[实用新型]应力腐蚀开裂试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及应力腐蚀开裂试验装置，具体涉及蒸汽腐蚀介质导致应力腐蚀开裂的试验装置，尤其涉及一种用于检测锆合金在碘蒸汽的作用下导致应力腐蚀开裂的装置。

背景技术

现有的针对应力腐蚀开裂（SCC）的试验装置及试验方法只能针对液体或固体致应力腐蚀。对于高温下蒸汽致应力腐蚀开裂的试验，还没有相应的试验装置和试验方法。在水冷核动力反应堆领域，该问题尤其突出。

水冷核动力反应堆中，锆合金被用作核燃料元件包壳材料。反应堆运行时元件芯体燃料会释放出放射性裂变气体，其中裂变产物碘与应力的作用会导致锆合金包壳材料发生应力腐蚀开裂（SCC），该现象称为碘致应力腐蚀开裂（I-SCC），在碘致应力腐蚀开裂的情况下锆合金包壳会产生裂纹导致其塑性降低，进而引起锆包壳的脆断破损、导致放射性物质外泄，可能造成重大的安全隐患。

在反应堆燃料循环寿期内就曾发现碘致应力腐蚀开裂对锆包壳管造成损伤的实例（S. A. Nikulin. Corrosion Cracking of Zirconium Cladding Tubes (A Review). I. Methods of Study and Mechanisms of Fracture. Metal Science and Heat Treatment, Vol47, No1-2, 2005：71-79. ）。对锆合金进行碘致应力腐蚀开裂试验，能够让技术人员了解锆合金在碘蒸汽环境下的工作特性，对提高反应堆安全性有重要作用。

锆合金包壳管在300～400℃的高温下服役，因而锆合金碘致应力腐蚀开裂试验一般在高温和碘蒸气环境下进行，与其它材料的应力腐蚀开裂试验条件有很大不同，普通的SCC试验装置无法模拟锆合金的工作环境，不能满足锆合金碘致应力腐蚀开裂试验的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的即在于克服现有技术无法用于高温下蒸汽致应力腐蚀开裂的试验的不足，尤其是无法满足锆合金碘致应力腐蚀开裂试验的要求的问题，提供一种应力腐蚀开裂试验装置。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

应力腐蚀开裂试验装置，包括密封箱、气嘴和高温大气炉，密封箱的两端部设置有供试验机拉伸杆贯穿的孔轴密封结构，高温大气炉包围密封箱的侧面，气嘴设置于密封箱的两端部。要克服现有技术的不足，首要问题即在于如何提供一种能够模拟高温和蒸汽并存的工作环境，其次即在于如何提供一种密封方案以防止蒸汽溢出。本实用新型包括密封箱，为试样和蒸汽介质提供密封空间；还包括气嘴，密封箱一端的气嘴与蒸汽介质供应装置连接，用于向密封箱内部通入蒸汽介质，密封箱另一端的气嘴用于排出蒸汽介质；高温大气炉用于加热密封箱内部，将密封箱内部的温度维持在试样的工作温度下，从而模拟试样的工作环境。本领域技术人员清楚的是，要进行应力腐蚀开裂试验，需要对试样施加一定的力，该过程通常通过拉力试验机进行，文中所述的试验机拉伸杆即是指拉力试验机的拉伸杆，为现有的装置。密封箱整体上能够提供完善的密封，但是，试验机拉伸杆贯穿的位置不可避免的会存在一定间隙，因此，本实用新型采用孔轴密封的方式进行密封，防止蒸汽溢出。

本实用新型可用于任何高温、蒸汽环境工作的设备的应力腐蚀开裂试验，尤其适用于特殊的水冷核动力反应堆领域，进行锆合金碘致应力腐蚀开裂试验。

作为本实用新型的第一种优化方案，所述孔轴密封结构包括开设于密封箱端部的通孔、在通孔端部外侧开设的台阶面、设置于台阶面上的第一密封圈以及固定在密封箱端部并将第一密封圈压紧于台阶面上的盖环，盖环的内径与通孔的内径相同。通孔用于通过试验机拉伸杆。第一密封圈与试验机拉伸杆紧密接触，实现密封，防止蒸汽溢出。盖环起固定第一密封圈的作用，防止试验机拉伸杆的运动将第一密封圈带出。本优化方案能够在试验机拉伸杆运动的情况下保证密封效果，提高了本实用新型的可靠性。

作为本实用新型的第二种优化方案，在第一种优化方案的基础上，还包括水嘴和流水通道，流水通道设置于所述密封箱的端部内并围绕所述通孔，水嘴固定在所述密封箱的端部，水嘴的一端与流水通道连通，水嘴的另一端与所述密封箱的外部连通。在高温环境下，第一密封圈容易受热失效。设置流水通道，向流水通道中通入冷却水能够带走密封箱端部的热量，从而间接冷却第一密封圈，保证密封圈在高温环境下正常工作，提高了本实用新型的可靠性。