Способ исследования чувствительности оболочек твэлов к коррозионному растрескиванию

 

Изобретение направлено на повышение информативности испытаний за счет выявления критической концентрации иода, в его проточных парах. Способ включает операции испытания трубчатых образцов-моделей оболочек твэлов на ползучесть в условиях воздействия коррозионной среды и регистрации механических .свойств материала . Согласно изобретению подвергают испытаниям по меньшей мере два образца. Испытание на ползучесть первого образца осуществляют в инертной среде и величину напряжений с условием , где йь - пороговое напряжение, ниже которого не наблюдается процесс коррозионного растрескивания под напряжением. Затем подвергают испытанию на ползучесть второй образец при том же уровне напряжений. При выходе на участок минимальной скорости ползучести его подвергают воздействию потока газовой смеси, содержащей пары корродента с заданным химическим потенциалом , варьируемым в процессе испытания (ступенчато увеличивается), и по увеличению скорости ползучести по сравнению с результатами, полученными при испытании первого образца, определяют величину критического химического потенциала или критической концентрации корродента для исследуемого материала и условий испытания. Начальная концентрация корродента в газовой смеси при испытаниях на определение Ск должна иметь низкое значение, при котором КРН-процесс в материале не наблюдается или протекает очень слабо. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 17/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО, СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4906988/28 (22) 04.02.91 (46) 23,02.93. Бюл. М 7 (71) Институт проблем прочности АН УССР (72) В,Н.Киселевский и Д.Л.Ситковецкий (56) 1. Liv, Lunde and Ketil, Videm The in

fluence of testing condition and irradlotlon on the stress corrosion cracking succeptIbility of

eircaloy // F. of, nucl, mater, 1980, 95, р, 210 — 218.

2. М.Peehs., F. Garzarolli, R. Hahn und Е.

Steinberg. Dlskussion moglicher

mechanismen van PCI — Defekten // У. of

nuc1. mater. 1979, 81, р 274-282. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ОБОЛОЧЕК ТВЭЛОВ К КОРРОЗИОННОМУ РАСТРЕСКИВАНИЮ (57) Изобретение направлено на повышение информативности испытаний за счет выявления критической концентрации иода, в его проточных парах. Способ включает операции-.испытания трубчатых образцов-моделей оболочек твэлов нэ ползучесть в условиях воздействия коррозионной среды и регистрации механических свойств материала. Согласно изобретению подвергают испытаниям по меньшей мере два образца, Изобретение относится к области механических испытаний материалов. Оно может быть использовано для коррозионномеханических испытаний конструкционных материалов ядерной энергетики, в частности, оболочек твэлов.

Известен способ определения критической концентрации корродента С». заключающийся в том, что серии трубчатых

„„5Q 1797013 А1

Испытание на ползучесть первого образца осуществляют в инертной среде и величину напряжений с условием о %h, где а (,— пороговое напряжение. ниже которого не наблюдается процесс коррозионного растрескивания под напряжением. Затем подвергают испытанию на ползучесть второй образец при том же уровне напряжений.

При выходе на участок минимальной скорости ползучести его подвергают воздействию потока газовой смеси, содержащей пары корродента с заданным химическим потенциалом, варьируемым в процессе испытания (ступенчато увеличивается), и по увеличению скорости ползучести по сравнению с результатами, полученными при испытании первого образца, определяют величину критического химического потенциала или критической концентрации корродента для исследуемого материала и условий испытания. Начальная концентрация корродента в газовой смеси при испытаниях на определение С» должна иметь низкое значение, при котором КРН-процесс в материале не наблюдается или протекает очень слабо. 2 ил. образцов-моделей оболочек твэлов с заваренными герметично во внутренней полости различными по величине навесками агрессивного вещества испытываются на длительную прочность. Величину концентрации корродента, при которой наступает существенно ухудшение механических свойств(например, деформационных) испытываемогО материала, считаются критической.

1797013

Недостаток описанного способа — недостаточная информативность, обусловленная тем, что в процессе испытания герметических образцов концентрация корродента не постоянна из-эа химического 5 взаимодействия его с материалом образца, поэтому описанное решение позволяет получить лишь значение начальной критической концентрации корродента, но не. позволяет определить истинное значение 10 критической концентрации коррозионного а кти в ного вещества.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ исследования чувствительности оболочек твэлов к коррозионному растрескиванию под напряжением(КРН), включающий операции испытания трубчатых образцов-моделей оболочек твэлов на ползучесть в условиях 20 воздействия агрессивной среды и регистрацией механических свойств материала (2).

Недостаток описанного способа, в котором пары иода заданной концентрации подаются в герметичную камеру, в которой происходят механические испытания материала — ограниченная информативность испытаний, обусловленная тем, что в камере существует градиент концентрации корродента, связанный с перепадом температуры 30 в рабочем объеме камеры, что не позволяет выявить критическую концентрацию корродента, Цель изобретения — повышение информатичности путем определения критиче- 35 ской концентрации коррозионной среды иода.

Поставленная цель достигается тем, что в способе исследования чувствительности оболочек твэлов к коррозионному растре- "0 скиванию под напряжением, по которому испытывают трубчатые образцы на ползучесть поддействием заданного напряжения и коррозионной среды и определяют механические свойства материала, дополнитель- 45 но испытывают вторую партию аналогичных трубчатых образцов в инертной среде, величину напряжений иодля обеих партий образцов задают из соотношения гг о1ь, где

own — пороговое напряжение, ниже которого не наблюдается растрескивание, воздействие коррозионной среды на образцы первой партии осуществляют после выхода образцов на участок минимальной ползучести потоком газовой смеси, содержащей пары иода, концентрация которого заведомо ниже критической, увеличивают концентрацию иода в процессе испытаний, в качестве механических свойств материала определяют скорость ползучести обеих партий образцов, определяют концентрацию паров иода, при которой скорость ползучести первой партии образцов превышает скорость ползучести второй партии, и используют эту концентрацию в качестве критической концентрации.

Начальная концентрация корродента в газовой смеси при испытаниях на определение С».должна иметь никое значение, при котором KPH-процесс в материале не наблюдается или протекает очень слабо.

Для циркониевых сплавов эта величина парциального давления приблизительно равна 10 бар. Интервал величины парциального давления иода, при котором происходит резкое ухудшение свойств циркония, имеет значение 10з бар. Отсюда следует, что шаг увеличения давления иода в и роцессе испытания на определение С, циркониевых сплавов должен составлять не Gonee

0,5.10 бар.

Из литературных источников известно, Ито чувствительность циркониевых сплавов к иодному KPH при достижении С иода проявляется через 15 — 30 мин. Поэтому длительность ступени выдержки постоянного давления иода в течение 1 — 2 ч вполне достаточна.

Сравнительные испытания образцов в инертной среде и при подаче агрессивной газовой смеси необходимы для фиксации величины критической концентрации корродента С, определяемой по увеличению скорости ползучести.

На фиг, 1 приведена принципиальная схема установки, реализующей предлагаемый способ; на фиг. 2 — схематическая диаграмма ползучести сравнительных испытаний образцов в инертной среде и с подачей агрессивной среды.

Установка (фиг. 1). реализующая предлагаемый способ, содержит газовый баллон

1 с газовым редуктором 2, газовый ротаметр

3 и прибор 4 газоочистки, испытательную камеру 5, выполненную из термостойкого стекла, камеру 6 нагружающего устройства, герметизированную снаружи сильфоном, термошкафом 7, представляющим собой сушильный шкаф (до 200 С) термопечь 8 испытательной установки, холодильник 9 химический из термостойкого стекла. термостат 10, верхнюю тягу 11 нагружающего устройства, трубчатый образец 12, нижнюю тягу 13. нагружающего устройства, бак 14 водного затвора. содержащий водный раствор тиосульфата натрия.

Устройство работает следующим образом.

1797013

15

30

И нертный гаэ (аргон) из баллона 1 через газовый редуктор 2 и газовый ротаметр 3 подается на линию газоочистки 4. Затем через систему кранов один поток очищенного газа поступает в иодный испаритель 5, а второй — во внутренний объем камеры 6 нагружающего устройства. Испаритель помещен в термошкаф 7, а нагружающее устройство — в термопечь 8. Из емкости испарителя 5 перегрета газовая смесь инертного газа с парами корродента поступает в холодильник 9, температуру которого поддерживает жидкость, поступающая иэ термостата 10. Далее через тягу 11 нагружающего устройства газовая смесь попадает во внутреннюю полость образца.

12. Затем газовая смесь по каналам тяги 13 нагружающего устройства и по трубопроводу попадает в бак 14, являющийся водным затвором. Инертный гаэ. обдувающий снаружи поверхность образца 12 в камере 6 нагружающего устройства, также по трубоп-. роводу попадает в бак 14 водного затвора, Пример . Испытанию подвергались две серии трубчатых образцов с размерами

9,15 х 0,65 мм, 1 =.96 мм, изготовленные из циркониевого сплава 110 (Zr — 1 % Nb).

Первая серия образцов подвергалась испытанию на ползучесть в инертной среде

Формула изобретения

Способ исследования чувствительности оболочек твелов к корроэионному растрескиванию под напряжением, по которому испытывают трубчатые образцы на ползучесть под действием заданного напряжения и корроэионной среды и определяют механические свойства материала, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения информативности испытаний путем опреде-. ления критической концентрации коррозионной среды иода, дополнительно испытывают вторую партию аналогичных трубчатых образцов в инертной среде, величину напряжения одля обеих партий образцов задают из соотношения o ÿh, где аргона при напряжении о 180 МПа, выбранном из условия о= 0,9 oo,z, и при температуре Т = 653 К. Вторая серия испытывалась при том же уровне напряжений и той же температуре, а при выходе кривой ползучести на второй участок (участок установившейся ползучести), образцы подвергались воздействию потока агрессивной газовой смеси паров аргона и иода. химический потенциал которого варьировался в процессе испытания (ступенчато увеличивался). По увеличению скорости ползучести по сравнению с результатами. полученными при испытаниях первой серии образцов, определялась критическая концентрация корродента — иода (фиг. 2).

Сплошной лйнией обозначено испытание образца в инертной среде, пунктирной — в среде с парами иода, точка соответствующая критической концентрации корродента — окружностью.

halo сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет повысить информативность испытаний эа счет выявления критической концентрации корродента, например иода. в его проточных парах в процессе испытаний образца на ползучесть при напряжениях в материале. о ь — пороговое напряжение, ниже которого не наблюдается растрес кивание, воздействие коррозион ной среды на образцы первой

35 партии осуществляют после выхода образцов на участок минимальной ползучести потоком газовой смеси, содержащей пары иода, концентрация которого заведомо ниже критической, увеличивают концентра40 цию иода в процессе испытаний, в качестве механических свойств материала определяют скорость ползучести обеих партий образцов, определяют концентрацию паров иода, при которой скорость ползучести первой 45 партии образцов превышает скорость ползучести второй партии, и используют эту концентрацию в качестве критической концентрации.

1797013

Рир Г

Составитель Д, Ситковецкий

Редактор О.Стенина Техред М,Моргентал Корректор M,Ìàêñèìèøèíåö

Заказ 649 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва,. Ж-35. Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101