[发明专利]动态液态金属环境下实现精确变形测量的蠕变实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蠕变实验装置及实验方法，特变涉及一种动态液态金属环境下实现精确变形测量的蠕变实验装置及实验方法。

背景技术

快中子反应堆由于其具有可充分利用核燃料、可实现核燃料的增殖、低压堆芯的高热效率和嬗变核废料等优点，是未来核反应堆主要发展堆型之一。液态金属（如钠、铅、钾钠合金、铅铋合金等）由于其载热效率高，中子慢化作用小，被选作快中子反应堆的冷却剂。由于液态金属会对结构材料产生腐蚀作用，导致结构材料在液态金属环境下的力学性能与在常规条件下的力学性能有很大差别。因此，研究结构材料在液态金属环境下的力学性能，一直是快中子反应堆发展过程中的关键技术问题之一。在快中子反应堆中，结构材料要长期在高温环境下受液态金属的腐蚀作用和应力作用，因此需要开展结构材料在液态金属环境下的蠕变性能研究，为快中子反应堆结构材料的选材提供重要的实验参考依据。

目前，液态金属环境下的蠕变实验主要在德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）开展。通过调研，发现相关实验装置存在以下不足：（1）试样变形量测量是通过测量试验机上拉杆位移，间接测量试样整体变形量，没有直接测量试样标距段变形量；（2）试样拆装都在试验釜内部进行，操作不方便，而且不能及时更换试样；（3）只能在静态液态金属环境进行实验，不能在不同流速液态金属环境下进行实验。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种动态液态金属环境下实现精确变形测量的蠕变实验装置及实验方法，能精确测量试样标距段的变形量，实现在不同流速和不同氧含量的液态金属环境下进行材料蠕变性能的测试；同时拆装试样方便，便于及时更换试样。

本发明是通过以下技术方案实现的：动态液态金属环境下实现精确变形测量的蠕变实验装置，其特征在于包括：试验釜1、熔化釜2、蠕变实验主机3、波纹管4、反向器5、引伸导杆6、泵7、流量计8、氧传感器及氧含量控制模块9、液位计10、试验釜上端盖11、试验机拉杆12、液态金属排出管路13、熔化釜上端盖14、加热炉15、真空及气体管路16、位移传感器17，设备之间相连管路与阀门；

所述试验釜1是实验装置的主体部分，为蠕变实验的载荷加载、变形测量提供特殊实验环境。试验釜1通过支架固定在蠕变实验主机3上，试验釜1设计为整体结构，试验釜上端盖11可拆卸，与起吊装置连接，试验釜上端盖11与试验釜1采用法兰密封；试验釜1外圆是加热炉15，通过加热炉15的温度控制系统对试验釜1加热，使试验釜1达到工作温度；试验釜1连接管路也适用法兰盘连接配合；试验釜上端盖11接有热电偶，测量液态金属温度；试验釜上端盖11接入液位计10，通过液位计10对液态金属工作液面进行测量；引伸导杆6通过试验釜上端盖11密封法兰插入试验釜1腔内，引伸导杆6与试验釜上端盖11用波纹管4进行密封；引伸导杆6下端分别夹在试样上下凸台处，通过位移传感器17对引伸导杆6引出的位移变形进行精确测量；反向器5与试验釜上端盖14采用螺纹连接，反向器5横梁上有螺纹孔，与试验机拉杆12上的螺纹孔构成试样连接的两端，不需在试验釜1外面安装试样下端接头，反向器5横梁上的螺纹孔作为试样下端接头；实验时，反向器5将试样下端接头受到的力传递给试验釜上端盖14，起到了固定试样下端的作用；试验釜上端盖11上有起吊装置，通过试验机拉杆12上升将试验釜上端盖11、反向器5及引伸导杆6一并吊出试验釜1，以便试样的装卸操作；试验机拉杆12与试验釜1通过波纹管4进行密封；

所述熔化釜2的作用是加热熔化金属锭子，储存液态金属。熔化釜2固定在支架上，熔化釜2设计为整体结构，熔化釜上端盖14可拆卸，与起吊装置连接，熔化釜上端盖14与熔化釜2采用法兰密封；熔化釜2外圆是加热炉15，通过加热炉15的温度控制系统对熔化釜2加热，使熔化釜2达到工作温度；熔化釜2连接管路，也适用法兰盘连接配合；熔化釜上端盖14接有热电偶，测量液态金属温度；熔化釜上端盖14接有液位计10，用于检测液态金属液面位置，熔化釜上端盖14接有氧传感器及氧含量控制模块9，对液态金属中的氧含量进行测控；熔化釜上端盖14与熔化釜2采用法兰密封熔化釜上端盖14，熔化釜2下端接有液态金属排出管路13；

试验釜1和熔化釜2之间用管路连接，适用法兰盘连接配合，管路上焊接有泵7、流量计8，在液态金属管道入口处和出口处焊接有氧传感器及氧含量控制模块9，对液态金属中的氧含量进行测控；试验釜1和熔化釜2接有真空及气体管路16，真空及气体管路16为整个装置提供真空环境、惰性气体保护气氛以及氧控所需的气体，并提供打压气体将液态金属打压回熔化釜2。