Способ коррозионных испытаний образцов

 

Изобретение относится к коррозионным испытаниям, в частности к испытаниям образцов в водных средах при повышенных температурах применительно к условиям работы интегральных ядерных реакторов. Цель изобретения - приближение условий испытаний к условиям эксплуатации внутрикорпусного оборудования ядерных реакторов. Установка для осуществления способа коррозионных испытаний содержит испытательную камеру 1 в виде цилиндрического корпуса 2 с крышкой 3. Нижняя часть корпуса 2 сообщается с нижней частью емкости 4 для среды 5 каналом 6. Для контроля за параметрами среды 5 камера 1 и емкость 4 снабжены термопарами 7, а камера 1 - манометром 8. Снаружи корпуса 2 и емкости 4 размещены по спирали нагреватели 9 с теплоизоляцией 10. В камере 1 соосно ее цилиндрическому корпусу 2 размещено средство для крепления размещенных на бурте 11 корпуса образцов 12. Указанное средство выполнено в виде опорной стойки 13, зафиксированной втулкой 14. На стойке 13 с возможностью радиального перемещения (например, по резьбе) закреплены тяги в виде осей с гайками. Тяги снабжены нажимными элементами для радиального упора в края вертикальных торцов напряженно-деформированных образцов 12 прилегающих без зазора вогнутой поверхностью, к греющей цилиндрической поверхности корпуса 2. Соотношение радиусов кривизны контактирующих поверхностей корпуса 2 и образцов 12 в свободном состоянии выбрано таким, чтобы максимальное значение растягивающих напряжений на образцах 12 при их полном прилегании к корпусу 2 находилось в интервале 1,1-1,3 предела текучести материала образцов. 3 ил.

Изобретение относится к коррозионным испытаниям, в частности к испытаниям образцов в водных средах при повышенных температурах применительно к условиям работы ядерных реакторов.

Известен способ для испытаний металлов на коррозию под напряжением, по которому образцы устанавливают в испытательную камеру и подвергают воздействию высокотемпературной коррозионной среды, содержащей хлориды и нагрузки [1] Недостатком способа является невозможность проведения испытаний плоских образцов изогнутой формы на растяжение по образующей радиуса кривизны.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ коррозионных испытаний образцов в форме цилиндрических сегментов, согласно которому образцы устанавливают в корпусе, представляющем собой решетчатый каркас, и подвергают воздействию среды комнатной температуры и растягивающей нагрузки, приложенной к центру образцов [2] Недостатком способа является невозможность испытаний образцов в состоянии, соответствующем условиям работы элементов оборудования внутреннего насыщения ядерного реактора интегрального типа с естественной циркуляцией теплоносителя, в частности антикоррозионной наплавки корпуса реактора. Вблизи уровня раздела фаз (водяной теплоноситель парогазовая смесь) оборудование работает в условиях периодического смачивания и осушения, находяcь под действием напряжений растяжения и теплового потока, направленного при осушении от металла к среде, т.е. в условиях досыхания и концентрирования коррозионно-активных примесей. Таким условиям работы соответствует состояние растяжения по образующей радиуса кривизны плоских образцов изогнутой формы.

Целью изобретения является приближение условий испытаний к соответствующим условиям работы внутрикорпусного оборудования ядерного реактора.

На фиг. 1 изображена установка для реализации способа, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез А-А фиг. 1, в рабочем состоянии.

Установка для коррозионных испытаний содержит испытательную камеру 1 в виде цилиндрического корпуса 2 с крышкой 3. Нижняя часть корпуса 2 сообщается с нижней частью емкости 4 для среды 5 каналом 6. Для контроля за параметрами среды 5 камера 1 и емкость 4 снабжены термопарами 7, а камера 1 манометром 8.

Снаружи корпуса 2 и емкости 4 размещены по спирали нагреватели 9 с теплоизоляцией 10. В камере 1, соосно ее цилиндрическому корпусу 2, размещено средство для крепления размещенных на бурте 11 корпуса образцов 12. Средство крепления образцов 12 выполнено в виде опорной стойки 13, зафиксированной втулкой 14. На стойке 13 с возможностью радиального перемещения (например, по резьбе) закреплены тяги в виде осей 15 с гайками 16. Тяги снабжены нажимными элементами 17 для радиального упора в края вертикальных торцов напряженно-деформированных образцов 12, прилегающих без зазора вогнутой поверхностью к греющей цилиндрической поверхности корпуса 2. Соединение тяг с нажимными элементами 17 выполнено по типу шар-конус. Соотношение радиусов кривизны контактирующих поверхностей корпуса 2 и образцов 12 в свободном состоянии выбрано таким, чтобы максимальное значение растягивающих напряжений на образцах 12 при их полном прилегании к корпусу 2 находилось в интервале 1,1-1,3 предела текучести материала образцов. Основанием для такого соотношения является следующее.

Наиболее подверженными хлоридному коррозионному растрескиванию элементами конструкции являются сварные швы и аустенитная хромоникелевая наплавка. Известно, что уровень напряжений поверхностных механически обработанных слоев наплавленного металла из-за специфических условий охлаждения с учетом различия коэффициентов линейного расширения основного и наплавленного металла может заметно превышать предел текучести. Однако длительная работа конструкции приводит к релаксации части напряжений и они остаются на уровне предела текучести и ниже. В то же время стойкость против коррозионного растрескивания существенно зависит от уровня нагружения и в упругопластической области заметно снижается. Поэтому для получения информативных и представительных результатов коррозионных испытаний, позволяющих надежно прогнози- ровать работоспособность конструкций, предложено осуществлять нагружение именно в этой области деформаций, что обеспечивается предлагаемым соотношением размеров кривизны контактирующих поверхностей. При соотношении радиусов кривизны контактирующих поверхностей корпуса 2 и образцов 12 в свободном состоянии, соответствующем при их полном прилегании к корпусу величине, меньшей 1,1 σ_0,2, имитация напряженного состояния металла внутрикорпусного оборудования ядерного реактора не обеспечивается, т.к. это соответствует состоянию ненагруженных участков металла, которые не определяют ресурс безотказной работы обору- дования.

При соотношении радиусов кривизны контактирующих поверхностей корпуса 2 и образцов 12 в свободном состоянии, соответствующем при их полном прилегании к корпусу 2 величине, большей 1,3 σ_0,2, имитация напряженного состояния металла внутрикорпусного оборудования ядерного реактора также не обеспечивается, т. к. это соответствует состоянию уже разрушающегося под данным напряжением металла.

Способ осуществляют следующим образом.

При снятой крышке 3 в корпусе 2 соосно размещается опорная стойка 13 с тягами, фиксируясь во втулке 14. На бурте 11 размещают нажимные элементы 17, а между ними и внутренней поверхностью корпуса 2 образцы 12 прямоугольного сечения, вырезанные из цилиндрической оболочки. Вращением гайки 16 с осью 15 радиально перемещают нажимной элемент 17, деформируя образец 12 до полного соприкосновения вогнутой поверхности образца с внутренней поверхностью корпуса 2. Аналогично деформируются остальные образцы 12. Испытательная камера 1 герметизируется крышкой 3. В рабочем состоянии после включения нагревателей 9 испытательная камера 1 и емкость 4 на 2/3 рабочего объема заполнены водной средой 5 заданного примесного состава.

П р и м е р. В испытательной камере 1 поддерживается температура 340 ± 2,6^оС, температура среды в емкости периодически изменялась в диапазоне 335-345^оС. За счет этого упругодеформированные образцы 12 находились в условиях периодического смачивания средой 5, а т.к. они прижаты к греющей цилиндрической поверхности корпуса 2 камеры 1, созданы условия для образцов, идентичные рабочим условиям внутрикорпусного оборудования вблизи уровня раздела фаз парогазового компенсатора давления интегрального ядерного реактора.

Формула изобретения

СПОСОБ КОРРОЗИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ в форме цилиндрических сегментов, по которому их устанавливают в корпусе и подвергают воздействию коррозионной среды и растягивающей нагрузки, отличающийся тем, что, с целью приближения условий испытаний к условиям эксплуатации внутрикорпусного оборудования ядерного реактора, в качестве коррозионной среды используют высокотемпературную среду, содержащую хлориды, корпус выполняют в виде цилиндра, образцы устанавливают в корпусе по окружности, обеспечивая их контакт с поверхностью корпуса, нагрузку прикладывают к торцам образцов, корпус нагревают, а соотношение радиусов кривизны контактирующих поверхностей корпуса и образцов в свободном состоянии выбирают таким, чтобы максимальное значение растягивающих напряжений на образцах при их полном прилегании к корпусу находилось в интервале 1,1 1,3 предела текучести материала образцов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3