1.本发明属于试样制备及测试技术领域，具体涉及断裂韧性ct试样重组方法，适用于核电厂反应堆压力容器材料的断裂韧性ct试样重组。
背景技术：2.反应堆压力容器(rpv)是压水堆核电厂一回路压力边界，在核电厂寿期内不可更换，影响和限制了核电厂的服役时间。rpv的服役环境十分恶劣，长期曝露在高温、高压、强烈的中子辐照条件下，而rpv材料又多采用低合金铁素体钢，在中子辐照条件下有潜在的低温脆断的风险。
3.为了对rpv的辐照脆化情况进行监测，通常在rpv内壁悬挂辐照监督管，监督管内装载有拉伸、冲击、紧凑拉伸(ct)等试样对辐照后的力学性能进行测试，从而对rpv的结构完整性进行评估。
4.但是，由于辐照监督管内的空间限制，能放置的试样数量有限，获得的试验数据亦有限。另一方面，当核电站出于延寿的需求需获取监督到60年乃至80年寿期末中子注量的材料性能数据时，可能面临预留的档案材料不足或采用未辐照材料进行辐照时间过长的情况。试样重组技术的发展，则被认为是最有希望解决上述问题的有效方案。
5.试样重组技术，是在少量研究材料周围连接与之性能相近的其他辅助材料，再加工成能满足几何尺寸要求复合试样(标准尺寸或非标准尺寸试样)的试样制备技术。其研究材料可取自辐照监督试样，从而大量增加辐照性能数据。并且，以辐照材料进行延寿时的再监督，同样可大为减少再辐照时间，尽快获取性能数据。
技术实现要素：6.有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种重组紧凑拉伸试样的制备方法，能够有效提升材料的利用率并保证试验结果的准确性。
7.为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
8.一种重组紧凑拉伸试样的制备方法，包括如下步骤：
9.1)针对目标材料制备试样，并在所述试样的表面喷涂散斑；
10.2)对所述试样进行断裂韧性试验，在所述断裂韧性试验的过程中，采用全场应变测量系统对试样进行测量；
11.3)根据所述全场应变测量系统的测量结果，确定所述试样表面的塑性应变区域并进行切除，保留所述试样两侧的无塑性应变区域并得到重组块；
12.4)将所述重组块与辅助材料进行焊接，得到所述重组紧凑拉伸试样。
13.根据本发明的一些优选实施方面，确定所述试样表面的塑性应变区域时，需要进行有限元模拟仿真，并保证所述塑性应变区域对应的全场应变测量系统测量结果与有限元模拟仿真对应得到的最大应变量结果的误差保持在10％以内。
14.根据本发明的一些优选实施方面，确定所述试样表面的塑性应变区域时，需要对
得到的所述塑性应变区域进行显微硬度测试，保证所述塑性应变区域的硬度大于所述无塑性应变区域的硬度。塑性应变区域由于塑性硬化，显微硬度偏高，所以通过此手段能够确定全场应变测量结果的合理性。
15.即所述塑性应变区域尺寸的确定首先通过全场应变测量系统的测量结果进行确定，其次根据有限元模拟仿真进行首次验证，需保证两种方法得到的最大应变量结果的误差保持在10％以内，最后通过显微硬度测试做最后的验证，保证塑性应变区域的硬度大于重组块的硬度。
16.根据本发明的一些优选实施方面，所述重组紧凑拉伸试样中的无塑性应变区域与辅助材料之间具有焊缝，所述焊缝的宽度小于1mm。焊缝的宽度越小越好，对重组试样检测结果的影响越小。
17.根据本发明的一些优选实施方面，所述焊接为采用电子束焊接的方式进行焊接，参数为电压50-100kv、电流400-800ma、焊接速度800-1200mm/min。采用电子束焊接得到的焊缝宽度较小，保证了焊缝宽度小于1mm的要求。且在得到的重组紧凑拉伸试样开展显微硬度测试、显微组织观测，确定其焊缝宽度。
18.根据本发明的一些优选实施方面，所述焊接参数通过如下步骤进行确定：选取与所述目标材料相同材质的原始材料，将所述原始材料按照所述步骤1)～4)制备得到重组紧凑拉伸试样，将所述原始材料的重组紧凑拉伸试样与未进行所述步骤1)～4)的原始材料进行断裂韧性试验，二者的试验结果误差在10％以内，则焊接参数满足条件。
19.根据本发明的一些优选实施方面，所述焊接为在真空条件下进行。即在进行电子束焊接时，将焊接底座整体装入真空系统中，开展真空电子束焊接，防止电子束焊接时材料的氧化。
20.根据本发明的一些优选实施方面，所述辅助材料的材质与所述目标材料的材质相同，以保证重组后的试样性能与原试样相近；所述辅助材料包括依次分别设置在所述重组块四周的第一重组材料、保护材料、第二重组材料以及重组保护材料。辅助材料用于与重组块进行拼接以形成重组紧凑拉伸试样。
21.根据本发明的一些优选实施方面，所述焊接时，在焊接底座上开设定位槽，所述定位槽中放入第一引弧块、限位块、所述重组块、辅助材料、第二引弧块和第三引弧块；所述第一重组材料和第二重组材料分别位于所述重组块厚度方向上的两侧，所述保护材料和重组保护材料分别位于所述重组块长度方向上的两侧，所述限位块位于所述第一引弧块与保护材料之间；所述第一引弧块对应所述保护材料的长度方向设置，所述第二引弧块对应设置在所述第一重组材料与重组保护材料之间的连接处，所述第三引弧块对应设置在所述第二重组材料与重组保护材料之间的连接处。
22.根据本发明的一些优选实施方面，所述限位块的尺寸大于所述保护材料的厚度；所述第二引弧块和第三引弧块的尺寸大于所述第一重组材料或第二重组材料与重组保护材料之间的距离。
23.重组块长度方向的上方拼接有保护材料，防止电子束焊接引弧、收弧时对重组块造成破坏；重组块长度方向的下方拼接有重组保护材料，其同时起到重组材料和保护材料的作用；保护材料长度方向的上方放置限位块，用于重组块和其两侧重组材料的限位、防止焊接过程中的错位；限位块厚度方向的上方放置第一引弧块、重组材料的外侧放置侧引弧
块，用于电子束焊接引弧和收弧；重组材料、保护材料及引弧块均装入焊接底座，以便电子束焊接时限位、保证焊接质量。
24.根据本发明的一些优选实施方面，所述喷涂散斑为先在所述试样的表面喷涂一层白色的底漆，之后在所述白色底漆上再点喷涂黑漆，以形成散斑。
25.由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本发明的有益之处在于：本发明的重组紧凑拉伸试样的制备方法，通过合理的重组手段和验证手段，使得重组后的试样性能与原试样相近；且经过断裂韧性试验后的无塑性变形区域(重组块)可以重组2个及以上试样，将材料的利用率提高3倍及以上。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
27.图1为本发明优选实施例中重组紧凑拉伸试样在进行焊接时的结构示意图；
28.其中：焊接底座-1，上引弧块-2，限位块-3，保护材料-4，重组材料-5，研究材料-6，重组保护材料-7，侧引弧块-8。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
30.如图1所示，本实施例中的重组紧凑拉伸试样的制备方法，包括如下步骤：
31.步骤1：
32.安装常规的方法将目标材料制备成用于断裂韧性试验的试样，并在试样的表面喷涂散斑。
33.喷涂散斑为先在试样的表面喷涂一层白色的底漆，之后在白色底漆上再点喷涂黑漆，以形成散斑，与后续的全场应变测量系统的测量进行配合。
34.步骤2：
35.试样进行断裂韧性试验，在断裂韧性试验的过程中，采用全场应变测量系统对试样进行测量。
36.步骤3：
37.根据全场应变测量系统的测量结果，确定试样表面的塑性应变区域并进行切除，保留试样两侧的无塑性应变区域并得到重组块。
38.同时，确定试样表面的塑性应变区域时，需要进行有限元模拟仿真，并保证塑性应变区域对应的全场应变测量系统测量结果与有限元模拟仿真对应得到的最大应变量结果的误差保持在10％以内。
39.同时，确定试样表面的塑性应变区域时，需要对得到的塑性应变区域进行显微硬度测试，保证塑性应变区域的硬度大于无塑性应变区域的硬度。塑性应变区域由于塑性硬化，显微硬度偏高，所以通过此手段能够确定全场应变测量结果的合理性。
40.即本步骤中的塑性应变区域尺寸的确定首先通过全场应变测量系统的测量结果进行确定，其次根据有限元模拟仿真进行首次验证，需保证两种方法得到的最大应变量结果的误差保持在10％以内，最后通过显微硬度测试做最后的验证，保证塑性应变区域的硬度大于重组块的硬度。
41.步骤4：
42.制备辅助材料，辅助材料的材质与目标材料的材质相同，以保证重组后的试样性能与原试样相近；辅助材料包括依次分别设置在重组块四周的第一重组材料、保护材料、第二重组材料以及重组保护材料。辅助材料用于与重组块进行拼接以形成重组紧凑拉伸试样。
43.同时，为了在焊接过程中对重组块进行保护，还需要设置第一引弧块、限位块、重组块、辅助材料、第二引弧块和第三引弧块。重组块长度方向的上方拼接有保护材料，防止电子束焊接引弧、收弧时对重组块造成破坏；重组块长度方向的下方拼接有重组保护材料，其同时起到重组材料和保护材料的作用；保护材料长度方向的上方放置限位块，用于重组块和其两侧重组材料的限位、防止焊接过程中的错位；限位块厚度方向的上方放置第一引弧块、重组材料的外侧放置侧引弧块，用于电子束焊接引弧和收弧；重组材料、保护材料及引弧块均装入焊接底座，以便电子束焊接时限位、保证焊接质量。
44.如图1所示，第一重组材料和第二重组材料分别位于重组块厚度方向上的两侧，保护材料和重组保护材料分别位于重组块长度方向上的两侧，限位块位于第一引弧块与保护材料之间；第一引弧块对应保护材料的长度方向设置，第二引弧块对应设置在第一重组材料与重组保护材料之间的连接处，第三引弧块对应设置在第二重组材料与重组保护材料之间的连接处。限位块的尺寸大于保护材料的厚度；第二引弧块和第三引弧块的尺寸大于第一重组材料或第二重组材料与重组保护材料之间的距离。
45.将重组块与辅助材料进行焊接，得到重组紧凑拉伸试样。重组紧凑拉伸试样中的无塑性应变区域与辅助材料之间具有焊缝，焊缝的宽度小于1mm。
46.焊接为采用电子束焊接的方式进行焊接，参数为电压50-100kv、电流400-800ma、焊接速度800-1200mm/min。采用电子束焊接得到的焊缝宽度较小，保证了焊缝宽度小于1mm的要求。且在得到的重组紧凑拉伸试样开展显微硬度测试、显微组织观测，确定其焊缝宽度。
47.焊接参数通过如下步骤进行确定：选取与目标材料相同材质的原始材料，将原始材料按照步骤1)～4)制备得到重组紧凑拉伸试样，将原始材料的重组紧凑拉伸试样与未进行步骤1)～4)的原始材料进行断裂韧性试验，二者的试验结果误差在10％以内，则焊接参数满足条件。
48.焊接时，在焊接底座上开设定位槽，定位槽中放入第一引弧块、限位块、重组块、辅助材料、第二引弧块和第三引弧块；并将整体放入真空系统中进行重组焊接。即在进行电子束焊接时，将焊接底座整体装入真空系统中，开展真空电子束焊接，防止电子束焊接时材料的氧化。
49.本发明的重组紧凑拉伸试样的制备方法，通过全场应变测试、有限元模拟及显微硬度有效确定了ct试样断裂韧性试验中塑性变形区域，通过真空电子束焊接辅助材料，制备获得重组试样，重组试样断裂韧性试验结果与原研究材料结果误差在10％以内，有效提高材料利用率3倍。本发明中针对焊接过程的底座以及材料的设置，使得重组焊接方法简单稳定，焊接质量高、焊缝宽度小于1mm，能够实现核电厂反应堆压力容器材料的试样重组，有效提高材料利用率。
50.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种重组紧凑拉伸试样的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)针对目标材料制备试样，并在所述试样的表面喷涂散斑；2)对所述试样进行断裂韧性试验，在所述断裂韧性试验的过程中，采用全场应变测量系统对试样进行测量；3)根据所述全场应变测量系统的测量结果，确定所述试样表面的塑性应变区域并进行切除，保留所述试样两侧的无塑性应变区域并得到重组块；4)将所述重组块与辅助材料进行焊接，得到所述重组紧凑拉伸试样。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，确定所述试样表面的塑性应变区域时，需要进行有限元模拟仿真，并保证所述塑性应变区域对应的全场应变测量系统测量结果与有限元模拟仿真对应得到的最大应变量结果的误差保持在10％以内。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，确定所述试样表面的塑性应变区域时，需要对得到的所述塑性应变区域进行显微硬度测试，保证所述塑性应变区域的硬度大于所述无塑性应变区域的硬度。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述重组紧凑拉伸试样中的无塑性应变区域与辅助材料之间具有焊缝，所述焊缝的宽度小于1mm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述焊接为采用电子束焊接的方式进行焊接，参数为电压50-100kv、电流400-800ma、焊接速度800-1200mm/min。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述焊接参数通过如下步骤进行确定：选取与所述目标材料相同材质的原始材料，将所述原始材料按照所述步骤1)～4)制备得到重组紧凑拉伸试样，将所述原始材料的重组紧凑拉伸试样与未进行所述步骤1)～4)的原始材料进行断裂韧性试验，二者的试验结果误差在10％以内，则焊接参数满足条件。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述焊接为在真空条件下进行。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述辅助材料的材质与所述目标材料的材质相同；所述辅助材料包括依次分别设置在所述重组块四周的第一重组材料、保护材料、第二重组材料以及重组保护材料。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述焊接时，在焊接底座上开设定位槽，所述定位槽中放入第一引弧块、限位块、所述重组块、辅助材料、第二引弧块和第三引弧块；所述第一重组材料和第二重组材料分别位于所述重组块厚度方向上的两侧，所述保护材料和重组保护材料分别位于所述重组块长度方向上的两侧，所述限位块位于所述第一引弧块与保护材料之间；所述第一引弧块对应所述保护材料的长度方向设置，所述第二引弧块对应设置在所述第一重组材料与重组保护材料之间的连接处，所述第三引弧块对应设置在所述第二重组材料与重组保护材料之间的连接处。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述限位块的尺寸大于所述保护材料的厚度；所述第二引弧块和第三引弧块的尺寸大于所述第一重组材料或第二重组材料与重组保护材料之间的距离。
技术总结本发明公开了一种重组紧凑拉伸试样的制备方法，包括如下步骤：1)针对目标材料制备试样，并在所述试样的表面喷涂散斑；2)对所述试样进行断裂韧性试验，在所述断裂韧性试验的过程中，采用全场应变测量系统对试样进行测量；3)根据所述全场应变测量系统的测量结果，确定所述试样表面的塑性应变区域并进行切除，保留所述试样两侧的无塑性应变区域并得到重组块；4)将所述重组块与辅助材料进行焊接，得到所述重组紧凑拉伸试样。本发明的重组紧凑拉伸试样的制备方法，通过合理的重组手段和验证手段，使得重组后的试样性能与原试样相近；且经过断裂韧性试验后的无塑性变形区域(重组块)可以重组2个及以上试样，将材料的利用率提高3倍及以上。以上。以上。
技术研发人员：黄平 范敏郁 钱王洁 祁爽 张晏玮 徐军 蔡可信 彭群家
受保护的技术使用者：中国广核集团有限公司 中国广核电力股份有限公司
技术研发日：2022.07.06
技术公布日：2022/11/1
