1.本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置。
背景技术：2.核能单位能量大，资源储量丰富，是公认的可以大范围替代常规能源的经济、安全和清洁的能源。随着我国核电厂建设进入高速发展期和核电厂从沿海向内陆发展的趋势，核电厂的安全性必须引起高度重视。
3.安全壳作为与核安全相关措施的最后一道屏障，能否充分应对严重事故条件下的高能荷载(表现为高温、高压和高湿)，保证其在高能荷载下不发生放射性物质泄漏或可将泄漏控制到对环境影响很小的程度，成为人们最为关心的性能。安全壳钢衬里密封性能的好坏直接决定了核电机组安全屏障是否完整，钢衬里的撕裂特性又与其密封性能有直接的关系，如果安全壳结构无法承受超设计基准事故下的高能荷载而造成钢衬里撕裂，将会导致安全壳的密封性失效，势必会发生放射性物质的泄漏。
4.大量调查表明，钢衬里锈蚀是影响安全壳密封性的关键因素，锈蚀会直接导致钢衬里的力学性能大打折扣。虽然设计中容许一定程度的锈蚀，但是由于钢衬里的厚度较薄(一般6mm左右)，超过容许范围的锈蚀在严重事故下容易引起钢衬里的撕裂，给核电厂安全运行带来潜在威胁。
5.安全壳钢衬里通过栓钉和角钢与混凝土进行锚固，栓钉与钢衬里焊接处为应力集中区域，在荷载作用下会引起钢衬里发生应力重分布。在超设计基准的严重事故荷载作用下，安全壳钢衬里与混凝土相互作用，再加上栓钉剪力对钢衬里的影响，导致钢衬里受力状态非常复杂，可能由于焊接区域的应力集中和栓钉剪力的影响使得钢衬里在较低的应力水平下发生撕裂。如果与栓钉焊接区域的钢衬里发生锈蚀，则栓钉剪力引起钢衬里撕裂的风险势必进一步增大。
6.目前，尚缺乏对钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后力学性能的研究，尚不明确栓钉剪力对锈蚀钢衬里撕裂机制的影响。因为核电厂安全壳结构的特殊性，亟需设计一种在实验室条件下可执行的安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置对上述问题进行研究，以得到可靠的试验数据，为核电厂安全壳钢衬里的设计、检测和维护提供参考。
技术实现要素：7.本发明的发明目的在于：克服现有技术中的至少一个缺陷，提供一种在实验室条件下可执行的安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置。
8.为了实现上述目的，本发明提供了一种安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置，其包括：
9.钢衬里试件，所述钢衬里试件包括钢衬里板、按核电厂安全壳焊接要求焊接于所述钢衬里板上的栓钉，以及浇筑于所述钢衬里板之间的混凝土，其中，所述钢衬里板和栓钉
焊接区连接有导线，通过所述导线经电化学加速锈蚀实现所述钢衬里板和栓钉焊接区局部锈蚀；以及
10.加载装置，设有连接所述钢衬里试件的夹具，通过所述夹具对所述钢衬里试件施加载荷。
11.根据本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置的一个实施方式，所述钢衬里板对称布置在所述混凝土两侧，所述栓钉的根部对称焊接在所述钢衬里板的中部，所述栓钉的端部埋置在所述混凝土中。
12.根据本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置的一个实施方式，所述钢衬里试件设有对称埋置于所述混凝土上、下两端的预应力螺纹钢筋。
13.根据本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置的一个实施方式，所述钢衬里试件的上、下两端安装有钢底板，所述钢底板上设有通孔，所述预应力螺纹钢筋穿过所述通孔后上下两侧用螺母固定。
14.根据本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置的一个实施方式，所述钢底板上设有位移传感器。
15.根据本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置的一个实施方式，所述钢底板上焊接连接有钢顶板，所述钢顶板设有安装孔，所述安装孔中安装有钢拉杆。
16.根据本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置的一个实施方式，所述钢顶板设有半球形安装孔，所述钢拉杆的底端为与所述半球形安装孔匹配的半球形。
17.根据本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置的一个实施方式，所述钢拉杆的半球形底端可在所述钢顶板的半球形安装孔中自由转动。
18.根据本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置的一个实施方式，所述钢拉杆上连接有荷载传感器，所述钢拉杆延伸出所述钢顶板部分设有外螺纹，所述荷载传感器对应设有内螺纹，所述荷载传感器通过螺纹连接安装于所述钢拉杆上。
19.根据本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置的一个实施方式，所述荷载传感器的顶部设有螺纹钢筋，用于与所述加载装置的夹具连接。
20.此外，本发明还提供了一种安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能测试的钢衬里试件的制备方法，其包括以下步骤：
21.s1：提供一对钢衬里板，按照核电厂安全壳钢衬里板与栓钉的焊接工艺要求，将栓钉分别焊接在所述一对钢衬里板的中部；
22.s2：在步骤s1焊接好的所述钢衬里板和栓钉上依次均匀涂覆金属防锈漆和环氧树脂，待所述环氧树脂硬化后去除栓钉焊接区域上的所述防锈漆和环氧树脂，并在去除环氧树脂的焊接区域连接导线；
23.s3：制作模具并在所述模具上预留通孔，将步骤s2焊接有栓钉的钢衬里板固定在所述模具两侧，将预应力螺纹筋穿过所述模具上预留的通孔并用玻璃胶密封所述通孔，向所述模具中浇筑混凝土后获得钢衬里试件；以及
24.s4：将步骤s3获得的所述钢衬里试件湿水养护后，将所述钢衬里试件进行电化学锈蚀，获得用于测试安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的钢衬里试件。
25.根据本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能测试的钢衬里试件的制备方法的一种改进，完成步骤s1焊接后，对所述钢衬里板与栓钉的焊缝进行无损检测。
26.根据本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能测试的钢衬里试件的制备方法的一种改进，步骤s3中，所述模具两端各具有多根间隔设置的预应力螺纹钢筋。
27.此外，本发明还提供了一种安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能测试的钢衬里试件，其采用本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能测试的钢衬里试件的制备方法获得。
28.相对于现有技术，本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置中，钢衬里板和栓钉按核电厂安全壳焊接要求焊接，钢衬里板和栓钉焊接区预留导线，在钢衬里板之间浇筑混凝土，通过电化学锈蚀实现钢衬里板和栓钉焊接区的局部锈蚀，通过加载装置对钢衬里试件施加载荷，可以在实验室条件下测试钢衬里板和栓钉焊接区锈蚀后的力学性能。
附图说明
29.下面结合附图和具体实施方式，对本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置及其技术效果进行详细说明，其中：
30.图1是本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置的结构示意图。
31.图2是本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置中，钢衬里试件的主视图。
32.图3是本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置中，钢衬里试件的剖面图。
33.图4至图6分别是本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置中，钢顶板的主视图、侧视图和俯视图。
34.图7是本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置中，钢拉杆的结构示意图。
35.图8和图9是本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置中，钢底板的主视图和俯视图。
36.图中：
[0037]1‑‑
钢衬里板；2
‑‑
栓钉；3
‑‑
预应力螺纹钢筋；4
‑‑
混凝土；5
‑‑
钢顶板；6
‑‑
钢拉杆；7
‑‑
钢底板；8
‑‑
荷载传感器；9
‑‑
位移传感器；10
‑‑
螺母；11
‑‑
拉伸试验机夹头；12
‑‑
拉伸试验机横梁；13
‑‑
拉伸试验机底座。
具体实施方式
[0038]
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
[0039]
请参照图1至图9所示，本发明提供了一种安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置，其包括：
[0040]
钢衬里试件，钢衬里试件包括钢衬里板1、按核电厂安全壳焊接要求焊接于钢衬里板1上的栓钉2，以及浇筑于钢衬里板1之间的混凝土4，其中，钢衬里板1和栓钉2焊接区连接有导线(未图示)，通过导线经电化学加速锈蚀实现钢衬里板1和栓钉2焊接区局部锈蚀；以
及
[0041]
加载装置，设有连接钢衬里试件的夹具，通过夹具对钢衬里试件施加载荷。
[0042]
请参照图2和图3所示，钢衬板试件的制作方式如下：
[0043]
(1)钢衬里板1与栓钉2焊接：按照350mm
×
300mm的尺寸切割得到两块厚度为6mm的钢衬里板1，钢衬里板1为bs en 10028-2:2017《欧洲压力容器用钢板标准》所采用的p265gh型钢材；按照核电厂安全壳钢衬里板1与栓钉2的焊接工艺和要求，将栓钉2分别焊接在两块钢衬里板1的中部，每块钢衬里板1上各具有四根栓钉2，栓钉2的横向和纵向间距都为150mm，栓钉2为ml15al型栓钉，直径为8mm，长度为80mm；焊接完成后，对焊缝进行无损检测。
[0044]
(2)制作模具并固定钢衬里板1和预应力螺纹钢筋3：按内尺寸为350mm
×
212mm
×
300mm制作木质模具，模具上预留预应力螺纹钢筋3的通孔，通孔间距100mm，预应力螺纹钢筋3采用psb785型预应力螺纹钢筋，直径30mm，长度450mm；在焊接好的钢衬里板1和栓钉2上均匀涂抹金属防锈漆，待防锈漆晾干后均匀涂抹约2mm厚的环氧树脂，待环氧树脂硬化后，用角磨机将栓钉焊接区域钢衬里上的防锈漆和环氧树脂去掉；将焊接好的具有栓钉2的钢衬里板1固定在模具两侧；将预应力螺纹筋3穿过模具上预留的通孔，用玻璃胶将孔洞处进行密封，模具两端各具有三根预应力螺纹钢筋3，两端钢筋中间间隔30mm。
[0045]
(3)浇筑混凝土4并进行锈蚀：在钢衬里上打磨掉环氧树脂的区域各绑定2根导线并固定，用以完成焊接区域的锈蚀；然后浇筑混凝土4并用振动棒进行充分振捣，以保证混凝土4密实，混凝土强度等级为c50，长度为350mm，宽度为300mm，厚度为200mm，配合比按照水泥：掺合料：中砂：小碎石：大碎石：水：减水剂＝1:0.137:1.37:0.798:1.862:0.319:0.016的比例来配置，其中，水泥为强度等级为52.5的普通硅酸盐水泥，掺合料为s95矿渣粉，小碎石指粒径为5-10mm石子，大碎石指粒径为10-20mm石子，减水剂为pc-j100型聚羟酸高效减水剂；试件浇筑完成后表面覆盖保鲜膜湿水养护28天；然后将整个试件、置于电解质溶液池内进行电化学锈蚀，由于钢衬里板1和栓钉2上防锈漆和环氧树脂的保护，锈蚀只会发生在固定导线的焊接区域。
[0046]
请特别参照图1所示，配套的加载装置连接方式为：将钢拉杆6穿过钢顶板5中间预留的安装孔，并将钢顶板5与钢底板7进行焊接形成夹具；将试件上下端的预应力螺纹钢筋3穿过钢底板7上的通孔，钢底板7上下两侧用螺母10固定；通过钢拉杆6上的螺纹与荷载传感器8底部预留的螺纹孔的连接将荷载传感器8进行连接，荷载传感器8顶部预留的螺纹孔也连接一根螺纹钢筋，用于跟试验机进行夹持；将荷载传感器8顶部的螺纹钢筋通过试验机上部的夹头11进行夹持，试件下部的钢拉杆6通过试验机下部的夹头11进行夹持；将位移传感器9通过固定支座对称安置在钢底板7上表面。
[0047]
连接完成后，便可进行加载。请参照图1所示，拉伸试验机底座13固定于地面，拉伸试验机横梁12上的力通过拉伸试验机夹头11和夹具传递给试件上端的预应力螺纹钢筋3，预应力螺纹钢筋3通过与混凝土4之间的粘结力使得混凝土4受拉，混凝土4的受拉变形带动埋置在混凝土4中的栓钉2受剪，栓钉2的剪力再传递到钢衬里板1上，进而完成试件的张拉。
[0048]
请参照图4至6所示，钢顶板5的材料为q235b型钢材，钢顶板5的长度为150mm，宽度为150mm，厚度为50mm；钢顶板5的中间距离底面25mm处为凹形的半球面，半球形孔洞直径48mm；钢顶板中间距离顶面25mm为圆形孔洞，直径为42mm；钢顶板5的两边各焊接1块长度为150mm，宽度为150mm，厚度为50mm的q235b型钢板。
[0049]
请参照图7所示，钢拉杆6的材料为q235b型钢材，长度为175mm；钢拉杆6的底端为半球形，直径为48mm，与钢顶板底部的半球面直径吻合。钢拉杆6的顶端为圆柱状，圆柱直径34mm，并带有螺纹。
[0050]
请参照图8和图9所示，钢底板7的材料为q235b型钢材，长度为300mm，宽度为150mm，厚度为50mm。钢底板7上设置有三个用于固定预应力螺纹钢筋3的孔洞，孔洞为椭圆形，半长轴长度为23mm，半短轴长度为19.5mm。
[0051]
结合以上对本发明实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明安全壳钢衬里与栓钉焊接区锈蚀后性能的测试装置具有以下优点：
[0052]
首先，钢衬里试件中的钢衬里板1和栓钉2按照核电厂安全壳相关焊接要求进行焊接后，通过在栓钉1端部与钢衬里板2连接处预埋导线，然后在两钢板之间浇筑混凝土4，待混凝土4硬化后，再通过导线经电化学加速锈蚀的方法即可完成对钢衬里板1与栓钉2焊接区域的局部锈蚀，最后再通过拉伸试验测试钢衬里板1与栓钉2焊接区锈蚀后的力学性能，得到钢衬里板1与栓钉2焊接区锈蚀后栓钉对钢衬里撕裂机制的影响，可为核电厂安全壳钢衬里的老化性评估和密封性评估提供可靠的试验依据。
[0053]
其次，加载装置夹具加工制作简单、使用灵活方便且加载稳定性较好，通过在钢顶板5与钢拉杆6接触面设置半球面的接触方式，使得二者之间可以灵活转动，并保证拉力始终保持垂直，可有效减小偏心的影响；钢顶板5上部内径略大于钢拉杆6圆柱端的直径，可以保持二者之间可发生的转动角度在合适范围内，防止试件断裂时下段倾倒而损伤设备和人员；钢底板7与预应力螺纹钢筋3连接处设置螺母进行固定，并且可通过调整螺母来控制加载端在试验过程中严格保持水平，可进一步减小偏心的影响。整个加载装置结构紧凑、设计合理、安全可靠，并且可以重复使用，能很好地对上述试件进行单向拉伸，并得到稳定的试验数据。
[0054]
根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。