹簧的应力腐蚀敏感性。
23.本发明还提供了一种采用如上所述的格架弹簧应力腐蚀试验装置进行格架弹簧应力腐蚀试验的方法，包括如下步骤：
24.安装应力腐蚀试验装置，将格架弹簧放置于支板的第一压紧部和压板的第二压紧部之间，并固定；
25.驱动加载机，使燃料包壳与格架弹簧接触，使格架弹簧受力变形；设定参数，进行试验；
26.达到设定时间后，结束试验，降温降压，取样分析。
27.由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本发明的有益之处在于：本发明的格架弹簧应力腐蚀试验装置，可以有效固定并施加与格架弹簧实际服役环境相符的加载条件，模拟实际服役环境，在材料、服役环境、应力状态三个应力腐蚀主要影响因素方面模拟格架弹簧服役状态，更为真实的评价格架弹簧应力腐蚀敏感性。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明优选实施例中格架弹簧应力腐蚀试验装置的结构示意图；
30.图2为本发明优选实施例下部夹具组件中支板的结构示意图；
31.图3为本发明优选实施例下部夹具组件中压板的结构示意图；
32.图4和图5分别为本发明优选实施例上部夹具组件中夹板的结构示意图；
33.图6为本发明优选实施例夹具板的结构示意图；
34.附图中，试验装置-1，高压釜-2，加载机-3，连接杆-4，底板-5，夹板-61，夹具板-62，定位槽-621，安装块-622，支板-71，第一固定部-711，延伸部-712，第二固定部-713，支撑部-714，第一压紧部-715，压板-72，第三固定部-721，第二压紧部-722，紧固件-8，燃料包壳-9，格架弹簧-10，支柱-11。
具体实施方式
35.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
36.由于格架弹簧结构较为复杂，本发明提供一种适用于格架弹簧高温高压水环境应力腐蚀开裂试验装置和方法，以格架弹簧两侧点焊位置为支撑点，采用压板和支板配合固定格架弹簧，采用燃料包壳从圆弧顶部施加压力，从而实现格架弹簧的结构、受力状态、接触材料、服役环境等角度全面模拟服役工况，可以有效评价格架弹簧的应力腐蚀敏感性。具体如下：
37.实施例1格架弹簧应力腐蚀试验装置
38.如图1-6所示，本实施例中的格架弹簧应力腐蚀试验装置，包括高压釜2、加载机3、设置在高压釜2内的上部夹具组件和下部夹具组件，加载机3用于带动上部夹具组件移动，可精准控制位移，并可在设定位移处进行微幅高频振动。高压釜2用于模拟核电站高温高压水环境，并且配置动态循环水系统，使釜内水处于流动状态，以更加真实的模拟格架弹簧10服役环境。高压釜2内设置有支柱11，用于连接固定底板5，下部夹具组件固定在底板5上，进而使下部夹具组件相对高压釜2保持静止状态。
39.加载机3和上部夹具组件之间设置有连接杆4，连接杆4贯穿高压釜2顶部，其上设有密封圈，防止高温高压水溢出。且配置高压水自平衡结构，使得连接杆4两端受力平衡。连接杆4上端与加载机3固定，下端与上部夹具组件固定。
40.上部夹具组件和下部夹具组件分别用于固定燃料包壳9和格架弹簧10，以下详细介绍二者的结构：
41.下部夹具组件包括固定在高压釜2底部的支板71以及与支板71配合的压板72。具体的，支板71包括第一固定部711、延伸部712、第二固定部713、支撑部714和第一压紧部715，第一固定部711用于将支板71固定在高压釜2的底板5上，第一压紧部715位于延伸部712的顶端。第一固定部711和第二固定部713平行设置且分别位于延伸部712的两端，支撑部714和第一压紧部715分别位于第二固定部713的两端，且均与第二固定部713垂直设置。
42.第一压紧部715和支撑部714平行设置，第一压紧部715从格架弹簧10的下侧向上
压紧，与格架弹簧10接触点为格架弹簧10的点焊位置，并且带有圆弧倒角，避免引起接触点位置应力集中，导致格架弹簧接触点应力集中优先发生开裂，使试验失败。支撑部714与压板72接触，用于支撑抵触压板72。为保持稳定，与格架弹簧10接触的第一压紧部715高度加第二压紧部722的高度及格架弹簧10点焊位置的厚度，与支撑部714的高度相同，使得紧固后，紧固件8的螺栓接触面平行，即要保持第二固定部和第三固定部平行，受力更好。第一固定部711通过紧固件8与底板5连接，延伸部712支撑格架弹簧10受力。
43.压板72用于从格架弹簧10的上侧压紧，与格架弹簧10接触点为格架弹簧10的点焊位置，并且带有圆弧倒角，避免引起接触点位置应力集中，导致格架弹簧接触点应力集中优先发生开裂，使试验失败。具体的，压板72包括第三固定部721和第二压紧部722，第二压紧部722带有圆弧倒角，第三固定部721的一端支撑在支撑部714的顶端，另一端设置有第二压紧部722，第二压紧部722位于第一压紧部715的上方且二者位于同一竖直平面内，二者配合将格架弹簧10夹住。第二压紧部722与第三固定部721垂直设置；第二固定部713、支撑部714、第三固定部721、第一压紧部715、第二压紧部722形成矩形。第二固定部713和第三固定部721之间设置有紧固件8以将支板71和压板72固定并将格架弹簧10夹持，使格架弹簧10固定不动。
44.为了防止压板72和支板71之间发生相对转动，影响格架弹簧10的受力，本实施例中，压板72的宽度小于支板71的宽度，具体的，第二压紧部722的宽度小于第一压紧部715的宽度，第三固定部721与支撑部714相接触的端部的宽度小于支撑部714的宽度。同时，第二压紧部722宽度方向的两端向上延伸形成限位部，以将第一压紧部715限位在两个限位部之间，同理，第三固定部721的端部也被限位在支撑部714两端形成的限位部之间，通过这样的设置，使得压板72和支板71上部之间相互嵌合，不会发生转动，格架弹簧10的受力更好。
45.上部夹具组件包括用于配合固定燃料包壳9的夹板61和夹具板62，夹板61贯穿燃料包壳9后固定在夹具板62上。夹板61为柱体，柱体的横截面为圆的一部分，如图4和5所示，夹板61与燃料包壳9的内壁相匹配。即夹板61与燃料包壳9内壁贴合的一面为与燃料包壳9内壁相匹配的圆形一部分。夹具板62上开设有定位槽621，定位槽621用于定位燃料包壳9，定位槽621与燃料包壳9的外壁相匹配。采用与核电厂实际服役相同材料的燃料包壳9施加压力，以使得结果更加准确。
46.燃料包壳9为圆筒状，夹板61为匹配的圆柱体的一部分，且长度大于燃料包壳9的长度。夹板61具有矩形的底面和圆弧形的表面。安装时，夹板61穿过燃料包壳9，圆弧形的表面与燃料包壳9的内壁贴合，通过开设贯穿夹板61厚度的安装孔，从底面向上安装紧固件8进而将夹板61和燃料包壳9固定在夹具板62上。夹具板62上部设置有安装块622，安装块622与连接杆4的底端固定。
47.所有与格架弹簧10接触的部件材料均采用与格架弹簧10相同的材质，避免电偶效应。
48.实施例2格架弹簧10应力腐蚀试验方法
49.本实施例提供采用实施例1中的格架弹簧应力腐蚀试验装置进行应力腐蚀试验的方法，具体包括如下步骤：
50.(1)安装夹具和样品
51.首先将加载机3、连接杆4、高压釜2连接到一起；然后将安装块622连接到连接杆4
上，可以采用螺纹连接；驱动加载机3升起连接杆4，使上部夹具组件远离下部夹具组件。
52.将夹板61贯穿燃料包壳9，两侧通过紧固件8固定到夹具板62上，夹板61和燃料包壳9容纳和定位在定位槽621中。然后将上部夹具板62整体固定到上部夹具安装块622上。将釜内支柱11安装到高压釜2上。将两个支板71通过紧固件8连接到底板5上。
53.将格架弹簧10放置于支板71的支撑点上，即第一压紧部715上，将压板72安装到支板71上，采用紧固件8连接压板72和支板71，固定住格架弹簧10。将底板5及下部夹具组件和样品整体固定到釜内支柱11上。
54.(2)开展应力腐蚀试验
55.确定整个设备密封无问题后，加压加热，使高压釜2内达到目标压力和目标温度。驱动加载机3，使燃料包壳9与格架弹簧10接触，根据试验条件设置燃料包壳9的下压高度，使格架弹簧10受力变形。
56.根据试验条件，可以设置恒定位移、恒定载荷，同时可以设置下压恒定位移后再叠加一定振幅的疲劳载荷。达到设定时间或其他设定条件后，结束试验，降温降压，取样分析。
57.(3)应力腐蚀性能评价
58.可以采用间隔一定时间取样观察裂纹萌生情况，也可以直到格架弹簧10断裂再取样分析。采用间隔取样观察时，可以通过比较不同条件下开裂时间及裂纹长度和数量等信息评价应力腐蚀敏感性。格架弹簧10断裂后取样分析时，可以通过断裂时间及断口特征等评价应力腐蚀敏感性。若加载条件中含有疲劳载荷，则需记录疲劳周次，结合疲劳相关知识分析格架弹簧10开裂特征。
59.本发明的适用于格架弹簧高温高压水环境应力腐蚀开裂试验装置和方法，克服了格架弹簧应力腐蚀试验时面临的夹具和方法缺失问题，可以解决类似格架弹簧应力腐蚀敏感性难以准确评价的问题。
60.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种格架弹簧应力腐蚀试验装置，其特征在于，包括高压釜、加载机、设置在所述高压釜内的上部夹具组件和下部夹具组件，所述加载机用于带动所述上部夹具组件移动，所述上部夹具组件和下部夹具组件分别用于固定燃料包壳和格架弹簧，所述下部夹具组件包括固定在高压釜底部的支板以及与所述支板配合的压板，所述上部夹具组件包括夹板和夹具板，所述夹板贯穿燃料包壳后固定在所述夹具板上。2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述支板包括第一固定部、延伸部、第二固定部、支撑部和第一压紧部，所述第一固定部用于将支板固定在所述高压釜内，所述第一固定部和第二固定部分别位于延伸部的两端，所述支撑部和第一压紧部分别位于第二固定部的两端，所述第一压紧部位于所述延伸部的顶端。3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述支撑部和/或第一压紧部与所述第二固定部垂直设置。4.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述压板包括第三固定部和第二压紧部，所述第三固定部的一端支撑在支撑部的顶端，另一端设置有所述第二压紧部，所述第二压紧部位于所述第一压紧部的上方且二者位于同一竖直平面内，二者配合用于将格架弹簧夹住。5.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于，所述第二压紧部与所述第三固定部垂直设置；所述第二固定部、支撑部、第三固定部、第一压紧部、第二压紧部形成矩形。6.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于，所述第二固定部和第三固定部之间设置有紧固件以将所述支板和压板固定并将格架弹簧夹持。7.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于，所述第一压紧部和第二压紧部相互靠近的两侧边缘为倒角设置。8.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，包括贯穿所述高压釜顶部的连接杆，所述连接杆的一端与加载机连接，所述连接杆的另一端与所述夹具板固定。9.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述夹板为柱体，所述柱体的横截面为圆的一部分，所述夹板与燃料包壳的内壁相匹配。10.根据权利要求9所述的试验装置，其特征在于，所述夹具板上开设有定位槽，所述定位槽用于定位燃料包壳，所述定位槽与燃料包壳的外壁相匹配。

技术总结
本发明公开了一种格架弹簧应力腐蚀试验装置，包括高压釜、加载机、设置在所述高压釜内的上部夹具组件和下部夹具组件，所述加载机用于带动所述上部夹具组件移动，所述上部夹具组件和下部夹具组件分别用于固定燃料包壳和格架弹簧，所述下部夹具组件包括固定在高压釜底部的支板以及与所述支板配合的压板，所述上部夹具组件包括夹板和夹具板，所述夹板贯穿燃料包壳后固定在所述夹具板上。本发明的格架弹簧应力腐蚀试验装置，可以有效固定并施加与格架弹簧实际服役环境相符的加载条件，模拟实际服役环境，在材料、服役环境、应力状态三个应力腐蚀主要影响因素方面模拟格架弹簧服役状态，更为真实的评价格架弹簧应力腐蚀敏感性。为真实的评价格架弹簧应力腐蚀敏感性。为真实的评价格架弹簧应力腐蚀敏感性。


技术研发人员：彭群家 杨志超 向文欣 王永刚 祁磊 谢伟戎 潘洪良 高超 韩姚磊 李维鹏 梅金娜 明庭云 王鹏 蔡振 罗坤杰 牛绍蕊
受保护的技术使用者：台山核电合营有限公司 中国广核集团有限公司 中国广核电力股份有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/7