CFHITECHNOLOGY
10.3969/j.issn.1673-3355.2019.04.018
高压水下应变测试技术
于思奇1
摘要：介绍某核电压力容器水压试验期间内壁应变测试技术及应力计算方法。关键词：应变片；容器；密封；应力；高压中图分类号：TL351.6文献标识码：A文章编号：1673-3355（2019）04-0018-04
High-PressureUnderwaterStrainTestingTechnology
hydrostatictestandhowtocalculatethestress.
YuSiqi
Abstract:ThepaperintroducesatechnologytotestthestrainontheinnerwallofanuclearpressurevesselduringtheKeywords:straingauge；vessel；seal；stress；highpressure
核电压力容器是反应堆中重要的安全设备，根据压力容器设备规格书和“ASME锅炉和压力容器规范NB-6000”的要求，压力容器在出厂前必须进行水压试验，同时测量压力容器的应力与变形，用以检验压力容器的强度、刚度是否达到设计要求，保证压力容器在使用过程中的安全性。为此，笔者对高压水下应变测试方法进行分析研究。
1需要解决的问题
该试验的主要目标是测量反应堆压力容器重要部位在出厂前水压试验时的应变，以此检验该容器的强度与刚度。本文要解决以下问题：
（1）应变片和导线的防水性及水下防护措施。（2）压力效应和温度效应对应变检测数据的影响。
（3）导线出口封头的密封性（压力在30MPa左右），主要是密封胶的选择和配比。
40CrNiMoE钢加工成标准拉伸试件，在试件中部沿
轴向与横向各粘贴一个电阻应变计。另外，用相同的电阻应变计粘在相同材质的物料上做温度补偿，分别与轴向、横向电阻应变计组成半桥，并在万能材料试验机上做拉伸试验，测取电阻应变计的应变值。在读数前先预加载及卸载2/3的额定载荷共2次，然后分五级正式加载。用检测数据计算材料的泊松比滋。
-着滋=h（1）着z（2）弹性模量的测量
在试件中部对称位置沿轴向各粘贴一个直角电阻应变计组成全桥，在万能材料试验机上做拉伸试验，测取应变值着z，按照前述步骤预加载2次后份五级加载至额定载荷，用测得的数据计算材料的弹性模量E。
蓸蔀E=21+滋P（2）
着zA式中：A—试件的横截面积(mm2)；P—拉伸载荷
）(MPa)。（拉伸机示数
测量泊松比滋与弹性模量E时的环境温度为25益。上述测量在计算应力值时仅做为参考，具体计算时必须采用设计方上海核工程研究设计院理
2基础实验与测量系统的准备
（1）泊松比的测量
将制造压力容器的508-III、0Cr18Ni9、
2.1泊松比与弹性模量的测量
1.一重集团大连工程技术有限公司工程师，辽宁大连116600
2019年第4期（总190期）yz.js@cfhi.com65CFHI一重技术
论计算采用的泊松比滋与弹性模量E。2.2引线密封装置制作与承压试验
测量受水压作用容器内壁的应变时，粘贴在容器内壁上的电阻应变计的连接导线需经引线密封装置引出。该引线密封装置由一重集团大连工程技术有限公司设计制造，已经申请国家专利。为了确保引线密封装置的可靠性而制作按比例缩小的试验容器进行承压试验，在水压升至22MP后，按1MPa的min增幅加压，证明，，确该保引线整个最密封试高验至装中引线30MPa置能够密封，每次满足装最置加大无压后承渗漏保压。实压6030MPa践
的设计要求。
2.3应变计及导线的防水试验
防水电阻应变计及内壁导线通过防水密封性能试验，以验证防水电阻应变计的初始平衡，采集数据的线性度及归零等性能良好，密封可靠。2.4压力与温度效应
标定用于F5反应堆压力容器上的电阻应变计的压力效应及温度效应曲线，用于修正压力和温度对电阻应变计的影响。最大标定压力为30MPa；最大标定温度为50益；标定用材料与试验材料相同。
2.5测试系统的稳定性
采用稳压电源防止电磁场与电压波动对测量数据500准确性的影响，保证电阻应变计的绝缘电阻大于2.6M现场准备
赘。确定F5反应堆压力容器上电阻应变计的粘贴位置，粘贴电阻应变计，做内壁电阻应变计的防水密封保护，安装引线密封装置等。
3应变检测
3.1测试内容
个检测点。F5外壁所应有检测点变共设14均粘贴三向个检测点，内电阻应壁共变计设，23本文只讨论内壁检测点的应变测量。3.2检测点位置
笔者给出F5检测示意图（见图1）。
662019年CFHIyz.js@cfhi.com第4期（总190期）图1F5检测点位置图3.3数据采集
应变测试的零点选在水压试验开始前，水压试验过程中测试数据的采集按照反应堆压力容器水压试验升降压曲线（见图2）进行。水压试验开始时，在0MPa重新平衡仪器，参照反应堆冷却剂泵泵壳水压试验升、降压曲线，在每一保压阶段待压力稳定后测试容器内、外壁测点的应变值。应变测15.5试数据采集点压力值设置为4、8、10、采集要、17.23求。
、22、25.8MPa，保压时间需满足数12据
、4测试方法
4.1测试仪器和电阻应变计
数据采集器采用TDS原303、TDS原530自动记
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图2水压试验升降压曲线录应变测试数据。该测试仪器具有0.04s/点的采集速度，0.1滋着的分辨率，现场抗干扰能力强，稳定性好等优点，电阻应变计选用防水应变计。4.2制作补偿试块
选用与测试规格相同的电阻应变计粘贴在与同一材质的矩形试块上，做成补偿试块备用。4.3制作引线密封装置
本次检测共制作10个引线密封装置。4.4电阻应变计的粘贴流程
（1）筛选电阻应变计。（2）在内壁测点位置划线。（3）安装引线密封装置。（4）清洁测点部位，用红外线灯烘烤加热去潮气。
（5）粘贴内壁电阻应变计。（6）电阻应变计防水密封防护，保证绝缘电阻大于500赚赘以上。4.5内壁应变测试
（1）二片半桥自补偿的接线方式
内、外壁应变测试均采用二片半桥自补偿的接线方式，即把放在测点旁补偿试块上的电阻应变计（补偿片）与粘贴在测点上的电阻应变计（工作片）组成半桥接入测试仪器。由于补偿片与工作片的温度相同，产生的温度应变相同，所以可以消除温度的影响。
（2）外壁应力的计算
用二片半桥自补偿的接线方式，仪器示数着m
等于工作片应变着w与补偿片应变着e之差。工作片与补偿片温度应变相同，所以着m就是测点受水压与预紧载荷作用下的应变着wp。由于粘贴在外壁上的电阻应变计都是直角型，可以用式（3）计算出测点的两个主应力。
滓1=E2蓸着着wp1+滋着wp2蔀1-滋（3）
E蓸着wp2+滋着wp1蔀滓2=21-滋（3）内壁应力的计算
由于二片半桥自补偿的接线方式只能消除温度与压力效应的影响，仪器示数着m中还包含水压产生的应变。由式（3）修正着m后得到着wp，
着wp=着m=1-2滋P（4）
E把着wp代入式（3）中，就可计算出两个主应力。
同理，可以得到三向电阻应变计的计算公式：扇设
着着wp1+着着wp3设
设
滓1=E设设21-滋设设
扇设设设设设设设缮设设设设设设设墒设设设设设设设设缮设设设设设设设设设设设设设设设墒
221着-着着-着+2蓸着wp1着wp2蔀+2蓸着wp2着wp3蔀1-滋着着wp1+着着wp3
滓1=E21-滋蓘蓘姨蓡（5）以上公式中的E、滋均为测点处材料的弹性模量与泊松比，角标‘1’、‘2’、‘3’分别表示周向、450方向与轴向。
-11-滋姨2蓸着着wp1-着着wp2蔀+2蓸着着wp2-着着wp3蔀22蓡5测试结果
5.1表格说明
（1）以下各表中的X代表周向，Y代表轴向或径向，Z代表45毅方向。
（2）于水压试验开始时采集应变，至水压降至0MPa时结束。
（3）弹性模量E、泊松比滋（见表1）。
67CFHI2019年第4期（总190期）yz.js@cfhi.com一重技术
表1测试材料是E和滋
材料滋0.27E/GPa214材料滋0.28E/GPa196508-III不锈钢5.2检测数据
（部分）汇总成表（见表2，表3）。
表2应变值汇总表水压升、降压过程中的应力12MPa41011327354827373480-241128-1-40-27-56-38-42-991167120148
15.5MPa542161360740146527668-2271921-45-31-80-52-58-1712451212156192
17.23MPa615199407846278628777-1862276-44-31-91-57-66-2214056239179218
22MPa80429953711655873988-1113088-5137-120-73-85-3117970303244284
25.8MPa980422683131291611061149-523985-56-43-130-87-103-4421078353340361
笔者将实验采集的应变值和计算得到的应力值
测点x1
yzx
2
yzx
3
yzx
4
yzx
5
yzx
6
yzx
7
yz
（滋）着0MPa19318516316251326313922296-7-6-16-10-11-22-566-21-413867
0MPa000000000000000000000
4MPa1202983159-992144-9133-4-28-18-6-12-972919594050
8MPa267178337-13215299-18871-7-38-26-31-25-26063281138198
10MPa3382241-1294388-22598-3-40-27-45-31-35-58135140101125
表3应力值汇总表测点1234567
滓1
水压升、降压过程中的应力0MPa0023.3729.5421.233.299.194MPa52.268MPa10MPa28.9614.2085.5867.2812MPa36.3881.9915.5MPa109.3950.99
17.23MPa125.4161.71
22MPa166.86260.84.40
25.8MPa122.22247.1128.72307.80207.84（MPa）0MPa滓2滓1
滓2
滓1
滓2
滓1
滓2
滓1
滓2
滓1
滓2
滓1
滓2
00
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0.1044.478.10
21.85
55.4847.42
108.2575.7524.28
152.36113.1957.83
180.41137.61.11
-14.81-10.22-6.91-0.798.022.59-5.99-6.49
-16.17-4.285.43
-15.07
-16.56
-11.69
-30.25
-21.51-6.2619.7425.876.94
-19.18
-18.81
-12.90
-34.81
59.19
-26.37-8.217.
-23.22
-20.73
-14.43
-34.69
-31.00-35.94-11.7430.1339.059.87
-25.27
-17.71
-24.14
-34.50-40.25-13.5834.8744.4611.24
-26.65
-18.16
-11.26
183.85-17.8210.
172.63
121.0763.5562.68
218.31
-52.28-17.9547.6657.2514.23
-44.26
-37.-38.13-58.73-22.6766.0970.9616.26-51.94
-27.36
10.93
15.9520.86
23.4030.73
-11.5929.117.37-2.02
-4.62
-1.10
-3.23
-0.31
34.72
(下转第74页)68CFHI2019年第4期（总190期）yz.js@cfhi.com一重技术
（6）确定项目质量目标，明确质量保证机构、任务及职责，对质量工作持续改进，制定好项目的《审计总结报告》、《审计问题记录》、《审计成员签字表》和《问题报告单》等材料，安排人员定期填写、提交。
2.2安全文明施工管理及技术措施
（1）下雨前，及时将外脚手架上工具及材料清除。雨停后，要重新检查塔基和手脚架，在保证没有任何问题的情况下才可以继续工作。
（2）雨季施工前必须认真检查所有照明线路和供配电设施，以免发生漏电事故。所有电器设备必须做好绝缘、接地保护工作，一旦发现问题，必须马上处理。特别是在下雨过后，必须确保所有设备的电缆线完好无损，才能开始工作。
（3）为现场施工人员发放劳保用具，禁止大雨天气派遣人员外出施工。电工工作时必须穿带好防雨、绝缘安全鞋，并戴好防护镜和绝缘手套。
（4）焊接操作必须遵循相关标准规定，切记不可粗心大意，避免造成触电伤亡事故。
（5）大雨、大风及其它恶劣天气时，禁止高空作业，如搭建或拆除脚手架，禁止塔吊作业，且起重臂的方向要和风向保持一致，做好固定。
（6）重型施工机械设备必须由专业人员操作，非工作人员不得靠近。
（7）用电装置及机械设备均应按照规定与现场实际，做好接地与接零保护工作，并定期检查和记录，确保其可靠性和安全性。2.3浇注
（1）做好准备工作，尽量缩短混凝土浇注时(上接第68页)电阻试验后测量都大于200M。
（3）检测结果表明，随着压力的增加，压力效应也相应增大。
参考文献[1]张正习，朱风耀，路遥.核电站一回路水压试验实验经验[J].电子测试，2018（10）：103-104
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间。（2）配备足够的防水雨布或熟料薄膜。（3）雨天浇注混凝土时要调整混凝土浇注工艺，中雨以上时不宜浇注顶板，可浇注底板。（4）暴雨或雷雨天气停止浇注混凝土。（5）防水雨布上的积水要及时排除。
（6）梁体浇注完成至终凝前采取支撑覆盖措施，防止雨水浇淋。
3结语
建筑工程的质量受诸多因素的影响，其中，混凝土质量问题必须引起高度重视，而为了确保整个项目的质量与安全，对施工中遇到的问题必须及时反馈，制定合理的解决方案，及时调整施工方案。
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6结语
（1）经过试验检测，该系统密封材料与胶线具有良好的粘结性能，引线密封装置在28MPa的压力下没有出现渗漏现象。
（2）试验证明，该系统应变花和单片实测数据的重复性和回零较好，实测轴向和周向应力值与理论值相比较最大相对误差小于10%，各测点绝缘
誅誄
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