一种三点弯曲试样低温断裂韧性试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种三点弯曲试样低温断裂韧性试验装置及方法。

背景技术

反应堆压力容器(RPV)用铁素体钢制成，在一定温度区间内存在韧脆转变的现象，堆内辐照环境又将促进此转变的发生，表现为材料的脆化倾向增大、韧脆转变温度升高，由此加大了RPV的破裂风险。科学评价RPV用钢的脆化程度以及准确掌握材料的抗断裂性能，对于确保反应堆的安全运行具有极其重要的意义，现行的主流方法是实施辐照监督大纲以跟踪RPV用钢的脆化程度。

由于堆内辐照空间有限，工程上希望采用尽可能小的试样进行RPV材料的辐照监督。开展小试样断裂韧度测试技术研究，建立相应测试方法，设计相关试验装置，对辐照监督试验技术的改进有直接支持作用。此外，还可为燃料包壳、传热管用小规格管材等小试样测试技术研究提供帮助。

发明内容

本发明实施例提供一种三点弯曲试样低温断裂韧性试验装置及方法，以满足在有限的堆内辐照空间内的辐照监督对三点弯曲试样小型化的需求。

本发明实施例通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明实施例提供一种三点弯曲试样低温断裂韧性试验装置，包括：

第一压头，第一压头的一端设有压头；所述压头用于向置于第二压头的一端的三点弯曲试样施加载荷；

第二压头，第二压头的一端设有用于固定三点弯曲试样的固定装置；

第一压头延伸杆，第一压头延伸杆的一端与靠近第一压头一端的外侧连接；

第二压头延伸杆，第二压头延伸杆的身部一侧固定设于第二压头的身部；

第二压头延伸杆的一端与第一压头延伸杆的另一端之间构成用于装配引伸计的刀口。

进一步的，第一压头为L型结构，第二压头为长杆状结构。

进一步的，所述固定装置包括：

支撑底座，用于与第二压头的一端固定连接；以及

两个支撑辊，两个支撑辊相对设于支撑底座，两个支撑辊之间的间距等于三点弯曲试样的跨距。

进一步的，支撑辊通过盖板固定在支撑底座上。

进一步的，第一压头延伸杆为长杆状结构，第二压头延伸杆为L型结构；所述第一压头延伸杆与第一压头的L型结构的短杆端连接；所述第一压头延伸杆的长杆端与第二压头延伸端的短杆端之间构成用于装配引伸计的刀口。

第二方面，本发明实施例提供一种基于所述三点弯曲试样低温断裂韧性试验装置的试验方法，包括：

将所述试验装置安装在试验机上；

将三点弯曲试样安装在试验装置上；

通过试验机对试验装置和三点弯曲试样进行降温，进行低温断裂韧性试验；其中，降温达到目标温度后保温，确保温度波动在一定范围内；

采集试验过程中载荷P和加载线位移V，获得试样的P-V加载曲线；

根据P-V加载曲线计算得到小型三点弯曲试样的断裂韧度。

进一步的，将三点弯曲试样安装在试验装置上；包括：

根据三点弯曲试样尺寸和试验要求确定支撑辊的间距；

预先标记三点弯曲试样和支撑辊的位置，将支撑辊固定在支撑底座上使两个支撑辊之间的间距等于三点弯曲试样的跨距；

按照所述位置装载三点弯曲试样至支撑辊，以使三点弯曲试样在试验进行时保持对中；

调整压头位置，使压头紧贴三点弯曲试样上表面并对三点弯曲试样施加预载荷以使三点弯曲试样保持装配稳定；

在刀口上安装引伸计。

进一步的，将所述试验装置安装在试验机上；包括：

将第二压头放置在试验机下夹头上并固定；

将第一压头装配在试验机上夹头上并固定；

将试验机下夹头升高至第一压头和第二压头贴紧，调整第二压头位置以保证第一压头和第二压头对应部位的平行与对中。

进一步的，保温时间为30min。

进一步的，温度波动的一定范围为±1℃。

本发明实施例与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明实施例的一种三点弯曲试样低温断裂韧性试验装置及方法，通过第一压头、第二压头、第一压头延伸杆、第二压头延伸杆和第二压头延伸杆的一端与第一压头延伸杆的另一端之间构成的刀口对三点弯曲试样进行低温断裂韧性试验，满足了在有限的堆内辐照空间内的辐照监督对三点弯曲试样小型化的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为三点弯曲试样低温断裂韧性试验装置的结构示意图。

图2为刀口的结构示意图。

图3为三点弯曲试样安装在固定装置上的结构示意图。

图4为三点弯曲试样结构示意图。

图5为P-V加载曲线的结构示意图。

图6为三点弯曲试样低温断裂韧性试验方法流程示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-第一压头，2-第二压头，3-第一压头延伸杆，4-第二压头延伸杆，5-刀口， 6-压头，7-三点弯曲试样，8-支撑底座，9-支撑辊，10-盖板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例

本发明实施例提供一种三点弯曲试样低温断裂韧性试验装置及方法，以满足在有限的堆内辐照空间内的辐照监督对三点弯曲试样小型化的需求。第一方面，本发明实施例提供一种三点弯曲试样低温断裂韧性试验装置，参考图1-5所示，包括：

第一压头1，第一压头的一端设有压头6；所述压头用于向置于第二压头的一端的三点弯曲试样施加载荷；

第二压头2，第二压头的一端设有用于固定三点弯曲试样7的固定装置；

第一压头延伸杆3，第一压头延伸杆的一端与靠近第一压头一端的外侧连接；

第二压头延伸杆4，第二压头延伸杆的身部一侧固定设于第二压头的身部；

第二压头延伸杆的一端与第一压头延伸杆的另一端之间构成用于装配引伸计的刀口5。

参考图1所示，第一压头1的下端设有压头6，第二压头2的上端设有固定装置；第一压头的下端侧部与第一压头延伸杆的上端外侧连接；第二压头的身部 2与第二压头延伸杆4的身部的左侧连接。

从而，本发明实施例通过第一压头、第二压头、第一压头延伸杆、第二压头延伸杆和第二压头延伸杆的一端与第一压头延伸杆的另一端之间构成的刀口对三点弯曲试样进行低温断裂韧性试验，满足了在有限的堆内辐照空间内的辐照监督对三点弯曲试样小型化的需求。

可选地，所述三点弯曲试样7为与标准三点弯曲试样或紧凑拉伸试样相比更小的小型三点弯曲试样。

进一步的，第一压头为L型结构，第二压头为长杆状结构。

进一步的，所述固定装置包括：

支撑底座8，用于与第二压头的一端固定连接；以及

两个支撑辊9，两个支撑辊相对设于支撑底座，两个支撑辊之间的间距等于三点弯曲试样的跨距。

进一步的，支撑辊通过盖板10固定在支撑底座上。

进一步的，第一压头延伸杆为长杆状结构，第二压头延伸杆为L型结构；所述第一压头延伸杆与第一压头的L型结构的短杆端连接；所述第一压头延伸杆的长杆端与第二压头延伸端的短杆端之间构成用于装配引伸计的刀口。

示例性的，参考图1-5所示，本发明实施例的试验装置包括加长型上压头、加长型下压头和延伸装置，可用于低温条件下的小型三点弯曲试样断裂韧性试验。具体地，试验装置为一种反应堆压力容器用A508-I I I钢小型三点弯曲试样低温断裂韧性试验装置，包括：加长型上压头、加长型下压头、延伸装置(上压头延伸杆、下压头延伸杆)、刀口、压头、小型三点弯曲试样、支撑底座、支撑辊和盖板。

本发明各部件作用如下：

1、加长型上压头：用于小型三点弯曲试样的上部加载；

2、加长型下压头：用于小型三点弯曲试样的下部加载；

3、上压头延伸杆：用于添加刀口的延伸杆，可将引伸计的装配延伸至低温箱箱体之外；

4、下压头延伸杆：用于添加刀口的延伸杆，可将引伸计的装配延伸至低温箱箱体之外；

5、刀口：用于装配引伸计；

6、压头：用于小型三点弯曲试样的上部加载；

8、支撑底座：下压头基底部分；

9、支撑辊：可调整间距的支撑辊，用于小型三点弯曲试样的加载；

10、盖板：用于固定支撑辊。

加长型的部件指的是与标准件相比具有更长长度的部件。如加长型上压头为与标准的上压头相比具有更长长度的上压头。

延伸装置具有足够的刚度，认为其在加载过程中是无变形的，且通过延伸装置端头处刀口加装的引伸计采集获得的数据即为加载线位移。由于小型三点弯曲试样加载所用的支撑辊体积过小，其摩擦力可能无法保证加载过程中的稳定，故添加盖板以加装螺丝辅助支撑辊的固定，确保试验的稳定性和准确性。

第二方面，本发明实施例提供一种基于所述三点弯曲试样低温断裂韧性试验装置的试验方法，参考图6所示，包括：

S1.将所述试验装置安装在试验机上；

S2.将三点弯曲试样安装在试验装置上；

S3.通过试验机对试验装置和三点弯曲试样进行降温，进行低温断裂韧性试验；其中，降温达到目标温度后保温，确保温度波动在一定范围内；

S4.采集试验过程中载荷P和加载线位移V，获得试样的P-V加载曲线；

S5.根据P-V加载曲线计算得到小型三点弯曲试样7的断裂韧度。

进一步的，将三点弯曲试样安装在试验装置上；包括：

根据三点弯曲试样尺寸和试验要求确定支撑辊的间距；

预先标记三点弯曲试样和支撑辊的位置，将支撑辊固定在支撑底座上使两个支撑辊之间的间距等于三点弯曲试样的跨距；

按照所述位置装载三点弯曲试样至支撑辊，以使三点弯曲试样在试验进行时保持对中；

调整压头位置，使压头紧贴三点弯曲试样上表面并对三点弯曲试样施加预载荷以使三点弯曲试样保持装配稳定；

在刀口上安装引伸计。

进一步的，将所述试验装置安装在试验机上；包括：

将第二压头放置在试验机下夹头上并固定；

将第一压头装配在试验机上夹头上并固定；

将试验机下夹头升高至第一压头和第二压头贴紧，调整第二压头位置以保证第一压头和第二压头对应部位的平行与对中。

进一步的，保温时间为30min。

进一步的，温度波动的一定范围为±1℃。

示例性的，所述试验方法采用的试验装置，反应堆压力容器用A508-I I I钢小型三点弯曲试样低温断裂韧性试验装置，包括：加长型上压头、加长型下压头、延伸装置(上压头延伸杆、下压头延伸杆)、刀口、压头、小型三点弯曲试样、支撑底座、支撑辊和盖板。

试验方法的步骤包括：

分别将加长型上压头与上压头延伸杆、加长型下压头与下压头延伸杆进行装配；将装配好的下压头放置在试验机下夹头上并固定，再将装配好的上压头装配在试验机上夹头上并固定；将试验机下夹头升高至上、下压头贴紧，调整下压头位置以保证上、下压头的平行与对中。

采用小型三点弯曲试样7(试样长度L，宽度W，跨距S，初始裂纹长度a0) 进行低温断裂韧性试验，根据试样尺寸和试验要求确定支撑辊9的间距，且在装载的过程中需预先给小型三点弯曲试样7和支撑辊9标记位置，以保证试验过程中小型三点弯曲试样7的对中性，标记好位置后，通过盖板10将支撑辊9固定在支撑底座8上，确保支撑辊9之间间距等于试样跨距S。

装配小型三点弯曲试样7，根据标记的位置确保其与试验装置的对中性，调整压头6使其刚好紧贴小型三点弯曲试样7。试验前，对小型三点弯曲试样预压极小的载荷，以确保试样装配的稳定。在刀口5处装配引伸计。开始降温，达到目标温度后保温30min，确保温度波动在±1℃范围内。

试验过程中采集载荷P和加载线位移V，获得试样的P-V加载曲线。根据ASTME1921-2019通过P-V曲线计算得到小型三点弯曲试样7的断裂韧度。

从而，利用本发明实施例的试验装置及方法进行断裂韧性试验，可在引伸计不受或尽量少受温度的影响下，实现低温条件下的加载，以确保测量精度；此外，与标准三点弯曲试样或紧凑拉伸试样相比，小型三点弯曲试样更节省材料，故可在试验材料不足的情况下采用本发明完成小型三点弯曲试样的低温断裂韧度测试。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。