[發明專利]裂紋開口位移測量裝置

在審

• 申請號: 201710706835.2
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107449676A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 龔星;劉彤;呂先鋒;李銳;任啟森;劉洋;薛佳祥;李雷;黃恒;武海龍;嚴俊;李思功
• 申請（專利權）人: 中廣核研究院有限公司;中國廣核集團有限公司;中國廣核電力股份有限公司
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01B21/02
• 代理公司: 深圳市瑞方達知識產權事務所(普通合伙)44314
• 代理人: 林儉良,王少虹

技術領域

本發明涉及一種測量裝置，尤其涉及一種裂紋開口位移測量裝置。

背景技術

高溫腐蝕導電介質(如高溫高壓水、液態鉛、鉛鉍共晶合金、鈉及其他堿金屬)是先進核能系統重要的冷卻劑。冷卻劑與材料的相容性是考核評價核系統安全性能的重要指標。比如，液態金屬(如液態純鉛或鉛鉍合金等)冷卻快堆能實現核燃料增殖、降低核廢料和提高核燃料有效利用率，是目前世界上普遍認可的最有前途的第四代反應堆技術之一。

新型反應堆的安全性很大程度上取決于結構材料是否能承受極端環境下的長期考核，包括高溫液態金屬冷卻劑對材料的腐蝕和脆化等。其中，液態金屬脆化是一種重要的材料性能退化現象，其特點是在外加載荷作用下，材料表面裂紋被液態金屬潤濕后，裂紋尖端原子鍵結合力或晶界結合強度被弱化，從而導致宏觀上材料斷裂韌性的下降和裂紋擴展速率的加速。液態金屬脆化可導致材料發生無預兆的瞬間斷裂失效。因此，準確評價材料在液態金屬環境中的力學性能是選擇合適堆用結構材料和確保反應堆安全的必要過程。

斷裂韌性或疲勞裂紋擴展速率是力學性能指標中最為重要的參數之一，這是因為斷裂韌性決定了材料抵抗裂紋擴展的本征能力，通過對服役過程中核結構材料斷裂韌性的退化進行定時監控，可以對核結構件的服役壽命進行預測。周期載荷是核反應堆中最重要的載荷類型之一，在此載荷作用下，核結構材料中的微裂紋可發生擴展，從而降低結構件對外載荷的承受能力。通過測量疲勞裂紋擴展速率可以預測裂紋達到安全臨界長度所需的時間，這也是預測核結構件服役壽命的重要參考依據之一。新型液態金屬冷卻反應堆的安全設計離不開對核結構材料性能的準確評價，而先進測量手段是實現這個目標的重要前提。

彈塑性斷裂韌性和疲勞裂紋擴展速率的測試均涉及裂紋長度的精確測量，測量方法取決于試樣所處的介質環境。對于高溫腐蝕導電介質(如高溫高壓水、液態鉛、鉛鉍共晶合金、鈉及其他堿金屬)冷卻反應堆，其介質具有高溫、腐蝕、導電和(液態金屬)不透明的特性，這決定了裂紋長度的傳統測量方法存在很大局限性。

傳統的裂紋長度測量方法主要包括光學顯微鏡直接觀察法、電壓法和柔度法等。

光學顯微鏡直接觀察法是利用光學顯微鏡對裂紋長度進行直接觀察測量，此種方法適用于在空氣介質中的裂紋長度的測量，不適用于非透明液態金屬介質。

電壓法的基本原理是隨著裂紋的擴展，裂紋長度的增加會導致試樣的電阻發生變化，從而引起電壓信號的響應，通過測量該電壓信號的變化對裂紋長度進行估算。此方法要求試樣所處的介質與試樣材質本身具有明顯不同的電阻，這樣當裂紋擴展時，電壓信號的變化才能被靈敏地反映出來。所以，此方法常用于空氣或者高溫高壓水等介質中裂紋長度的測量，因為這些介質的電阻完全不同于試樣材質本身的電阻。對于液態金屬導電介質，由于其電阻與試樣材質(如不銹鋼)本身的電阻十分接近，因此電壓信號的變化對裂紋長度的變化不敏感，使得這種方法不能在液態金屬介質環境中進行準確測量。

柔度法是通過測量緊湊拉伸(CT)試樣加載線所對應的裂紋開口位移，然后利用ASTM E1820標準中的公式計算試樣中的裂紋長度。因此，如何精確測量加載線處的裂紋開口位移是利用柔度法準確測量裂紋長度的關鍵所在。對于空氣介質，一般將應變計夾持在與加載線重合的試樣開口位置，這樣能比較精確地測量裂紋開口位移。但是，應變計在導電介質中會出現短路，同時無法承受高溫，因此在高溫腐蝕導電介質中不能正常工作。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，提供一種能在多種高溫腐蝕導電介質中精確測量裂紋開口位移的裂紋開口位移測量裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種裂紋開口位移測量裝置，包括用于盛放高溫腐蝕導電介質的密閉容器、對所述密閉容器進行加熱的加熱單元、用于固定試樣的第一固定件和第二固定件、將所述試樣上裂紋開口位移引出的第一連桿組件和第二連桿組件、對引出的裂紋開口進行測量的第一位移傳感器和第二位移傳感器；

所述第一固定件和第二固定件相對設置在所述密閉容器內，固定所述試樣的位于裂紋兩側的兩端；所述第一位移傳感器和第二位移傳感器設置在所述密閉容器上，所述第一連桿組件和第二連桿組件在試樣的厚度截面上分別連接在所述試樣和第一位移傳感器之間以及所述試樣和第二位移傳感器之間。

優選地，所述第一連桿組件包括第一橫桿和第一直桿；所述第一橫桿的第一端連接所述試樣，第二端設有敞口朝上的第一弧形凹槽；所述第一直桿的第一端設有第一球狀體，所述第一球狀體配合在所述第一弧形凹槽內，所述第一直桿的第二端連接所述第一位移傳感器。