1.本发明涉及材料腐蚀试验技术领域，具体而言，涉及一种核电厂燃料包壳自发热腐蚀试样、制备方法及试验装置。
背景技术：
2.燃料包壳是反应堆运行的第一道安全屏障。包壳能防止裂变产物外逸，并隔离核燃料与冷却剂，防止核燃料和冷却剂接触发生化学反应。包壳材料在高温冷却剂中的耐腐蚀性能是影响包壳服役寿命的关键因素，开展包壳材料在冷却剂介质中的腐蚀试验研究，有利于认识包壳材料的腐蚀机制，为评价包壳材料的服役性能和寿命预测提供依据。
3.目前，通常利用高压釜挂片试验研究包壳材料的腐蚀行为，虽然能完成腐蚀机理研究，但未能模拟包壳服役时的原型工况，工程评价受限。反应堆实际运行情况下，包壳不仅遭受冷却剂的冲刷，还承受核燃料核反应产生的热流密度，进而影响腐蚀行为。因此迫切需要研发一种能实现包壳材料表面热流密度的腐蚀试样，用于包壳材料的腐蚀研究和工程评价。
4.有鉴于此，特提出本技术。
技术实现要素：
5.本发明要解决的技术问题是现有的研究包壳材料的腐蚀行为，未能模拟包壳服役时的原型工况，工程评价受限，目的在于提供一种新的核电厂燃料包壳自发热腐蚀试样，能够模拟包壳服役时的自发热和表面热流密度，解决了包壳材料腐蚀的工程评价问题。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种核电厂燃料包壳自发热腐蚀试样，包括包壳管和电加热元件；所述包壳管一端封闭一端开口，包壳管采用待腐蚀试验的包壳材料制得；所述加热元件内置于包壳管中，能够模拟核燃料反应对包壳管施加热流密度。
8.本发明将腐蚀试样的包壳材料设计成管状结构，并在内部添加电阻丝以达到对包壳材料模拟表面自发热及热流密度的目的，能够实现包壳材料在热流密度条件下腐蚀行为的研究及工程评价。其中包壳管一端通过焊接密封，防止试验过程中，腐蚀介质损伤电加热元件，而包壳管另一端开口，这样可以实现试验过程中加热元件在线拆卸和更换，满足包壳材料长周期腐蚀考验的工程要求。
9.本发明的另一实施方式，腐蚀试样还包括密封件，所述密封件套设在包壳管开口一端的外壁上，当包壳管封闭端插入腐蚀试验段中时，密封件能够实现包壳管开口端与腐蚀试验段之间的密封；通过密封件的设置，能够避免在试样过程中，腐蚀介质从腐蚀试验段与包壳管之间溢出。
10.所述密封件为中间开有圆形通孔的椭球型金属块，包壳管穿过通孔并通过焊接与密封件无间隙连接，密封件采用椭球型形状，能够对管状的试验段起到良好的密封作用，而采用金属材质，则保证了密封件的耐腐蚀性，提高试验过程中的安全性。
11.本发明的另一个实施方式，电加热元件包括包覆管，包覆管内均匀分布有电阻丝，包覆管内电阻丝之间的空隙填充有绝缘材料，电阻丝通电发热，能够对包壳管施加热流密度。
12.所述包覆管外壁开设有凹槽，凹槽中安装有热电偶，能够在试验过程中对电加热元件表面的温度进行监测。
13.本发明的另一个实施方式，电加热元件与包壳管之间利用过盈配合可拆卸连接，方便试验过程中电加热元件的拆卸和更换。
14.一种核电厂燃料包壳自发热腐蚀试样的制备方法，包括如下步骤：将包壳管切割成合适的长度，密封包壳管一端；根据表面功率密度、表面温度确定加热元件中加热丝的数量，将加热丝均匀布置在包覆管内并填充绝缘材料后压实制得加热元件；利用过盈配合将加热元件装入包壳管内，组装成自发热腐蚀试样。
15.一种核电厂燃料包壳自发热腐蚀试样的试验装置，包括呈管状的腐蚀试验段，腐蚀试验段上具有腐蚀介质入口和腐蚀介质出口，腐蚀试验段包括竖直管段，竖直管段的上端夹持固定在固定支撑板上，竖直管段上端开设有用于腐蚀试样插入的开口，腐蚀试样与竖直管段开口之间通过密封件密封。
16.本发明提供的试验装置在进行试验时，将腐蚀试样放置于试验段的竖直管段，然后通过椭球型金属密封件实现腐蚀试样与试验段间的密封，将腐蚀介质入口和腐蚀介质出口与试验回路连接，形成腐蚀介质流动的回路，即可进行腐蚀试验。
17.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
18.1、本发明实施例提供的一种核电厂燃料包壳自发热腐蚀试样，采用包壳材料制备包壳管并在内部设置电加热元件，能够模拟核燃料反应对包壳产生的热流密度，还原包壳服役时的原型工况，实现包壳材料的腐蚀行为研究的目的；
19.2、本发明实施例提供的一种核电厂燃料包壳自发热腐蚀试样，能够在试验过程中实现加热元件在线拆卸和更换，满足包壳材料长周期腐蚀考验的工程要求；
20.3、本发明实施例提供的一种核电厂燃料包壳自发热腐蚀试样，结构简单，加工制作方便，便于拆卸，适用于包壳材料腐蚀的工程评价。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
22.图1为本发明实施例提供的腐蚀试样结构图；
23.图2为本发明实施例提供的试验装置结构图。
24.附图标记及对应零部件名称：
25.1-包壳管，2-电加热元件，3-密封件，4-腐蚀试验段，5-腐蚀试样，8-固定支撑板，9-腐蚀介质入口，10-腐蚀介质出口。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
27.在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
28.在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
29.在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“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保护范围的限制。
30.实施例1
31.如图1所示，本发明实施例提供的一种核电厂燃料包壳自发热腐蚀试样，包括包壳管1、电加热元件2和密封件3三个部分，其中包壳管1为待腐蚀试验的包壳材料；电加热元件2内置于包壳管1内；密封件3用于包壳管1的密封；
32.包壳管1用于放置于腐蚀试验段4内，进行腐蚀试验考验，包壳管1为两端通孔的薄壁管，一端通过焊接等方法密封，防止试验过程中，腐蚀介质损伤电加热元件，另一端保留开口结构，用于电加热元件的安装；
33.电加热元件2内置于包壳管1内，用于模拟核燃料反应对包壳产生的热流密度，电加热元件由电阻丝、绝缘填充材料、包覆管以及热电偶组成；电阻丝均匀分布内置于包覆管内、空隙填充绝缘材料并压实；电阻丝通电发热，用于对包壳管1施加热流密度；包覆管外壁开有凹槽，埋入热电偶，用于监测电加热元件表面温度；
34.密封件3用于包壳管1与腐蚀试验段4间的密封；密封件3为椭球型金属块，中间开有一圆形通孔，包壳管1从通孔穿过后，将密封件3焊接在包壳管1上，密封件3与管壁1无间隙。
35.实施例2
36.本发明实施例提供的一种核电厂燃料包壳自发热腐蚀试样的制备方法，包括如下制备步骤：
37.(1)试样单元体制备：利用数控慢走丝线切割机在包壳管上沿长度方向切割出适宜长度的包壳管试样单元体，然后通过焊接密封包壳管的一端；
38.(2)电加热元件制备：根据表面功率密度、表面温度等参数确定加热元件的功率，通过功率确定加热丝的数量，将加热丝均匀布置在包覆管内并填充绝缘材料后压实；
39.(3)热电偶装配：在包覆管外壁开设一个凹槽，埋入热电偶，用于监测电加热元件表面温度；
40.(4)腐蚀试样装配：通过车削加工等方法，精确控制包覆管的外径尺寸，用过盈配合将电加热元件从包壳管的开口端装入包壳管内，组装成自发热腐蚀试样，利用此种结构电加热元件可拆卸和更换；
41.实施例3
42.如图2所示，本发明实施例提供的一种核电厂燃料包壳自发热腐蚀试样的试验装置，包括呈管状的腐蚀试验段4，腐蚀试验段4上具有腐蚀介质入口9和腐蚀介质出口10，腐蚀试验段包括两个竖直管段，竖直管段的上端夹持固定在固定支撑板8上，两个竖直管段之间相互连通，竖直管段上端开设有用于腐蚀试样插入的开口，腐蚀试样与竖直管段开口之间通过密封件3密封。
43.对本发明的腐蚀试样进行试验时，将两个腐蚀试样放置于试验段的两个竖直管段中，然后通过椭球型金属密封件实现腐蚀试样与竖直管段上端开口之间的密封，将腐蚀介质入口和腐蚀介质出口与试验回路连接，形成腐蚀介质流动的回路，即可进行腐蚀试验。
44.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。