液态金属条件下的材料性能试验装置

本技术涉及到核能与核，特别涉及到一种液态金属条件下的材料性能试验装置。

背景技术：

1、为了研究不同组分的结构材料在液态纯铅环境的腐蚀与脆化行为，目前普遍采用的技术方案是构建一个高温测试罐，通过温度与溶解氧浓度的控制在测试罐内形成一个稳定的液态纯铅环境模拟纯铅快堆堆芯内的纯铅环境。然后将不同组分的结构材料制成测试样件置于液态纯铅环境内进行动静态腐蚀、拉伸等与材料性能相关的技术实验，从而测试与评估不同的结构材料组分在高温液态纯铅环境内的特性，为纯铅快堆结构材料的选型提供数据参考。

2、申请号为201210089601.5的发明专利公开了一种液态金属条件下的材料脆化试验装置，这种试验装置设置了测试罐来模拟测试样件在液态金属环境下的材料性能。但是这种试验装置应用到模拟的液态纯铅环境时，温度普遍在600℃甚至以上的高温测试罐中会在罐体内引起大量铅蒸汽的挥发，并在测试罐体上部气体空间聚集，从而带来了至少以下两个技术难点和缺点：

3、1.为了实现测试罐内溶解氧浓度的控制，测试罐上部封盖通常会与多个气路管道连接，由此必然不可避免地引起铅蒸汽在气路管道内的冷凝沉积引起氧控效率的降低，极端情况下会引起气路管道的堵塞，对测试罐的长期稳定性带来了严重挑战。而材料腐蚀、慢拉伸等力学性能实验通常要求较长时间的稳定运行，测试罐的长期稳定运行是开展相关实验的重要前提条件。

4、2.更为重要的是，在测试罐内进行的测试样件力学拉伸实验时需要通过一个特定的拉杆装置给测试样件加载力学负荷并通过精确测量拉杆的位移测定测试样件的形变与加载的力学负荷之间的依变关系。因此拉杆装置与测试罐上部封盖之间的密封连接部位一方面需要做到良好的密封、另一方面需要能够做到稳定自由滑动，从而确保加载力和位移测量的精确性。在现有的技术方案下，测试罐体上部空间内聚集的铅蒸汽必然会在密封连接部位的微小缝隙内冷凝沉积，从而可能导致拉杆自由滑动堵塞引起测量误差，极端的情况下可能导致完全卡死引起设备的损坏。

技术实现思路

1、本实用新型的主要目的为提供一种液态金属条件下的材料性能试验装置，旨在解决因为液态金属蒸汽在力学加载拉杆和上部封盖的密封连接部位和/或气路管道内的冷凝沉积而导致的力学加载拉杆和上部封盖的密封连接部位卡死和/或气路管道堵塞的问题。

2、为了实现上述实用新型目的，本实用新型提出一种液态金属条件下的材料性能试验装置，包括测试罐、力学加载拉杆和主动冷却回路；

3、所述测试罐包括测试罐本体和上部封盖，上部封盖盖合于测试罐的罐口，上部封盖上设有拉杆孔、进口孔、出口孔；

4、所述力学加载拉杆的一端贯穿所述拉杆孔并置于测试罐内部；

5、所述主动冷却回路包括进口管、冷凝管和出口管，所述进口管一端贯穿所述进口孔，所述出口管的一端贯穿所述出口孔，所述进口管和所述出口管位于所述测试罐本体内的端口之间通过所述冷凝管连通，测试时所述冷凝管位于所述测试罐内液态金属的上方，所述冷凝管内部通有冷凝剂。

6、进一步地，所述冷凝剂为惰性气体。

7、进一步地，所述主动冷却回路还包括惰性气体气瓶、减压阀和气体流量计，所述惰性气体气瓶、所述减压阀、所述气体流量计、所述进口管依次连接。

8、进一步地，所述主动冷却回路还包括排气阀门、排气自然冷却管路、排气清洗容器和清洗容器排气阀门，所述出口管、所述排气阀门、所述排气自然冷却管路、所述排气清洗容器、所述清洗容器排气阀门依次连接。

9、进一步地，所述排气清洗容器为排气水洗容器。

10、进一步地，所述冷凝管为螺旋状设计。

11、进一步地，所述冷凝管环绕所述力学加载拉杆设置。

12、进一步地，还包括第一热电偶、第二热电偶以及所述上部封盖上对应所述第一热电偶和所述第二热电偶的第一通孔、第二通孔，所述第一热电偶通过所述第一通孔贯穿上部封盖置于所述测试罐内，所述第二热电偶通过所述第二通孔贯穿上部封盖置于所述测试罐内，测试时所述第一热电偶一端插入液态金属的顶部，所述第二热电偶一端插入液态金属的底部。

13、进一步地，还包括温控单元和与温控单元相连接的控制电脑，所述第一热电偶和所述温控单元连接，所述第二热电偶与所述温控单元连接。

14、进一步地，还包括气态氧控回路以及所述上部封盖上设有的气路通孔，所述气态氧控回路位于冷凝管的上方，通过所述气路通孔贯穿所述上部封盖置于所述测试罐内。

15、本实用新型的一种液态金属条件下的材料性能试验装置，是在现有技术的基础上增加了主动冷却回路，该主动冷却回路至少包括进口管、冷凝管和出口管，测试时冷凝管位于测试罐内液态金属的上方，冷凝管内部通有冷凝剂，测试罐内的液态金属经高温加热自下而上地挥发蒸汽，液态金属蒸汽先经过冷凝管被冷凝剂冷却凝结在冷凝管的表面，然后在重力的作用下流下来，落入测试罐内的液态金属中，与此同时冷凝管上方的力学加载拉杆和上部封盖的密封连接部位遇到液态金属蒸汽的可能性大大降低，减小了力学加载拉杆和上部封盖的密封连接位置卡死的风险，延长了力学加载拉杆的使用寿命，对于液态金属环境内进行长周期的结构材料腐蚀行为、慢拉伸等相关工艺实验具有重要的实际意义。

技术特征：

1.一种液态金属条件下的材料性能试验装置，其特征在于：包括测试罐、力学加载拉杆和主动冷却回路；

2.根据权利要求1所述的液态金属条件下的材料性能试验装置，其特征在于，所述冷凝剂为惰性气体。

3.根据权利要求2所述的液态金属条件下的材料性能试验装置，其特征在于，所述主动冷却回路还包括惰性气体气瓶、减压阀和气体流量计；所述惰性气体气瓶、所述减压阀、所述气体流量计、所述进口管依次连接。

4.根据权利要求2或3所述的液态金属条件下的材料性能试验装置，其特征在于，所述主动冷却回路还包括排气阀门、排气自然冷却管路、排气清洗容器和清洗容器排气阀门；所述出口管、所述排气阀门、所述排气自然冷却管路、所述排气清洗容器、所述清洗容器排气阀门依次连接。

5.根据权利要求4所述的液态金属条件下的材料性能试验装置，其特征在于，所述排气清洗容器为排气水洗容器。

6.根据权利要求1所述的液态金属条件下的材料性能试验装置，其特征在于，所述冷凝管为螺旋状设计。

7.根据权利要求1所述的液态金属条件下的材料性能试验装置，其特征在于，所述冷凝管环绕所述力学加载拉杆设置。

8.根据权利要求1所述的液态金属条件下的材料性能试验装置，其特征在于，还包括第一热电偶、第二热电偶以及所述上部封盖上对应所述第一热电偶和所述第二热电偶的第一通孔、第二通孔，所述第一热电偶通过所述第一通孔贯穿上部封盖置于所述测试罐内，所述第二热电偶通过所述第二通孔贯穿上部封盖置于所述测试罐内，测试时所述第一热电偶一端插入液态金属的顶部，所述第二热电偶一端插入液态金属的底部。

9.根据权利要求8所述的液态金属条件下的材料性能试验装置，其特征在于，还包括温控单元和与温控单元相连接的控制电脑，所述第一热电偶和所述温控单元连接，所述第二热电偶与所述温控单元连接。

10.根据权利要求1所述的液态金属条件下的材料性能试验装置，其特征在于，还包括气态氧控回路以及所述上部封盖上设有的气路通孔，所述气态氧控回路位于冷凝管的上方，通过所述气路通孔贯穿所述上部封盖置于所述测试罐内。

技术总结
本技术涉及核能与核技术领域，公开了一种液态金属条件下的材料性能试验装置，该装置包括测试罐、力学加载拉杆和主动冷却回路；测试罐包括测试罐本体和上部封盖，上部封盖盖合于测试罐的罐口，上部封盖上设有拉杆孔、进口孔和出口孔；力学加载拉杆一端贯穿拉杆孔置于测试罐内；主动冷却回路包括进口管、冷凝管和出口管，进口管和出口管分别贯穿进口孔和出口孔，进口管和出口管位于所述测试罐本体内的端口之间通过冷凝管连通，测试时冷凝管位于测试罐内液态金属的上方，冷凝管内部通有冷凝剂。本技术使液态金属蒸汽提前在冷凝管表面冷凝，避免进入拉杆和封盖的密封处，从而降低拉杆密封连接部位卡死的风险，提高测试罐长期工作的稳定性。

技术研发人员：庞波,龚星
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：20230427
技术公布日：2024/1/15