一、项目简介

受甲方委托，国家材料服役安全科学中心于2020年11月至2021年6月使用高温高压水汽环境结构材料试验装置开展了三通结构件高温高压疲劳裂纹扩展试验研究。该工作属于国家重大专项“CAP1400核电站运行和维护技术”专题“核级不锈钢管道腐蚀疲劳行为及监检测技术研究”项目研究内容。

三通结构件高温高压疲劳裂纹扩展试验主要模拟核岛主设备压力容器与进出水管结构，由于三通管结构的复杂性，在高温高压水环境中服役，容易在三通位置产生应力集中、涡流等加速材料失效。使用带预制缺陷的三通管模拟件，在模拟压水堆一回路循环水环境下进行疲劳加载试验，研究三通管结构件在模拟工况环境下的疲劳裂纹扩展行为。

该工作的主要试验技术难点是需要对具有复杂结构的试验管内部通入流动高温高压水，同时需要多试验管进行疲劳加载，要求试验装置具备高温高压循环水和管道试样加载的多场耦合能力。一般的高温高压试验装置只能开展试样浸泡在高温高压水中的加载试验，无法模拟管道试样内流动高温高压水与加载的耦合工况。国家材料服役安全科学中心高温高压腐蚀实验站的超临界水汽环境结构材料试验装置是国内外唯一能够对管道试样内部通入流动高温高压水（最高温度/压力可达650℃/35MPa）、同时可对试样进行疲劳加载的试验装置，且装置的试样空间大（可达1m）、加载量程高（最大150kN），可以进行大尺寸复杂管道构件试验，因此，甲方选用了该装置开展该项目研究。

二、试验技术

1、试验设备

      使用国家材料服役安全科学中心高温高压水汽环境结构材料试验装置子项目的超临界水汽环境结构材料试验装置（含超临界水循环回路系统和试验管加载与高压釜加载两个独立的并联加载系统）开展试验。

超临界水汽环境结构材料试验装置与试验管加载系统

2、试验方案

本实验的大体思路是利用超临界水汽环境结构材料试验装置的管道加载试验系统，在亚临界水环境下运行，将三通试验管通过定制工装连接到管道加载系统上，同时三通试验管与高温高压水回路连通，实现在三通试验管内部通入流动高温高压水工况下的疲劳加载。为了实现这一目标功能，设计夹持端工装连接试验管与试验机加载系统，试验管与夹持端焊接连接，三通侧出口焊接密封，在三通试验管内通入流动的压水堆一回路模拟水环境条件下进行疲劳加载试验，并进行空气环境下的对比疲劳试验，研究高温高压水服役环境对三通管道疲劳裂纹萌生与扩展行为的影响。实验参数及试样尺寸参照EPRI相关实验执行，试验前先在普通疲劳试验机上对三通管试样进行预制疲劳裂纹。