Способ исследования чувствительности оболочек твэлов к коррозионному растрескиванию Советский патент 1993 года по МПК G01N17/00 

Изобретение относится к области механических испытаний материалов. Оно может быть использовано для коррозионно- механических испытаний конструкционных материалов ядерной энергетики, в частности, оболочек твэлов.

Известен способ определения критической концентрации корродента Ск. заключа- ющийся в том, что серии трубчатых

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.

о

ы

Недостаток описанного способа - недостаточная информативность, обусловленная тем, что в процессе испытания герметических образцов концентрация кор- родента не постоянна из-за химического взаимодействия его с материалом образца, поэтому описанное решение позволяет получить лишь значение начальной критической концентрации корродента, но не. позволяет определить истинное значение критической концентрации коррозионного активного 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 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 в рабочем объеме камеры, что не позволяет выявить критическую концентрацию корродента. . . .

Цель изобретения - повышение инфор- матичности путем определения критической концентрации коррозионной среды иода.

Поставленная цель достигается тем, что в способе исследования чувствительности оболочек твэлов к коррозионному растрескиванию под напряжением, по которому испытывают трубчатые образцы на ползучесть поддействием заданного напряжения и коррозионной среды и определяют механические свойства материала, дополнительно испытывают вторую партию аналогичных трубчатых образцов в инертной среде, величину напряжений а для обеих партий образцов задают из соотношения , где 7th - 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 Ск должна иметь никое значение, при котором КРН-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 бар. Отсюда следует, что шаг увеличения давления иода в процессе испытания на определение Ск циркониевых сплавов должен составлять не более 0.5 бар.

Из литературных источников известно, что чувствительность циркониевых сплавов

к йодному КРН при достижении Ск 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 Ск. определяемой по увеличению ско- рости 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 б нагружающего устройства, герметизированную снаружи сильфоном, термошкзфом 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.

Инертный газ (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 йодный испаритель 5, а второй - во внутренний объем камеры б 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 из тер- мостата 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 газ, обдувающий снаружи поверхность образца 12 в камере б нагружающего устройства, также по трубопроводу попадает в бак 14 водного затвора.

Пример. Испытанию подвергались две серии трубчатых образцов с размерами 9,15 х 0,65 мм, L .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 твёлов к коррозионному растрескиванию под напряжением, по которому испытывают трубчатые образцы на ползучесть под действием заданного напряжения и коррозионной среды и определяют механические свойства материала, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения информативности испытаний путем определения критической концентрации коррозионной среды иода, дополнительно испытывают вторую партию аналогичных трубчатых образцов в инертной среде, величину напряжения (7для обеих партий образцов задают из соотношения а 0th, где

аргона при напряжении а 180 МПа, выбранном из условия а 0,9 оь.2, 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 кон- центрация корродента - иода (фиг. 2). Сплошной линией обозначено испытание образца в инертной среде, пунктирной - в среде с парами иода, точка соотвётствующая критической концентрации корродента - окружностью.,

По сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет повысить информативность испытаний за счет выявления

критической концентрации корродента. например иода, в его проточных парах в процессе испытаний образца на ползучесть при напряжениях в материале.

Фи-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.

-; €ри-2 . i

Изобретение направлено на повышение информативности испытаний за счет выявления критической концентрации иода, в его проточных парах. Способ включает опе- рации 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.

фи. 2

10

t час