[发明专利]一种传热管磨损、应力、腐蚀耦合作用试验装置及传热管服役行为评价方法

说明书

本发明涉及一种传热管磨损、应力、腐蚀耦合作用试验装置及传热管服役行为评价方法，试验装置包括装夹传热管的第一装夹机构、装夹对磨件的第二装夹机构、带动第二装夹机构运动进而使对磨件运动并与第一装夹机构上的传热管接触摩擦的作动装置，试验装置还包括用于对第一装夹机构上的传热管进行应力加载的加载机构，本发明的传热管磨损、应力、腐蚀耦合作用试验装置，能够建立磨损‑应力‑腐蚀耦合作用试验过程，可在更接近实际服役工况下研究传热管的服役行为，获得多因素耦合作用下的关键行为数据，揭示磨损‑应力‑腐蚀耦合作用下传热管的失效机制，为构建传热管服役行为评价方法提供基础。

技术领域

本发明涉及传热管磨损、应力、腐蚀耦合作用试验装置及传热管服役行为评价方法。

背景技术

薄壁传热管由于具有较高的换热效率，广泛应用于核电厂、火电厂等。由于流致振动等因素影响，在传热管服役过程中不可避免的与其支撑结构发生微动磨损，同时由于传热管一般服役在高温高压水介质环境中，受到腐蚀作用影响明显，在管内外压差作用下承受一定的服役载荷，因此其服役失效往往是一种磨损-应力-腐蚀耦合作用的结果。目前关于传热管的研究往往仅关注磨损、腐蚀、疲劳、应力腐蚀开裂等单一机理作用，试验手段包括单轴或多轴磨损试验、腐蚀试验、疲劳试验、应力腐蚀C形环试验或慢拉伸试验等，部分评价手段已形成国家标准，但目前缺乏磨损-应力-腐蚀耦合作用下导致的失效行为研究，且没有切实可行的试验研究评价方法，导致传热管服役寿命预测不准确。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种传热管磨损、应力、腐蚀耦合作用试验装置。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种传热管磨损、应力、腐蚀耦合作用试验装置，试验装置包括装夹传热管的第一装夹机构、装夹对磨件的第二装夹机构、带动第二装夹机构运动进而使对磨件运动并与第一装夹机构上的传热管接触摩擦的作动装置，试验装置还包括用于对第一装夹机构上的传热管进行应力加载的加载机构。

优选地，加载机构包括沿传热管的径向贯穿传热管的加载螺栓、与加载螺栓螺纹配合设置的加载螺母。

优选地，第一装夹机构包括第一支撑座、从传热管的长度方向上的至少两处将其紧固在第一支撑座上的紧固组件。

优选地，紧固组件包括位于两侧的固定螺栓组件，固定螺栓组件包括一端部穿过传热管的一侧壁并与第一支撑座螺纹固定连接的栓柱体、固定连接在栓柱体的另一端部上且位于传热管内的塞体；塞体的靠近传热管内壁的一侧面呈弧形，塞体的弧形一侧面的弧度与传热管内壁的弧度仿形设置。

优选地，第一支撑座的靠近传热管的一侧面开设有与传热管的外周面相仿形设置的仿形槽。

本发明还涉及一种传热管服役行为评价方法，评价方法基于采用本发明所叙述的试验装置构建的磨损、应力、腐蚀耦合作用试验，评价方法包括以应力腐蚀裂纹萌生模型与磨损模型为基础推导临界应力的计算方法。

优选地，计算方法包括如下步骤：①、采用SCC裂纹萌生模型确定裂纹萌生时间t_SCC；②、根据Archard磨损模型确定磨损时间t_w；③求出外加载荷的临界应力σ_c并根据外加载荷的临界应力σ_c求出传热管整体受力的临界应力。

优选地，步骤①中的裂纹萌生时间t_SCC的计算采用如下公式：

式中，I_m——材料影响因子，I_σ——应力影响因子，I_e——环境影响因子；