一种轴向高温蠕变试验夹具及设备的制作方法

1.本发明涉及轴向高温蠕变试验技术领域，尤其涉及一种轴向高温蠕变试验夹具及其设备。


背景技术：

2.燃料包壳管是核电站运行的核心部件，也是保证核安全的第一道屏障，燃料包壳管直接关系到核燃料组件在核反应堆中的安全性和可靠性。燃料包壳管在服役工况下，长期经受核燃料裂变产生的高温、辐射、轴向、环向应力等损伤。轴向高温蠕变性能是评价包壳管在服役工况下能否满足安全使用要求的重要指标，因此在燃料包壳管研发时通常需要对燃料包壳管进行轴向高温蠕变试验，以获得燃料包壳管在高温服役环境下的轴向蠕变性能数据。
3.燃料包壳管根据燃料组件设计通常口径较小，燃料包壳管的壁厚很薄且为具有不同合金成分的管体。示例地，三代核电的燃料包壳管规格通常是外径9.5毫米、壁厚0.57毫米的锆合金管，四代核电的燃料包壳管规格通常是外径6毫米、壁厚0.5毫米的不锈钢合金管。现有技术中的轴向高温蠕变试验设备仅能够直接对圆棒状样品及板材状样品进行试验，且在试验的过程中需要通过螺纹或者销钉实现试验应力的加载，而燃料包壳管的壁厚较薄，无法通过在燃料包壳管外壁开设螺纹或者大销钉孔的方式进行试验应力的加载，使得无法通过轴向蠕变试验设备直接对燃料包壳管进行轴向高温蠕变试验，进而无法获得准确的燃料包壳管轴向高温蠕变试验数据。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种轴向高温蠕变试验夹具，能够在轴向高温蠕变试验过程中夹持待试验管体。
5.本发明的目的还在于提供一种轴向高温蠕变试验设备，能够用于对待试验管体进行轴向高温蠕变试验，从而能够获得较准确的燃料包壳管轴向高温蠕变试验数据。
6.如上构思，本发明所采用的技术方案是：
7.一种轴向高温蠕变试验夹具，包括：
8.夹具本体，所述夹具本体具有贯穿其两端的锥形孔；
9.夹紧组件，设置于所述锥形孔中，所述夹紧组件的外壁贴合于所述锥形孔的内壁，且所述夹紧组件具有贯穿其两端的第一通孔；
10.管塞，设于所述第一通孔中，所述管塞用于塞入待试验管体中；
11.压紧组件，连接于所述夹具本体的一端，且所述压紧组件能挤压所述夹紧组件在所述锥形孔中向所述锥形孔的小径端移动，以使所述夹紧组件与所述管塞夹紧所述待试验管体。
12.可选地，所述夹紧组件包括至少两个锥度块，每个所述锥度块的外壁贴合于所述锥形孔的内壁，且至少两个所述锥度块的内壁围绕形成所述第一通孔。
13.可选地，所述锥形孔的锥度为1:4；所述锥度块为预设圆台的一部分，且所述预设圆台的锥度为1:4。
14.可选地，所述夹紧组件呈圆台状结构或棱台状结构，且所述夹紧组件的材料为弹性材料。
15.可选地，所述压紧组件包括转换接头及压紧块，所述转换接头一端连接于所述夹具本体的一端，且所述转换接头一端的端部具有凹槽，所述压紧块位于所述凹槽中，且所述压紧块的一端抵接于所述凹槽的槽壁，所述压紧块的另一端抵接于所述夹紧组件。
16.可选地，所述凹槽的槽壁具有第一螺纹，所述夹具本体的一端具有第二螺纹，所述转换接头通过螺合的所述第一螺纹及所述第二螺纹与所述夹具本体螺纹连接。
17.可选地，还包括固接于所述管塞端部的凸块，所述凸块的横截面尺寸大于所述第一通孔的横截面尺寸，所述凸块连接所述管塞的端面抵接于所述夹紧组件，且所述压紧块抵接于所述凸块远离所述管塞的端面。
18.可选地，还包括连接于所述夹具本体的另一端的连接件，所述连接件的外壁设有用于连接轴向高温蠕变试验设备的变形测量引伸杆的凸台，且所述连接件具有连通于所述第一通孔的第二通孔。
19.一种轴向高温蠕变试验设备，包括：载荷加载装置及两个如上所述的轴向高温蠕变试验夹具，所述载荷加载装置的两个加载端与两个所述轴向高温蠕变试验夹具的压紧组件一一对应，且每个所述加载端连接于与其对应的所述压紧组件，一个所述轴向高温蠕变试验夹具用于夹紧所述待试验管体的一端，另一个所述轴向高温蠕变试验夹具用于夹紧所述待试验管体的另一端。
20.可选地，当所述轴向高温蠕变试验夹具包括连接件时，所述轴向高温蠕变试验设备还包括变形测量引伸杆及变形传感器，所述变形测量引伸杆连接于所述连接件上的凸台及所述变形传感器之间。
21.本发明至少具有如下有益效果：
22.本发明提供的轴向高温蠕变试验夹具及设备，管塞塞入待试验管体的内部，并与待试验管体的内壁接触，夹紧组件的内壁与待试验管体的外壁接触，且夹紧组件能够在压紧组件的驱动下在锥形孔中移动，由于锥形孔结构的特点，使得夹紧组件被锥形孔的内壁挤压，进而使得夹紧组件与管塞能够夹紧待试验管体，实现了依靠锥形孔的锥度与夹紧组件的锥度相配合的的方式夹紧待试验管体，使得轴向蠕变试验设备中的载荷加载装置可以通过轴向高温蠕变试验夹具向待试验管体加载应力，进而便于对待试验管体进行轴向高温蠕变试验，从而能够获得较准确的燃料包壳管轴向高温蠕变试验数据。
23.本发明提供的轴向高温蠕变试验夹具结构简单，安装方便且操作简单，可以重复使用，降低了轴向高温蠕变试验的成本。
附图说明
24.图1是本发明实施例提供的轴向高温蠕变试验夹具的截面示意图；
25.图2是本发明实施例提供的一种夹紧组件未夹紧待试验管体时的示意图；
26.图3是本发明实施例提供的一种夹紧组件夹紧待试验管体时的示意图；
27.图4是本发明实施例提供的另一种夹紧组件未夹紧待试验管体时的示意图；
28.图5是本发明实施例提供的轴向高温蠕变试验设备的结构示意图一；
29.图6是本发明实施例提供的轴向高温蠕变试验设备的结构示意图二；
30.图7是本发明实施例提供的待试验管体高温轴向蠕变变形
‑
试验时间的曲线图。
31.图中：
32.1、夹具本体；11、锥形孔；2、夹紧组件；21、第一通孔；22、锥度块；3、管塞；31、倒角；4、压紧组件；41、转换接头；411、凹槽；42、压紧块；5、凸块；6、连接件；61、凸台；62、第二通孔；10、变形测量引伸杆；20、变形传感器；
33.100、待试验管体。
具体实施方式
34.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.本实施例提供了一种轴向高温蠕变试验夹，用于在轴向蠕变试验过程中夹持固定待试验管体100，具有较高的稳定性，能够便于轴向蠕变试验设备直接对待试验管体100进行试验，进而能够得到轴向高温蠕变试验数据且得到的轴向高温蠕变试验数据较准确。示例地，待试验管体100可以为燃料包壳管。
38.如图1至图4所示，轴向高温蠕变试验夹具包括夹具本体1、夹紧组件2、管塞3及压紧组件4。
39.其中，夹具本体1具有贯穿其两端的锥形孔11，锥形孔11为沿夹具本体1的长度方向孔的横截面积逐渐减小的孔。示例地，锥形孔11可以为圆锥形孔或棱锥形孔，本实施例对此不作限定。
40.夹紧组件2设置于锥形孔11中，且夹紧组件2的外壁贴合于锥形孔11的内壁，也即是，夹紧组件2的外形轮廓与锥形孔11的轮廓相匹配，还即是，夹紧组件2的外形轮廓呈锥形，使得夹紧组件2能够与夹具本体1相配合以夹持待试验管体100。并且，夹紧组件2具有贯穿其两端的第一通孔21，该第一通孔21用于供待试验管体100穿过。
41.如图1所示，上述管塞3设于第一通孔21中，且管塞3用于塞入待试验管体100中，以使得待试验管体100的管壁能够夹在夹紧组件2的内壁和管塞3的外壁之间。上述压紧组件4
连接于夹具本体1的一端，且压紧组件4能够相对于夹具本体1的一端移动，使得压紧组件4能挤压夹紧组件2在锥形孔11中向锥形孔11的小径端移动，以使得第一通孔21的内径逐渐减小，进而使得夹紧组件2与管塞3夹紧待试验管体100。该锥形孔11的小径端是指锥形孔11孔径小的一端，于图1中，锥形孔11的小径端为锥形孔11的底端。
42.本实施例提供的轴向高温蠕变试验夹具，管塞3塞入待试验管体100的内部，并与待试验管体100的内壁接触，夹紧组件2的内壁与待试验管体100的外壁接触，且夹紧组件2能够在压紧组件4的驱动下在锥形孔11中移动，由于锥形孔11结构的特点，使得夹紧组件2被锥形孔11的内壁挤压，进而使得夹紧组件2与管塞3能够夹紧待试验管体100，实现了依靠锥形孔11的锥度与夹紧组件2的锥度相配合的方式夹紧待试验管体100，使得轴向蠕变试验设备中的载荷加载装置可以通过轴向高温蠕变试验夹具向待试验管体100加载应力，进而便于对待试验管体100进行轴向高温蠕变试验，从而能够获得较准确的燃料包壳管轴向高温蠕变试验数据。
43.本实施例中，管塞3的外形轮廓与待试验管体100的管孔轮廓相适配，示例地，管塞3可以呈圆柱状、棱柱状、圆锥状等。优选地，管塞3的外径等于待试验管体100的内径，以使得管塞3能够有效地填充并支撑待试验管体100。并且，本实施例中，管塞3用于伸入待试验管体100的一端具有倒角31，使得管塞3一端的尺寸能够较小，进而能够便于管塞3的一端对准待试验管体100的端口，从而更便于管塞3塞入待试验管体100中。
44.本实施例中，夹紧组件2的结构可以具有多种，本实施例提供以下两种夹紧组件2的具体结构。
45.在夹紧组件2的一种具体结构中，如图2至图4所示，夹紧组件2包括至少两个锥度块22。其中，图2和图3是夹紧组件2包括两个锥度块22的示意图，且图2为夹紧组件2未夹紧待试验管体100的示意图，图3为夹紧组件2夹紧待试验管体100的示意图；图4是夹紧组件2包括四个锥度块22的示意图。在夹紧组件2夹紧待试验管体100时，如图3所示，每个锥度块22的外壁贴合于锥形孔11的内壁，即每个锥度块22的外壁与夹具本体1紧贴，且至少两个锥度块22沿锥形孔11的周向设置，且至少两个锥度块22的内壁相互配合并围绕形成第一通孔21。需要说明的是，本实施例中的至少两个锥度块22理解为锥度块22具有两个或两个以上。示例地，每个锥度块22的内壁呈圆弧状，以能够形成截面为圆形的第一通孔21，可以理解的是，每个锥度块22的内壁还可以为平面，以能够形成截面为多边形的第一通孔21。
46.本实施例中，至少两个锥度块22在未夹紧待试验管体100时，如图2或图4所示，相邻两个锥度块22在锥形孔11的周向存在间隙，且锥度块22的内壁未与待试验管体100的外壁紧贴，在压紧组件4推动锥度块22靠近锥形孔11的小径端移动的过程中，锥形孔11的空间逐渐减小，使得至少两个锥度块22受到锥形孔11内壁的挤压，进而使得相邻两个锥度块22相互靠近直至抵接，此时，锥形块22的内壁与待试验管体100的外壁紧贴，以与管塞3相互配合夹紧待试验管体100。其中，锥度块22为一端比另一端厚的结构，且锥度块22的外壁为倾斜外壁。
47.进一步地，本实施例中锥形孔11的锥度为1:4，相应地，锥度块22为预设圆台的一部分，且预设圆台的锥度为1:4，使得在保证锥度块22具有较大的活动空间的同时，夹具本体1与锥度块22之间还能够产生足够的摩擦力，进而不会发生锥度块22从锥形孔11中掉落的情况。
48.在夹紧组件2的一种具体结构中，夹紧组件2呈具有第一通孔21的圆台状结构或棱台状结构，也即是，夹紧组件2为一个整体结构，且夹紧组件2的材料为弹性材料，使得压紧组件4在推动锥度块22靠近锥形孔11的小径端移动的过程中，夹紧组件2发生弹性形变，进而使得夹紧组件2的内壁紧贴于待试验管体100的外壁，进而与待试验管体100的外壁产生较大的摩擦力，从而实现与管塞3相互配合夹紧待试验管体100。
49.具有上述两种结构的夹紧组件2均能够实现对待试验管体100的夹紧，且具有较好的夹紧效果。
50.可选地，如图1所示，压紧组件4包括转换接头41及压紧块42。其中，转换接头41一端连接于夹具本体1的一端，且转换接头41在夹具本体1一端的连接位置可变，且转换接头41一端的端部具有凹槽411，压紧块42位于凹槽411中，且压紧块42的一端抵接于凹槽411的槽壁，压紧块42的另一端抵接于夹紧组件2，转换接头41相对于夹具本体1的一端移动时，能够推动压紧块42向锥形孔11的小径端移动，使得压紧块42能够推动夹紧组件2向锥形孔11的小径端移动。本实施例中的抵接可以为直接接触、固定连接或间接接触。
51.示例地，请继续参照图1，夹紧组件2的长度小于夹具本体1的长度，使得夹紧组件2位于锥形孔11中时，夹紧组件2一端的端面与夹具本体1一端的端面之间存在间隔，进而使得夹具本体1的一端具有由夹紧组件2及锥形孔11的内壁形成的容置槽，该容置槽与凹槽411形成容置空间，压紧块42位于该容置空间中。
52.进一步地，转换接头41与夹具本体1的一端螺纹连接，具体地，凹槽411的槽壁具有第一螺纹，夹具本体1的一端外壁具有第二螺纹，转换接头41通过螺合的第一螺纹及第二螺纹与夹具本体1螺纹连接，通过旋转连接头41能够推动夹紧块42逐渐靠近锥形孔11的小径端移动。在一些实施例中，凹槽411的槽壁包括倾斜壁和竖直壁，倾斜壁用于与压紧块42抵接，竖直壁具有第一螺纹，以便于与夹具本体1相配合。
53.可选地，如图1所示，轴向高温蠕变试验夹具还包括固接于管塞3端部的凸块5，压紧块42通过凸块5抵接与夹紧组件2及管塞3。具体地，凸块5位于第一通孔21外，且凸块5的横截面尺寸大于第一通孔21的横截面尺寸，凸块5连接管塞3的端面抵接于夹紧组件2，且压紧块42抵接于凸块5远离管塞3的端面。凸块5的设置，使得轴向高温蠕变试验夹具在不使用时，管塞3也能够位于第一通孔21中，进而能够防止管塞3丢失。
54.本实施例中，请继续参照图1，轴向高温蠕变试验夹具还包括连接于夹具本体1的另一端的连接件6。连接件6的外壁设有用于连接轴向高温蠕变试验设备的变形测量引伸杆10的凸台61，且连接件6具有连通于第一通孔21的第二通孔62，第二通孔62用于供待试验管体100穿设。示例地，连接件6呈块状结构，且连接件6的一端具有连接槽，连接槽的内壁具有螺纹，使得连接件6通过连接槽与夹具本体1的另一端螺纹连接，进而便于连接件6与夹具本体1的拆卸。
55.本实施例提供的轴向高温蠕变试验夹具结构简单，安装方便且操作简单，可以重复使用，降低了轴向高温蠕变试验的成本。
56.本实施例还提供了一种轴向高温蠕变试验设备，能够用于对待试验管体100进行轴向高温蠕变试验。
57.如图5和图6所示，轴向高温蠕变试验设备包括载荷加载装置及两个如上所述的轴向高温蠕变试验夹具。其中，载荷加载装置的两个加载端与两个轴向高温蠕变试验夹具的
压紧组件4一一对应，且每个加载端连接于与其对应的压紧组件4，以通过压紧组件4向待试验管体100加载应力，并且，一个轴向高温蠕变试验夹具用于夹紧待试验管体100的一端，另一个轴向高温蠕变试验夹具用于夹紧待试验管体100的另一端。
58.进一步地，当轴向高温蠕变试验夹具包括连接件6时，轴向高温蠕变试验设备还包括变形测量引伸杆10及变形传感器20，变形测量引伸杆10连接于连接件6上的凸台61及变形传感器20之间，用于辅助变形传感器20测量待试验管体100的蠕变变形。示例地，通过测量两个轴向高温蠕变试验夹具中两个凸台61之间的相对位移，可以得到待试验管体100轴向变形标距段内蠕变试验数据。
59.可选地，变形传感器20设有多个，每个变形传感器20均连接有两个变形测量引伸杆10，该两个变形测量引伸杆10中的一个连接于一个轴向高温蠕变试验夹具的一个凸台61，两个变形测量引伸杆10中的另一个连接于另一个轴向高温蠕变试验夹具的一个凸台61。
60.本实施例提供的轴向高温蠕变试验设备使用方法如下：
61.将待试验管体100截取一定的合适长度，将两个管塞3分别塞入待试验管体100的两端，管塞3连接的凸块5与待试验管体100端面齐平。用锥度块22先将待试验管体100一端夹好插入夹具本体1内，然后放上压紧块42，缓慢旋紧转换接头41，多个锥度块22在转换接头41缓慢推动下逐渐夹紧待试验管体100一端。在夹紧待试验管体100一端后，接下来，将连接件6滑动套入待试验管体100外。再用一套轴向高温蠕变试验夹具的锥度块22先将待试验管体100另一端夹好插入夹具本体1内，放上压紧块42，缓慢旋紧转换接头41，在转换接头41缓慢推动下该锥度块22逐渐夹紧待试验管体100另一端。
62.夹紧待试验管体100两端后，用游标卡尺测量两个夹具本体1间的尺寸，该尺寸即为待试验管体100蠕变变形标距。最后分别旋紧连接件6，到此整套轴向高温蠕变试验夹具安装完成。将两个转换接头41与载荷加载装置的两个加载端连接，之后安装变形测量引伸杆10以及变形传感器20，绑扎热电偶，关闭加热炉。
63.表1
[0064][0065]
试样加热到规定试验温度650℃，保温一定时长后，开始对待试验管体100进行应力加载。轴向高温蠕变试验设备的试验机记录的变形传感器20自动记录的待试验管体100蠕变变形数据，通过记录的变形数据，绘制如图7所示的待试验管体100高温轴向蠕变变形
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试验时间的曲线，根据图7以及试验开始前测量的蠕变变形标距长度，计算获得如表1所示的待试验管体100高温轴向蠕变性能数据。表1是燃料包壳管在预设温度t下，加载第一应力、第二应力及第三应力时的测试结果。
[0066]
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。