Несвариваемый реконструированный образец для определения вязкости разрушения облученных материалов при испытаниях на статический изгиб

Настоящая полезная модель относится к области создания образца для механических испытаний материалов, в частности к образцам для определения вязкости разрушения облученных материалов. Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании несвариваемого образца для определения вязкости разрушения облученных материалов на основе реконструкции обломков испытанных ранее образцов. Данный технический результат достигается за счет того, что используется несвариваемый реконструированный образец для определения вязкости разрушения облученных материалов при испытаниях на статический изгиб, состоящий из средней рабочей части, изготовленной из обломка предварительно испытанного облученного образца в виде прямоугольной вставки с надрезом и двух концевых частей расположенных симметрично относительно надреза предназначенных для установки на опоры, отличающийся тем, что концевые части выполнены в виде захватных устройств, которые механически соединены со вставкой, для этого на одной из сочленяющихся деталей, вставки или концевой части, изготовлены поперечные выступы, а на другой поперечные канавки форма и размеры которых соответствуют друг другу и обеспечивают фиксацию вставки относительно захватных частей при испытаниях. В верхней части захватных устройств могут быть вмонтированы винты, прижимающие нижние поверхности вставки к опорным поверхностям захватных устройств. Винты, прижимающие вставку к опорным поверхностям захватных частей, могут быть расположены под углом 512° к верхней поверхности вставки с наклоном в сторону к внешней стороне захватных устройств, а на вставке выполнены наклонные под тем же углом опорные плоскости в месте контакта винта со вставкой.

Настоящая полезная модель относится к области создания образца для механических испытаний материалов, в частности к образцам для определения вязкости разрушения облученных материалов.

Предлагается несвариваемый реконструированный образец для определения вязкости разрушения облученных материалов. Реконструкция образца заключается в изготовлении образца для испытаний из обломка ранее испытанного образца. Испытание реконструированных образцов позволяют в три раза повысить объем получаемых экспериментальных данных на одном и том же количестве облученного материала. Потребность увеличения объема экспериментальных данных при испытаниях облученных образцов обусловлена тем, что согласно существующим нормативным документам [1-4] для определения степени охрупчивания облученного материала необходимо испытать 8-12 образцов облученных до близких значений флюенса нейтронов. При использующихся технологиях облучение образцов происходит с некоторым градиентом плотности потока нейтронов. Это может приводить к существенным отличиям в значениях накопленного флюенса нейтронов у образцов облучающихся в реакторе одновременно. Следует отметить, что количество обучаемых образцов ограничивается высокой стоимостью и большой длительностью работ по их облучению. Кроме того в ряде случаев встает необходимость иметь представительные данные для уникальных комплектов образцов, например образцов-свидетелей. Реконструкция обломков испытанных образцов позволяет увеличить объем получаемых экспериментальных данных при большом разбросе значений флюенса нейтронов на образцах и при малом общем количестве облученных образцов. Тем самым обеспечивается получение представительных и достоверных результатов, используемых для оценки радиационного охрупчивания материалов и срока службы корпусов атомных реакторов.

Наиболее близким к заявленной полезной модели является сварной образец для определения вязкости разрушения облученных материалов при испытаниях на статический изгиб, имеющий среднюю рабочую часть виде прямоугольной вставки с надрезом, изготовленной из обломка уже испытанного облученного образца, и приваренные к ней концевые части [5, 6]. Размеры концевых частей выполняются такими, чтобы геометрия образца соответствовали требованиям стандартов [2-4]. Испытание образца выполняются в соответствии с существующими стандартами.

Недостатком данного технического решения является невозможность его применения для определения вязкости разрушения несвариваемых или плохо свариваемых материалов, в частности, для высокооблученных аустенитных сталей с большим радиационным распуханием. Кроме того использование сварного образца требует обеспечение отсутствия влияния сварки на свойства испытываемого материала, в частности, исключения возможности отжига радиационно-индуцированных дефектов. Это усложняет и удорожает технологию сварки. Кроме того сварка облученных образцов предполагает установку дистанционно управляемого сварочного оборудования в помещениях для работы с радиационно-загрязненными материалами.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании образца для определения вязкости разрушения несвариваемых или плохо свариваемых материалов, а также для исключения влияния сварки на свойства испытываемого облученного материала. Кроме того, использование заявляемой полезной модели позволяет существенно упростить и удешевить изготовление образцов из облученного материала вследствие отсутствия необходимости сварки в помещениях для работы с радиационно-загрязненными материалами.

Данный технический результат достигается за счет того, что используется несвариваемый реконструированный образец для определения вязкости разрушения облученных материалов при испытаниях на статический изгиб, состоящий из средней рабочей части, изготовленной из обломка предварительно испытанного облученного образца в виде прямоугольной вставки с надрезом и двух концевых частей расположенных симметрично относительно надреза предназначенных для установки на опоры, отличающийся тем, что концевые части выполнены в виде захватных устройств, которые механически соединены со вставкой, для этого на одной из сочленяющихся деталей, вставки или концевой части, изготовлены поперечные выступы, а на другой поперечные канавки форма и размеры которых соответствуют друг другу и обеспечивают фиксацию вставки относительно захватных частей при испытаниях.

В верхней части захватных устройств могут быть вмонтированы винты, прижимающие нижние поверхности вставки к опорным поверхностям захватных устройств.

Винты, прижимающие вставку к опорным поверхностям захватных частей, могут быть расположены под углом 512° к верхней поверхности вставки с наклоном в сторону к внешней стороне захватных устройств, а на вставке выполнены наклонные под тем же углом опорные плоскости в месте контакта винта со вставкой.

Заявляемый образец изображен на фиг. 1.

Где:

1 - вставка,

2 - надрез для инициации трещины и установки датчика раскрытия трещины,

3 - поперечные канавки,

4 - захватное устройство,

5 - поперечные выступы,

6 - прижимные винты,

7 - роликовые опоры.

Реконструированный образец изготавливается и испытывается следующим образом.

Из обломка предварительно испытанного облученного образца методом электроэрозионной резки изготавливают рабочую часть в виде прямоугольной вставки 1 со специальным надрезом 2 для инициации из него усталостной трещины и установки датчика измерения раскрытия трещины и поперечными канавками 3 для крепления в захватных частях 4 с поперечными выступами 5. Кроме того, на верхней поверхности вставки изготавливают наклонные опорные площадки для прижимных винтов 6. Отдельно изготавливаются захватные устройства из необлученного металла. Сборка составного образца, т.е. соединение вставки с захватными устройствами производится дистанционно с помощью манипулятора таким образом, чтобы выступы захватных частей были расположены в канавках вставки, образуя механическое соединение. Далее выполняется прижим вставки к захватным устройствам с помощью прижимных винтов. Составной образец устанавливается на роликовых опорах 7. Конструкция опор и расстояние между опорами L соответствуют требованиям стандартов [2-4] для испытаний на вязкость разрушения. Между кромками надреза 2 на нижней поверхности образца устанавливается датчик измерения раскрытия трещины. Производится циклическое нагружение образца с целью создания усталостной трещины отвечающей требованиям стандартов [2-4]. После создания усталостной трещины, производится статическое нагружение образца усилием P. По результатам испытания вычисляются характеристики вязкости разрушения K_1C или K_JC.

Литература

1. ПНАЭ Г 7-002-86 Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

2. РД ЭО 1.1.2.09.0789-2012 «Методика определения вязкости разрушения по результатам испытаний образцов-свидетелей для расчета прочности и ресурса корпусов реакторов ВВЭР-1000».

3. ГОСТ 25.506-85 «Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении»

4. ASTM E 1921-12 Standard Test Method for Determination of Reference Temperature, T₀, for Ferritic Steels in the Transition Range.

5. ASTM E1253-13 Standard Guide for Recommendation of Irradiated Charpy-Sized Specimens

6. РД ЭО 0352-02 Методика реконструкции образцов для испытаний на ударный и трехточечный статический изгиб материалов корпусов реакторов типа ВВЭР. - М., 2000.

1. Несвариваемый реконструированный образец для определения вязкости разрушения облученных материалов при испытаниях на статический изгиб, состоящий из средней рабочей части, изготовленной из обломка предварительно испытанного облученного образца в виде прямоугольной вставки с надрезом и двух концевых частей, расположенных симметрично относительно надреза, предназначенных для установки на опоры, отличающийся тем, что концевые части выполнены в виде захватных устройств, которые механически соединены со вставкой, для этого на одной из сочленяющихся деталей, вставки или концевой части изготовлены поперечные выступы, а на другой - поперечные канавки, форма и размеры которых соответствуют друг другу и обеспечивают фиксацию вставки относительно захватных частей при испытаниях, в верхней части захватных устройств вмонтированы винты, прижимающие нижние поверхности вставки к опорным поверхностям захватных устройств.

2. Образец по п. 1, отличающийся тем, что винты, прижимающие вставку к опорным поверхностям захватных частей, расположены под углом 512° к верхней поверхности вставки с наклоном в сторону к внешней стороне захватных устройств, а на вставке выполнены наклонные под тем же углом опорные плоскости в месте контакта винта со вставкой.