本發(fā)明屬于材料性能測試試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，準(zhǔn)確地說，涉及到一種帶高溫高壓循環(huán)水的微動疲勞試驗(yàn)裝置及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

微動疲勞是壓水堆(pwr)核電站部分關(guān)鍵構(gòu)件發(fā)生服役損傷失效的主要原因之一，常發(fā)生于連接pwr核電站一、二回路的壓力邊界—蒸汽發(fā)生器(sg)傳熱管。sg傳熱管為薄壁結(jié)構(gòu)，剛度較低，且傳熱管與支承板、抗振條間存在微小的間隙，電站運(yùn)行時在流致振動激勵下傳熱管與支承板、抗振條間會發(fā)生高頻低幅相對滑動；同時，由于停堆/啟堆、流致振動、熱分層等，sg傳熱管將遭受腐蝕疲勞損傷，上述兩種因素的共同作用將導(dǎo)致sg傳熱管遭受微動疲勞損傷，可能造成傳熱管破裂，危及反應(yīng)堆安全。

目前，在高溫高壓循環(huán)水腐蝕疲勞試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，發(fā)明專利《一種帶高溫高壓循環(huán)水的腐蝕疲勞試驗(yàn)裝置，公開號：cn102346114a》只能實(shí)現(xiàn)高溫高壓循環(huán)水環(huán)境中圓棒狀試樣的常規(guī)拉壓應(yīng)變疲勞試驗(yàn)，不能滿足高溫高壓循環(huán)水中微動疲勞損傷模擬試驗(yàn)的要求。由于高溫高壓循環(huán)水環(huán)境中原位對疲勞試樣施加正壓力且精確控制試樣與磨頭之間正壓力非常困難，相關(guān)試驗(yàn)技術(shù)缺乏，國內(nèi)外還沒有高溫高壓循環(huán)水環(huán)境中材料微動疲勞性能的試驗(yàn)研究報道。因此，開發(fā)一種高溫高壓循環(huán)水環(huán)境中微動疲勞試驗(yàn)裝置，應(yīng)用于核電結(jié)構(gòu)材料(如：sg傳熱管材料)的微動疲勞性能研究，對我國核電結(jié)構(gòu)材料國產(chǎn)化以及核電站安全運(yùn)行意義重大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能在高溫高壓循環(huán)水環(huán)境下測試材料微動疲勞試驗(yàn)裝置及其應(yīng)用，應(yīng)用于核電結(jié)構(gòu)材料高溫高壓循環(huán)水環(huán)境中微動疲勞性能研究，積累核電結(jié)構(gòu)材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為核電站關(guān)鍵設(shè)備疲勞設(shè)計、安全評估、壽命預(yù)測和老化管理奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種帶高溫高壓循環(huán)水的微動疲勞試驗(yàn)裝置，該裝置包括高溫高壓循環(huán)水系統(tǒng)、高壓釜、疲勞機(jī)、法向正壓力施加系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，高溫高壓循環(huán)水系統(tǒng)為高壓釜內(nèi)提供試驗(yàn)所需的高溫高壓循環(huán)水，疲勞機(jī)對高壓釜內(nèi)的微動疲勞試樣進(jìn)行疲勞加載，施加交變載荷，法向正壓力施加系統(tǒng)對高壓釜內(nèi)疲勞試樣標(biāo)距段表面，通過磨損壓頭精確施加微動疲勞所需的正壓力，控制系統(tǒng)控制整個高溫高壓循環(huán)水系統(tǒng)和疲勞機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)高溫高壓循環(huán)水中的微動疲勞試驗(yàn)。

所述的帶高溫高壓循環(huán)水的微動疲勞試驗(yàn)裝置，高溫高壓循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)有儲水罐、循環(huán)泵、高壓泵、熱交換器、預(yù)熱器、冷凝器、背壓閥、溶解氧探頭，儲水罐的水出口經(jīng)過循環(huán)泵后分為兩個回路：一回路用于水質(zhì)監(jiān)測，經(jīng)溶解氧探頭、離子交換樹脂直接連回儲水罐；二回路經(jīng)過高壓泵、熱交換器、預(yù)熱器后，連至高壓釜，高壓釜通過管路連回?zé)峤粨Q器，經(jīng)過冷凝器、背壓閥、離子交換樹脂，連至儲水罐，形成回路。

所述的帶高溫高壓循環(huán)水的微動疲勞試驗(yàn)裝置，在疲勞機(jī)的兩個立柱之間安裝托臺，高壓釜倒置在疲勞機(jī)托臺上，釜體在上，釜蓋在下，高壓釜的上端懸掛在疲勞機(jī)橫梁上，高壓釜的釜蓋在高壓釜的下端，釜蓋的底部連接水冷裝置，高壓釜內(nèi)設(shè)微動疲勞試樣夾具及正壓力施加系統(tǒng)；釜蓋上設(shè)置進(jìn)水口與出水口，所述出水口上密封連接不銹鋼管，不銹鋼管伸入高壓釜的釜體底部。

所述的帶高溫高壓循環(huán)水的微動疲勞試驗(yàn)裝置，高壓釜內(nèi)有試樣臺，試樣臺通過四個立柱固定于釜蓋上，所述的試樣臺上設(shè)有微動疲勞試樣夾具，微動疲勞試樣通過所述微動疲勞試樣夾具的試樣夾具底座和歐姆夾與試樣臺相連，試樣夾具底座和歐姆夾對中并固定于試樣臺的上下面。

所述的帶高溫高壓循環(huán)水的微動疲勞試驗(yàn)裝置，水冷裝置內(nèi)穿設(shè)拉伸軸，拉伸軸的一端連接微動疲勞試樣夾具上的微動疲勞試樣，拉伸軸的另一端連接疲勞機(jī)的傳動裝置。

所述的帶高溫高壓循環(huán)水的微動疲勞試驗(yàn)裝置，施加微動疲勞試樣的兩端分別安裝于試樣夾具底座，法向正壓力施加系統(tǒng)固定于上歐姆夾上，磨損壓頭與施加微動疲勞試樣垂直，磨損壓頭的兩端設(shè)置于法向正壓力施加系統(tǒng)的磨損壓頭固定裝置上，磨損壓頭的兩端與法向正壓力施加系統(tǒng)的法向正壓力施加單元相對應(yīng)，通過法向正壓力施加單元施加微動疲勞試樣的標(biāo)距段表面與磨損壓頭之間的正壓力，通過對法向正壓力施加單元的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)不同正壓力的精確施加。

所述的帶高溫高壓循環(huán)水的微動疲勞試驗(yàn)裝置，控制系統(tǒng)的控制柜連接循環(huán)泵、高壓泵、預(yù)熱器、高壓釜，在控制柜上控制循環(huán)泵、高壓泵，并對預(yù)熱器、高壓釜進(jìn)行控溫，顯示高壓釜內(nèi)的溫度和壓力，自動控制整個高溫高壓循環(huán)水回路。

所述的帶高溫高壓循環(huán)水的微動疲勞試驗(yàn)裝置，疲勞機(jī)與控制柜連接，通過控制柜對疲勞機(jī)進(jìn)行操作，在控制柜上設(shè)置控制模式、載荷、位移、頻率、波形微動疲勞試驗(yàn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對疲勞機(jī)的自動控制，采集并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

所述的帶高溫高壓循環(huán)水的微動疲勞試驗(yàn)裝置的應(yīng)用，包括如下步驟：

(1)打開儲水罐的注水閥門開始注水；

(2)安裝微動疲勞試樣；打開控制柜上的開關(guān)，啟動油壓泵，使疲勞機(jī)的上橫梁帶動高壓釜的釜體向上移動，分開釜體和釜蓋后，將微動疲勞試樣通過歐姆夾連接試樣底座并固定于試樣臺上，試樣下底座與疲勞機(jī)拉伸軸相連；

(3)微動疲勞試樣表面法向正壓力施加；磨損壓頭通過磨損壓頭固定裝置固定于歐姆夾上，調(diào)節(jié)法向正壓力施加單元，將疲勞試樣標(biāo)距段表面與磨損壓頭之間的正壓力施加到目標(biāo)值；

(4)擰緊高壓釜；裝完微動疲勞試樣、施加法向正壓力后，操縱控制柜，放下疲勞機(jī)上橫梁，使釜體和釜蓋在重力作用下自吻合接觸，然后擰緊高壓釜下面的主螺栓，使高壓釜完全密封；

(5)通循環(huán)水；打開閥門，打通整個循環(huán)水回路，使高壓釜與循環(huán)水系統(tǒng)接通，將水引入高壓釜，并灌滿高壓釜，調(diào)節(jié)高壓釜內(nèi)循環(huán)水的溶解氧含量至目標(biāo)值；

(6)循環(huán)水升壓；打開控制柜上的高壓泵的開關(guān)按鈕，手動調(diào)節(jié)高壓泵的行程，保持回路循環(huán)水流速穩(wěn)定，然后向右緩慢擰緊背壓閥，壓力逐漸上升，直到達(dá)到試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)壓力值；

(7)循環(huán)水加熱；加熱前打開冷凝器和水冷裝置的冷卻水開關(guān)，然后開啟控制柜上的預(yù)熱器和高壓釜控溫按鈕，設(shè)定試驗(yàn)溫度，開啟加熱，此時高壓釜內(nèi)的溫度逐漸上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定溫度后，控制柜內(nèi)的控溫裝置對其溫度自行調(diào)節(jié)，直到溫度穩(wěn)定；

(8)疲勞加載；打開疲勞機(jī)的控制軟件，設(shè)定疲勞試驗(yàn)的參數(shù)：控制模式、波形、頻率、循環(huán)周次、應(yīng)力、應(yīng)變、停機(jī)條件，然后開啟自動加載模式，直至疲勞加載結(jié)束；

(9)停止試驗(yàn)；當(dāng)疲勞試驗(yàn)達(dá)到設(shè)定的條件后，停止疲勞機(jī)控制軟件，保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后關(guān)閉控制柜上的預(yù)熱器和高壓釜的加熱開關(guān)，此時高壓釜內(nèi)溫度逐漸降低，當(dāng)?shù)竭_(dá)室溫后，調(diào)節(jié)背壓閥使壓力降低為零，調(diào)節(jié)高壓泵的行程為零，關(guān)閉循環(huán)泵和高壓泵，使水停止循環(huán)，然后關(guān)閉冷凝器和水冷裝置的冷卻水，試驗(yàn)結(jié)束。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：

1、本發(fā)明的高溫高壓循環(huán)水循環(huán)水系統(tǒng)可以在360℃、20mpa以下長期穩(wěn)定運(yùn)行，并精確控制溫度、壓力、溶解氧等水化學(xué)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)輕水堆核電站高溫高壓循環(huán)水環(huán)境的試驗(yàn)?zāi)M。

2、本發(fā)明可以在模擬核電站高溫高壓循環(huán)水環(huán)境中，通加載軸連接疲勞試樣和疲勞機(jī)作動器(傳動裝置)，實(shí)現(xiàn)多種波型條件下的疲勞加載，通過法向正壓力施加單元可以對疲勞試樣標(biāo)距段施加正壓力，并在0～300n范圍內(nèi)精確控制試樣表面與磨損壓頭之間的法向正壓力值，誤差優(yōu)于2％；在疲勞試驗(yàn)過程中，磨損壓頭保持靜止，疲勞試樣標(biāo)距段反復(fù)拉伸與壓縮，磨損壓頭與疲勞試樣接觸面反復(fù)磨損，實(shí)現(xiàn)高溫高壓循環(huán)水環(huán)境中的微動疲勞試驗(yàn)。

3、本發(fā)明的疲勞機(jī)拉伸軸與高壓釜體之間采用o型圈進(jìn)行密封，并輔于水冷裝置，保證拉伸軸在往復(fù)運(yùn)動時保持良好的密封性。

4、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)計算機(jī)自動控制和數(shù)據(jù)采集，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖2為微動疲勞試樣裝配示意圖。

圖3為國產(chǎn)sg傳熱管用690鎳基合金材料高溫高壓循環(huán)水微動疲勞試驗(yàn)的應(yīng)力幅與循環(huán)周次曲線，應(yīng)變幅為0.4％。

圖4為本發(fā)明高溫高壓循環(huán)水微動疲勞試驗(yàn)裝置實(shí)施例(experiment，alloy690)的結(jié)果與文獻(xiàn)(nureg/cr-6909，ally690&alloy152)中正常狀態(tài)疲勞數(shù)據(jù)的對比圖。其中，rtair表示室溫空氣中的疲勞試驗(yàn)；0.4％s^-1，pwrwater表示在模擬壓水堆核電站高溫高壓循環(huán)水中應(yīng)變速率為0.4％s^-1的疲勞試驗(yàn)；1％s^-1，100n，285℃，≤5ppb，water表示在285℃、7.8mpa、溶解氧濃度≤5ppb的高溫高壓循環(huán)水中應(yīng)變速率為1％s^-1、正壓力為100n的微動疲勞試驗(yàn)；best-fitairanlmodel表示由美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室提出的最優(yōu)化疲勞壽命-應(yīng)變幅值模型曲線。

圖5為285℃、7.8mpa、溶解氧濃度≤5ppb的高溫高壓循環(huán)水環(huán)境中微動疲勞試驗(yàn)后片狀試樣的表面形貌，應(yīng)變幅為0.4％，法向正壓力為100n，循環(huán)周次為6133周。其中，圖5a和圖5b為試驗(yàn)前疲勞試樣的正面圖和側(cè)面圖，圖5c為試驗(yàn)后疲勞試樣正面圖，圖5d為試驗(yàn)后疲勞試樣的側(cè)面圖。

圖1中：1疲勞機(jī)；2高壓釜；3微動疲勞試樣夾具及正壓力施加系統(tǒng)；4托臺；5水冷裝置；6拉伸軸；7控制柜；14儲水罐；15離子交換樹脂；16溶解氧探頭；17循環(huán)泵；18冷凝器；19熱交換器；20高壓泵；21預(yù)熱器；22背壓閥。

圖2中：8微動疲勞試樣；9磨損壓頭固定裝置；10試樣夾具底座；11歐姆夾；12磨損壓頭；13法向正壓力施加單元。

具體實(shí)施方式

如圖1-圖2所示，本發(fā)明提供了一種能在高溫高壓循環(huán)水環(huán)境下測試材料微動疲勞性能的裝置，并應(yīng)用于國產(chǎn)sg傳熱管材料高溫高壓循環(huán)水環(huán)境中微動疲勞性能研究。該裝置主要由高溫高壓循環(huán)水系統(tǒng)、高壓釜、疲勞機(jī)、法向正壓力施加系統(tǒng)、控制系統(tǒng)五部分組成，包括：疲勞機(jī)1、高壓釜2、微動疲勞試樣夾具及正壓力施加系統(tǒng)3、托臺4、水冷裝置5、拉伸軸6、控制柜7、微動疲勞試樣8、磨損壓頭固定裝置9、試樣夾具底座10、歐姆夾11、磨損壓頭12、法向正壓力施加單元13、儲水罐14、離子交換樹脂15、溶解氧探頭16、循環(huán)泵17、冷凝器18、熱交換器19、高壓泵20、預(yù)熱器21、背壓閥22等。其中，高溫高壓循環(huán)水系統(tǒng)為高壓釜內(nèi)提供試驗(yàn)所需的高溫高壓循環(huán)水，疲勞機(jī)對高壓釜內(nèi)的微動疲勞試樣進(jìn)行疲勞加載，施加交變載荷，法向正壓力施加系統(tǒng)對高壓釜內(nèi)疲勞試樣標(biāo)距段表面，通過磨損壓頭精確施加微動疲勞所需的、精確可控的正壓力，控制系統(tǒng)控制整個高溫高壓循環(huán)水系統(tǒng)和疲勞機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)高溫高壓循環(huán)水中的微動疲勞試驗(yàn)。

其中，高溫高壓循環(huán)水系統(tǒng)主要由儲水罐14、循環(huán)泵17、高壓泵20、溶解氧探頭16、熱交換器19、預(yù)熱器21、冷凝器18、背壓閥22等組成，具體結(jié)構(gòu)如下：

儲水罐14的水出口經(jīng)過循環(huán)泵17后分為兩個回路：一回路用于水質(zhì)監(jiān)測，經(jīng)溶解氧探頭16、離子交換樹脂15直接連回儲水罐14；二回路水經(jīng)過高壓泵20、熱交換器19、預(yù)熱器21預(yù)熱后，進(jìn)入高壓釜2，水從高壓釜2流出再次進(jìn)入熱交換器19，然后經(jīng)過冷凝器18、背壓閥22、離子交換樹脂15，流回儲水罐14，形成回路。

水介質(zhì)在所述的儲水罐14中進(jìn)行溶解氧調(diào)控，調(diào)控方式為通過儲水罐14中的開口通入氮?dú)夂脱鯕?，水介質(zhì)中的離子通過離子交換樹脂15加以控制。

在疲勞機(jī)1的兩個立柱之間安裝托臺4，高壓釜2倒置在疲勞機(jī)托臺4上(釜體在上，釜蓋在下)，高壓釜2的上端懸掛在疲勞機(jī)1橫梁上，高壓釜2的釜蓋在高壓釜2的下端，釜蓋的底部連接水冷裝置5，高壓釜2內(nèi)設(shè)微動疲勞試樣夾具及正壓力施加系統(tǒng)3。釜蓋上設(shè)置進(jìn)水口與出水口，為了保證在試驗(yàn)過程中水介質(zhì)能夠充滿整個高壓釜2，所述出水口上密封連接不銹鋼管，不銹鋼管伸入高壓釜2的釜體底部。高壓釜2內(nèi)有試樣臺，試樣臺通過四個立柱固定于釜蓋上，所述的試樣臺上設(shè)有微動疲勞試樣夾具，微動疲勞試樣8通過所述微動疲勞試樣夾具的試樣夾具底座10和歐姆夾11與試樣臺相連，試樣夾具底座10和歐姆夾11對中并固定于試樣臺的上下面。

水冷裝置5內(nèi)穿設(shè)拉伸軸6，拉伸軸6的一端連接微動疲勞試樣夾具上的微動疲勞試樣8，拉伸軸6的另一端連接疲勞機(jī)1的傳動裝置，拉伸軸6與水冷裝置5之間利用o型圈實(shí)現(xiàn)動態(tài)密封。

施加微動疲勞試樣8的兩端分別安裝于試樣夾具底座10，法向正壓力施加系統(tǒng)固定于上歐姆夾11上，磨損壓頭12與施加微動疲勞試樣8垂直，磨損壓頭12的兩端設(shè)置于法向正壓力施加系統(tǒng)的磨損壓頭固定裝置9上，磨損壓頭12的兩端與法向正壓力施加系統(tǒng)的法向正壓力施加單元13相對應(yīng)，通過法向正壓力施加單元13施加微動疲勞試樣8的標(biāo)距段表面與磨損壓頭12之間的正壓力，通過對法向正壓力施加單元13的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)不同正壓力的精確施加。

控制系統(tǒng)的控制柜7連接循環(huán)泵17、高壓泵20、預(yù)熱器21、高壓釜2，在控制柜7上可以控制循環(huán)泵17、高壓泵20，并對預(yù)熱器21、高壓釜2進(jìn)行控溫，顯示高壓釜2內(nèi)的溫度和壓力，自動控制整個高溫高壓循環(huán)水回路。

疲勞機(jī)1與控制柜7連接，可以通過控制柜7對疲勞機(jī)1進(jìn)行操作，在控制柜7上可以設(shè)置控制模式、載荷、位移、頻率、波形等微動疲勞試驗(yàn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對疲勞機(jī)的自動控制，采集并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

如圖2所示，微動疲勞試樣8的夾持方式及法向正壓力的施加方法，微動疲勞試樣8通過歐姆夾11連接試樣底座10并固定于試樣臺上，法向正壓力施加單元13施加疲勞試樣標(biāo)距段表面與磨損壓頭之間的法向正壓力。

如圖1-圖2所示，本發(fā)明裝置的具體操作步驟如下：

1、儲水罐14注水。打開儲水罐14的注水閥門開始注水，當(dāng)水位到達(dá)儲水罐14高度約五分之四時，認(rèn)為注水完畢。

2、安裝微動疲勞試樣8。打開控制柜7上的開關(guān)，啟動油壓泵，使疲勞機(jī)1的上橫梁帶動高壓釜2的釜體向上移動，分開釜體和釜蓋后，將微動疲勞試樣8通過歐姆夾11連接試樣底座10并固定于試樣臺上，試樣下底座10與疲勞機(jī)拉伸軸6相連。

3、微動疲勞試樣8表面法向正壓力施加。磨損壓頭12通過磨損壓頭固定裝置9固定于歐姆夾11上，調(diào)節(jié)法向正壓力施加單元13，將疲勞試樣標(biāo)距段表面與磨損壓頭12之間的正壓力施加到目標(biāo)值。

4、擰緊高壓釜2。裝完微動疲勞試樣8、施加法向正壓力后，操縱控制柜7，放下疲勞機(jī)上橫梁，使釜體和釜蓋在重力作用下自吻合接觸，然后擰緊高壓釜2下面的主螺栓，使高壓釜完全密封。

5、通循環(huán)水。打開閥門，打通整個循環(huán)水回路，使高壓釜2與循環(huán)水系統(tǒng)接通，將水引入高壓釜2，并灌滿高壓釜2，調(diào)節(jié)高壓釜2內(nèi)循環(huán)水的溶解氧含量至目標(biāo)值。

6、循環(huán)水升壓。打開控制柜7上的高壓泵20的開關(guān)按鈕，手動調(diào)節(jié)高壓泵20的行程，保持回路循環(huán)水流速穩(wěn)定，然后向右緩慢擰緊背壓閥22，壓力逐漸上升，直到達(dá)到試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)壓力值。

7、循環(huán)水加熱。加熱前打開冷凝器18和水冷裝置5的冷卻水開關(guān)，然后開啟控制柜7上的預(yù)熱器21和高壓釜2控溫按鈕，設(shè)定試驗(yàn)溫度，開啟加熱，此時高壓釜2內(nèi)的溫度逐漸上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定溫度后，控制柜7內(nèi)的控溫裝置對其溫度自行調(diào)節(jié)，直到溫度穩(wěn)定。

8、疲勞加載。打開疲勞機(jī)1的控制軟件，設(shè)定疲勞試驗(yàn)的參數(shù)：控制模式、波形、頻率、循環(huán)周次、應(yīng)力、應(yīng)變、停機(jī)條件，然后開啟自動加載模式，直至疲勞加載結(jié)束。

9、停止試驗(yàn)。當(dāng)疲勞試驗(yàn)達(dá)到設(shè)定的條件后，停止疲勞機(jī)控制軟件，保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后關(guān)閉控制柜7上的預(yù)熱器21和高壓釜2的加熱開關(guān)，此時高壓釜2內(nèi)溫度逐漸降低，當(dāng)?shù)竭_(dá)室溫后，調(diào)節(jié)背壓閥22使壓力降低為零，調(diào)節(jié)高壓泵20的行程為零，關(guān)閉循環(huán)泵17和高壓泵20，使水停止循環(huán)，然后關(guān)閉冷凝器18和水冷裝置5的冷卻水，試驗(yàn)結(jié)束。

實(shí)施例

本實(shí)施例中，國產(chǎn)sg傳熱管用690鎳基合金材料，在285℃、7.8mpa、溶解氧濃度≤5ppb的高溫高壓循環(huán)水中的微動疲勞試驗(yàn)，應(yīng)變幅值為0.4％，應(yīng)變速率為1％s^-1，法向正壓力數(shù)值為100n。

微動疲勞試樣材料為一種國產(chǎn)pwr核電站sg傳熱管用690鎳基合金，加工成片狀試樣，標(biāo)距段長10mm，寬6mm，厚3mm，把微動疲勞試樣通過歐姆夾固定于試樣底座后，安裝法向正壓力施加單元，正壓力值調(diào)整為100n，然后擰緊高壓釜，將儲水罐注滿水后，通入氮?dú)膺M(jìn)行除氧，使儲水罐內(nèi)保持一定的氣壓，一定時間后，水中的溶解氧濃度≤5ppb，開動高溫高壓循環(huán)水控制柜和疲勞機(jī)控制柜，啟動循環(huán)泵，使水全部經(jīng)過離子交換樹脂過濾，開啟高壓泵，調(diào)節(jié)行程為12mm，對應(yīng)循環(huán)水流量約為12l/h，然后調(diào)節(jié)背壓閥，使壓力上升至7.8mpa，預(yù)熱器溫度設(shè)定為320℃，高壓釜溫度設(shè)定為285℃，啟動加熱開關(guān)，當(dāng)釜內(nèi)溫度到達(dá)設(shè)定溫度后，穩(wěn)定30分鐘，然后打開控制柜上的疲勞機(jī)控制軟件，設(shè)定控制模式為位移控制，波形為三角波，應(yīng)變速率為1％s^-1，應(yīng)變幅值設(shè)為0.4％，設(shè)定當(dāng)峰值應(yīng)力下降到最大峰值應(yīng)力值的75％時停止試驗(yàn)，其對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)n25定義為疲勞壽命。

如圖3所示，從高溫高壓循環(huán)水微動疲勞試驗(yàn)的應(yīng)力幅值與循環(huán)周次曲線可以看出，本實(shí)施例中的疲勞壽命為6133周次。

如圖4所示，將本實(shí)施例高溫高壓循環(huán)水微動疲勞試驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)(nureg/cr-6909)中數(shù)據(jù)進(jìn)行的對比，根據(jù)asme標(biāo)準(zhǔn)提出的anl最優(yōu)化模型曲線預(yù)測，在應(yīng)變幅值為0.4％時，690合金標(biāo)準(zhǔn)棒狀疲勞試樣室溫拉壓疲勞的壽命為10870周，且已知高溫高壓循環(huán)水中的疲勞壽命相比與室溫空氣中未見明顯下降。但由圖4可知，本實(shí)施例高溫高壓循環(huán)水微動疲勞試驗(yàn)結(jié)果(6133周)顯著低于anl最優(yōu)化模型曲線預(yù)測值(10870周)?？梢?，高溫高壓循環(huán)水微動疲勞導(dǎo)致690合金材料疲勞強(qiáng)度降低。

圖5a和圖5b為試驗(yàn)前疲勞試樣的正面圖和側(cè)面圖，圖5c和圖5d中所示試樣表面有一條與疲勞加載方向垂直的疲勞裂紋，并且裂紋出現(xiàn)于疲勞試樣的摩擦副對磨表面。宏觀上試樣表面失去金屬光澤，同時試樣的對磨表面有腐蝕產(chǎn)物，體現(xiàn)了高溫高壓循環(huán)水環(huán)境對試樣微動疲勞失效的促進(jìn)作用。

實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明法向正壓力施加系統(tǒng)固定于疲勞試樣的夾具上，可精確施加疲勞試樣與磨損壓頭之間的正壓力。在疲勞試驗(yàn)過程中，疲勞試樣標(biāo)距段反復(fù)變形，磨損壓頭保持靜止，磨損壓頭與疲勞試樣標(biāo)距段接觸區(qū)域反復(fù)摩擦，實(shí)現(xiàn)高溫高壓循環(huán)水環(huán)境中的原位微動疲勞試驗(yàn)，通過控制系統(tǒng)能精確控制高溫高壓循環(huán)水回路以及高壓釜內(nèi)的溫度、壓力、溶解氧等水化學(xué)參數(shù)以及疲勞試驗(yàn)機(jī)。本發(fā)明高溫高壓循環(huán)水微動疲勞試驗(yàn)裝置，能夠控制試驗(yàn)環(huán)境中的水化學(xué)參數(shù)、疲勞試樣標(biāo)距段應(yīng)變、磨損正壓力，已成功應(yīng)用于核電材料在模擬核電高溫高壓循環(huán)水環(huán)境中的微動疲勞試驗(yàn)。