WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ • INSTITUTE OP ATOMIC ENERGY • RAPORT 1AE 2053/E-VI/R/A АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ РАСТРЕСКИВАНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ РЕАКТОРА ЭВА Э. IIHFHAP OTWOCK- WIERK ИНСТИТУТ ...»

к

INSTYTUT ENERGII ATOMOWEJ

ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ •

INSTITUTE OP ATOMIC ENERGY •

RAPORT 1AE 2053/E-VI/R/A

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ РАСТРЕСКИВАНИЯ

КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ РЕАКТОРА ЭВА

Э. IIHFHAP

OTWOCK- WIERK

ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ

RAPORT IAE 2053/E-VI/R/A

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ РАСТРЕСКИВАНИЯ КОНСТРУКЩСШНЫХ МАТЕРИАЛОВ

РЕАКТОРА Э В А

ЭУГШИУШ ШПУНАР

Отделение реакторных материалов Института атомной энергии, 05-400 Отвоцк-Сверк, Польша ОТВОЦК-СВЕРК, ЯНВАРЬ 1Э88 Перевод с польского: Э.Дзиаковски Wydaje Instytut Energii Atomowej - ОШТЕА Nakad 80+35 egz. Objto: ark.wyd.3,3 ; ark.druk.7,3. Data zoenia maszynopisu: 1988.01.14. Oddano do druku: 1988.02 .

*GP.11/441/966/83 z dnia 1983.07.19 СОДЕРЖАНИЕ

1. ВСТУПЛЕНИЕ....» I

2. МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕПАРАТОРА 2

2.1. Материал сепаратора реактора ЭВА................. 2

2.2. Технология изготовления сепаратора и влияния ее на свойства материала 3

3. АНАЛИЗ НАГРУЗКИ И НАПРЯЖЕНИЙ А ТАКЖЕ СТОЙКОСТИ ГОШШ

И ПЛАЩА СЕПАРАТОРА НА ХРУПКОЕ РАЗРУШЕНИЕ 12

3.1. Прочностные свойства плиты и плаща сепаратора.... 12

3.2. Оценка стойкости против хрупкому разрушению...... 14

4. УСЛОВИЯ РАБОТЫ СЕПАРАТОРА СВЯЗАННЫЕ С ОБЛУЧЕНИЕМ

И ВЛИЯНИЕМ РЕАКТОРНОЙ СРЕДИ 19

4.1* Оценка флюенса быстрых нейтронов в наиболее опасных местах сепаратора ««««.«•.»»»«••••*•*••*.«••. Л У

4.2. Коррозионная характеристика охладителя реактора по отношению к сплаву ПАР-1 22

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СЕПАРАТОРА ПОСЛЕ

ОБЛУЧЕНИЯ.•••••.•*•••••«•••••••«•••••••••••••••••••••• 28

5.1. Результаты исследований образцов-свидетелей облученных в реакторе МАРИЯ • 28

5.2. Результаты исследований трубы канала АР реактора

6. ОЦШКА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАИБОЛЕЕ ОПАСНЫХ МЕСТ

В СЕПАРАТОРЕ В ОБЛУЧЕННОМ СОСТОЯНИИ 45

6.1. Механические свойства в исходном состоянии 45

6.2. Механические свойства по облучению 47 л и т е р а т у р а •««••••.•••«««••••.•*.»#*••••••••••«• ээ

-шO moliwoci pkania elementw konstrukcyjnych roakiora EWA .

Przedstawiono wyniki bada strukturalnych i korozyjnych, analiz obcie, technologi wykonania oraz analiz prawdopodobiestwa kruchego pkania materiau paszcza i pyty nonej separatora reaktora EWA w stanie nie napromieniowanym. Oceniono wartoci fluencji neutronw prdkich w najbardziejnewralgicznych miejscach separatora. Wykorzystujc inne elementy konstrukcyjne reaktora, wykonane z takiego samego materiau, napromieniowane do fluencji rzdu 5-10^n/cm' oraz L grupy prbek wiadkw z reaktora MARIA ustalono zmiany wasnoci mechanicznych stopu PAR-1 w zalenoci od fluencji. Wyniki te posuyy do oszacowania wasnoci mechanicznych paszcza separatora i pyty nonej w najbardziej zagroonych miejscach .





The analysis of the probability of the brittle fracture of the reactor EWA construction elements. In this paper were described the results of structure and corrosion investigations, analysis of loads, performance technology and analysis of probability of brittle fracture of the materials used for blanket and carryingplate of reactor EWA separator in non-irradiated state. The value of the fast neutrons fluence was appreciated in the most neuralgic points of the separator. Using other construction elements as well as the L groups of the surveillance samples from MARIA reactor, the changes of the mechanical properties of PAR-1 alloy in dependence of the fluence was established. These results served for the estimation of the mechanical properties of the blanket and carrying-plate of the separator in the most endangered place s .

Анализ возможности растрескивания конструкционных элементов реактора ЭВА. Представлено рузультаты структурных и коррозионных испытаний» анализ нагрузки, технологию изготовления и анализ вероятности хрупкого разрушения материала плаща и плиты сепаратора реактора ЭВА в необлученном состоянии. Сделано оценку величины флюенса быстрых нейтронов в более невральгичеекмх местах сепаратора .

Используя другие конструкционные элементы реактора, сделанные из такого же материала, облученные до флюенса порядка бЛО^нейтр./см 2 а также 4 группы образцов свидетелей из реактора МАРШ определено изменения механических свойств сплава ПАР-I в зависимости от флюенса. Эти результаты послужили к оценке механических свойств плаца ж плиты сепаратора в более подверженных опасности местах .

-IVI. ВСТУ1ШНИЕ В Институте атомной энергии с 1957 года работает исследовательский реактор ЭВА типа ВВР-СМ. Реактор работает на мощности 10 МВт а средний ш т о к быстрых нейтронов в активной зоне равен 2 + З ^ Ю 1 3 нейтр..см""2.сек-1. В 1967г. произведено замену сепаратора реактора ЭВА. Сепаратор сделанный в СССР из сплава CAB-I заменено сепаратором сделанным в ПНР из сплава ПАР-I. В 1974г .

сделано следующий экземпляр такого же сепаратора который до настоящего времени составляет резерв .

Существуют обоснованные опасения, что материал сепаратора работающий в настоящее время в реакторе ЭВА в связи с его 19 летней эксплуатацией, подвержен деградации под воздействием флюенса быстрых нейтронов о значительной величине. Такое состояние может привести к неконтролируемой дезинтеграции активной зоны реактора и связанной с этим радиационной опасностью .

Настоящая работа имеет своей целью представить в сжатом виде анализ возможности дезинтеграции активной зоны реактора ЭВА на основе доступной производственной и эксплуатационной документации, исследований материала и технологии применяемой во время изготовления I и II экземпляров сепараторов а также на основе собственных исследований оригинальных материалов .

Настоящая работа является резюме результатов работы "Экспертиза возможности повреждения плиты и плаща сепаратора реактора ЭВА выполненная на основе доступной производственной и эксплуатационной документации и собственных исследований" выполненной коллективом работников Института атомной энергии под руководством д .

т.н. проф. Эугениуша Шпунара в июне 1987г.*) ^Экспертиза выполнена коллективом в составе: Э.Шпунар, Ц.Домбровски, М.Добровольски, К.Гурска, ЭДаевска. Л.Хинц, Т.Коханьски, Ю.Кубовски, А.Мэрта, В.Малёшенко, М.Ользак, А.Опатовски, Б.Снопэк, А.Стемпневски, В.Штеке, Л.Шульц, Т.Вагнер .

-2МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕПАРАТОРА

2.1. Материал сепаратора реактора ЭВА Сплав ПАР-1 аналогично как CAB-I принадлежит к группе сплавов алюминий - магнезии - кремний предназначенных для пластической обработки. Алюминий образует вместе с магнезией и кремнием постоянные растворы с ограниченной растворимостью, которые служат за основу термообработки состоящей из пересыщения и старения .

Дисперсионное упрочнение позволяет получить сплавы с широким диапазоном пластических и прочностных свойств .

Благодаря выше представленным физическим свойствам алюминий с магнезией и кремнием образует псевдобинарную систему. At-Kiq2si с максимальной растворимостью I,85# Mcj2s*i В температуре 585°С, которая уменьшается до нуля в температуре 20°С. Становит это основу практической термообработки сплавов CAB-I и ПАР-I связанной с дисперсионным упрочнением. Избытечное количество магнезия уменьшает растворимость Mj2si в алюминии и ослабляет эффект дисперсионного упрочнения, в то время как избыточное количество кремния, выше стехиометрического значения для Ма1 вызывает обнажение коррозионной стойкости .

Химический состав сплава ПАР-1 установлен с учетом требуемых механических и ядерных свойств на основе химического состава CAB-I.

Химический состав сплава ПАР-1 следущий: 0,6-0,8$ 0,8-1,2^51; 0,08#Fe; 0,005Cu; 0,001# Mn; 0,005#П :

0,00lNi; O.OI^Zn; Ь К Г 5 * В; I-lCT^Cd; ЬКГ 5 7.Со; остальное - алюминий. Основными легирующими элементами сплава являются кремний и магнезии; остальные элементы являются загрязнениями .

Для обеспечения высокого качества материалов применяемых в конструкции сепаратора, принято проводить контроль их качества на протяжении их изготовления. Проверено однородность отливок предназначенных к пластической обработке а затем однородность химического состава отдельных металлургических изделий. Не установлено неоднородности химического состава в макроскопическом масштабе. Содержание составляющих сплава и загрязнений находилось в установленных пределах .

-3Металлургические изделия на плащ и несущую плиту сепаратора подвергались горячей прокатке при температуре 450-480°С. Листы толщиной 12, 18 и 60мм поставлялись в состояние после отжига и дисперсионного упрочнения. Контролыо подвергали 100$ листов предназначенных для производства плаща и несущей шшты сепаратора. Проводили, согласно техническим условиям, контроль качества поверхности и размеров а также определяли механические свойства листов .

Механические свойства определяли согласно P N 6 4 / Н - 0 4 3 Ю и проверали их повторимость на отдельных листах. Результаты представлено в таблице I .

Исследование механических свойств на пробах вырезаных перпендикулярно направлению прокатки, показали уменьшение значений на ок. 20$ по сравнению со значениями получаемыми в направлении параллельном .

Листы толщиной 60мм предназначение для производства несущей плиты сепаратора не выдерживали требований по пластичности согласно техническим условиям (требовалось Ajg дои - 12%), Проводили также контроль структуры, измерения твердости, плотности и электрического сопротивления, линейной расшираемости, теплопроводимости а также анализ ядерных свойств вместе с расчетом макроскопического сечения на поглощение тепловых нейтронов,

2.2. Технология изготовления сепаратора и влияния ее на свойства материала Плащ сепаратора сделано согласно рис. uzR - 59.02.03. Он состоит из трех сегментов соединенных сваркой по окружности и по направляющей. Сварка производилась по методу TIG, вольфрамовой неплавящейся электродой в аргоновой атмосфере с прибавлением присадочного металла. Употреблялась сварочная проволока типа SPA-26 диаметром 3 и 5мм. Места сварки подогревались до температуры 150-250°С. Во время сварки применялись все меры предусмотренные современной технологией сварки .

ТАБЛИЦА I. Механические свойства листов со сплава ПАР-I предназначенных для изготовления сепаратора ЭВА .

–  –  –

разные количества фазы Ma2Sl в твердом растворе и разную ко геренцию этих выделений (рис.1) .

- » ' •

–  –  –

Рис.1. Сплав ПАР-1, шлифы полерованы электрохимически и травлены .

а) сплав в пересыщенном состоянии искусственно старенный,

б) сплав в отпущенным состоянии .

Эти данные получено исследованиями с применением методов структурно-рентгенографического анализа (рис.2, таблица 2 ) .

-7

–  –  –

4,01 4,01 22,15 11,07 3,658 Ш 24,3 12,15 3,338 3,338 26,7 13,35 3,172 14,05 200 5 28,1

–  –  –

40,15 2,244 20,07 220 22,32 44,65 2 % 027 47,4 23,7 10 1,916 220

–  –  –

58,15 1,585 13 29,07 400 65,2 32,6 1,429 69,4 34,7 1,353 73,05 36,52 422 1,294 75,5 1,259 1,259 37,75 1,221 311 18 39,1 78,2 19 41,25 1,168 222,82,5 86,6 20 1,123 1,123 43,3

-9Кроме упомянутых фаз в твердом растворе выступает избыточная фаза si, роль которой в процессе упрочнения сплава минимальная .

Сварка с прибавкой проволоки алюминево-кремневой позволяет получить хорошее качество шва без трещин в горячем состоянии однако при низких механических свойствах сплава. Миграция магнезия в шов в процессе сварки практически не замечается Срис.З, таблица 3 ) .

–  –  –

Дисперсионное упрочнение сварного шва происходит благодаря присутствию выделения избыточной фазы т.е. кремния, влияние которого незначительное. Рентгенографическо-етруктурные исследования подтверждают присутствие только двух вышеупомянутых фаз. Топографические исследования помогли установить, что выделения кремневой фазы расположены неблагоприятно на границах зерен (рис.4) .

Рис.4. Микроструктура сварного соединения выполненного с добавкой проволоки SPA-26

а) сварной шов,

б) линия плавления .

Применение термической обработки, напр, дисперсионного упрочнения, позволяет достигнуть более высоких прочностных свойств: R O 2 = = 170-180 МПа, R m = 200 МПа, однако пластические характеристики остаются на относительно низком уровне: A s = 4-10%, z = 4-11$ .

Подводя итоги надо заметить, что при оценке механических свойств плаща сепаратора следует иметь в виду относительно низкие механические свойства сварных соединений, в то время как при оценке плиты сепаратора - относительно невысокие пластические характеристики .

_T9_ На структурные и механические свойства плаща и плиты сапаратора влияет также конечная технологическая операция - анодирование. Измерения твердости выполненные на втором экземпляре несущей плиты сепаратора, после снятия анодированного слоя, позволили установить приблизительные следующие механические свойства: R a 2 = 240 МПа, Пт = 280 МПа, А - 6% .

3. АНАЛИЗ НАГРУЗКИ И НАПРЯЖЕНИЙ А ТАКЖЕ СТОЙКОСТИ ШШТЫ

И ПЛАЩА СЕПАРАТОРА НА ХРУПКОЕ РАЗРУШЕНИЕ

3.1. Прочностные свойства плиты и плаща сепаратора Принятые конструктивные решения сепаратора ставят определенные требования по прочности, особенно по отношению к его основным деталям таким как плита и плащ. Требования эти вытекают из условий ядерной безопасности, так как в случае разрушения несущей плиты тепловыделяющие и бериллиевые элементы могут под собственным весом продвинуться и выйти из зоны воздействия регулирующих стержней .

Такое событие может вызвать положительную реактивность вызывая неконтролированный рост мощности реактора .

Несущая ш ш т а сепаратора выполнена согласно рис. UzR - 59.02.01 из сплава ПАР-1 в виде прокатного листа, пересыщенного и исусственно старенного а затем анодированного, В виду сложной геометрии в расчетах прочности применялась упрощенная модель.

В расчетах принято равномерную нагрузку на всей поверхности плиты, состоящей из:

I/ - нагрузки от тепловыделяющих и бериллиевых элементов:

q= 7.0 кПа, 2/ - нагрузки вызванной течением воды в активной зоне:

q 2 = 37,6 кПа при макс, расходе вода Q = 1350 м 3 /час .

Общая нагрузка составляет: ч] + q 2 = 44,6 .

Нагрузка вызванная течением вода имеет односторонне-переменный характер с периодом лежащим в пределах от несколько минут до около 100 часов. Можно принять, что число циклов в неделю составляет

-13

–  –  –

а к пределу прочности на растяжение:

Нагрузка плиты q = 44,6 кПа имеет место при расходе воды в первом контуре 1350 м 3 /час т.е. при одновременной работе пяти имеющихся насосов. Во время эксплуатации реактора на мощности 10 МВт требуемый расход воды составляет 1200 м3/час и обеспечивается он работой трех насосов. В этих условиях нагрузка плиты составляет q = 37 кПа, а максимальное напряжение в плите G " = = 78,7 кПа. Соответственные коэффициенты безопасности возрастают и г = 2,92 и г^= 3,56 .

Следует подчеркнуть, что отсутствуют данные определяющие минимальные значения коэффициентов безопасности в реакторных конструкциях. Если принять, что характер нагрузки плиты приближается к статическому, то значения этих коэффициентов относятся к наиболее нагруженным фрагментом середины плиты .

Плащ сепаратора выполнен согласно рис. UzR-59.02.03 и состоит их трех сегментов соединенных двумя сварными швами по окружности и по направляющей. Сварные соединения по окружности целиком переносят эксплуатационную нагрузку активной зоны реактора. Характер нагрузки и их значения аналогичны нагрузке несущей плите сепаратора .

Напряжение в материале плаща составляют:

где: F - поверхность плиты сепаратора = 3298 см, Р - поперечное сечение плаща = 123,2 см 2. Отсюда v = 1,19 Mia .

-14Принимая, что выступающая нагрузка имеет статический характер, коэффициент безопасности отнесенный к прочности на растяжения составляет:

При эксплуатационной нагрузке плаща q' = 37 кПа эксплуатацион ное напряжение С г = 0,99 МПа, а коэффициент безопасности отнесенный к условному пределу пластичности и пределу прочности соот ветственно составляют:

Эти значения высокие и относятся к основному материалу и статической нагрузке.

Принимая реальные свойства сварных соединений R o 2 = 73,5 МПа и пт = 120 МПа, действительные коэффициенты безопасности, отнесенные к свойствам сварного шва соответственно составляют:

Так как выступающие в плаще напряжения являются следствием переменной нагрузки целесообразно также провести анализ прочности на усталость.

Предельное напряжение по усталости для родного материала для 30*I0 6 циклов:

а для сваного шва:

krjs = 0,39 »0? • Rm s - 14,0 МПа так как л'г меньше 14,1 раза от напряжений krjs, сварной шов плаща сепаратора с большим коэффициентом безоласности выдержит выше приведенное значение количества циклов .

3.2. Оценка стойкости против хрупкому разрушению Для более полной оценки прочностных свойств сепаратора, принимая во внимание дефекты сварного соединения, использовано методы линейно-упругой механики хрупкого разрушения .

-15Принято, что в плаще сепаратора в сварном соединении существует трещина перпендикулярна к его оси. Наиболее целесообразным и кажется нужным рассмотреть плащ с трещиной в равномерно растягиваемой зоне с трещинами с олинейными. Для оценки Kj вызванного нагрузкой действующей на несущую плиту принято w равное периметру плаща. Нагрузки по периметру являются несущественными так как являются параллельными по отношению к плоскости трещины, в то время как учет изгибающего момента делается невозможным .

Согласно Д.Браку [I] коэффициент интенсивности от напряжений для растягиваемой зоны с солинейными трещинами составляет:

где: К 1 - коэф. интенсивности напряжений, (Г - напряжение по длине плаща, о - длина трещины, мм, w - перемещения. .

Представленный способ расчета К 1 будет справедливый только для малых значений -~-; при больших значениях он будет несправедливый в виду кривизны плаща также другого способа крепления берега .

Принимая одно из наименьших стойкости на растрескивание для сплавов алюминия [I] можно расчитать коэффициенты безопасности для разных длин трещины .

В таблице 4 составлено их значения .

ТАБЛИЦА 4. Значения коэффициентов безопасности в зависимости от длины трещины .

–  –  –

Результаты представленные в таблице позволяют утверждать, что трещина даже длиной 300 мм не является достаточной для разрушения плаща сепаратора. К такому выводу следует отнестись с некоторым резервом в виду того, что в расчетах не учитывалось влияние изгибающего момента .

Оценку стойкости против хрупкому разрушению плаща сепаратора проведено путем оценки коэффициента интенсивности напряжений Kj для поверхностной трещины о полуэлиптической конфигурации (рис.5),

–  –  –

-) Рис.5. Изгиб бесконечной плиты с полуэлиптической поверхностной трещиной .

Применение формул Р.П.Черепанова для полуэлиптической трещины в бесконечной плите подверженной растряжению приводит к результатам не превышающим 10$ ошибки по отношению к точным решениям этого вопроса .

-17Применяя формулы на растяжение:

–  –  –

для 0 1 и 0,05-0,4 .

Выше приведенные зависимости использовано для оценки коэффициента интенсивности напряжений для шлуэлиптической трещины в плаще сепаратора нагруженной растягивающим напряжением б, = 4 Н/мм 2 и изгибающим моментом 216,5 &-Ш-. Принято глубину трещины b = 2,4 мм и расчитано значение Kj' для разных длин трещины а. Так как коэффициенты интенсивности напряжений изменяются вдоль фронта трещины, расчеты выполнено для двух значений угла 9 = 0 итг/2, (таблица 5 ) .

Из сопоставления вытекает, что изгибающий момент имеет доминирующее значение на величину результирующего коэффициента интенсивности напряжений .

Если принять трещиностойкость К 1 с = 520 Ним3/-2-, то для плаща с трещиной о длине 40мм и глубине 2,4мм., коэффициент безопасности i|= 3,8 • Принимая, что существующие трещины в плаще сепаратора в виде сварных дефектов не подлежат пропагации 200 Нмм"5/!г, и что трещиностойкость K j c не понизится ниже можно с полной уверенностью утверждать, что с точки зрения линейной упругой механики хрупкого разрушения опасность аварии по причине хрупкого разрушения плаща не существует .

ТАБЛИЦА 5, Значение коэффициентов интенсивности напряжений в зависимости от длины трещины .

–  –  –

4. УСЛОВИЯ РАБОТЫ СЕПАРАТОРА СВЯЗАННЫЕ С ОБЛУЧЕНИЕМ

И ВДИЯНИД1 РЕАКТОРНОЙ СРЕДЫ

4.1. Оценка фдюенса быстрых нейтронов в наиболее опасных местах сепаратора Основным фактором определяющим возможность появления разрушающих изменений в конструкционных материалах является флюенс быстрых нейтронов, который определяют по формуле:

Fe-фр-т где: ф- - поток быстрых нейтронов с энергией 0,5 МэВ при мощности реактора 10 МВт, Т - время эксплуатации реактора с момента начала работы сепаратора (1967 г.) до настоящего времени (1987.03.06) с учетом пересчета актуальной мощности реактора на 10 МВт .

По экспериментальным данным для реактора ЭВА изменение потока быстрых нейтронов в отражателе можно выразить следующей формулой:

2, ^'г - Ф{ о ~- exp [-If (г-г0)] где: г - расстояние от оси активной зоны реактора в см, Фго = 3,2»10^ нейтр/см2.сек для г0 = 30 см, 2р - макроскопическое сечение на поглащение нейтронов потока = 0,1048 см""1 .

При определенной мощности реактора поток нейтронов может отличатся от потока определенного в работе [2J в зависимости от загрузки топливом, степени его выгарания и положения регулирующих стержней. Сравнение полученных в данной работе результатов с данными в работах [3,4] указывает, что приведенные данные имеют наибольшие (пессимистические) значения флюенса быстрых нейтронов .

Значение времени эксплуатации Т получено из эксплуатационных данных (таблица 2 в работе [2]) после учета актуальных данных на 1987.03.06. Величина эта Т = 65820 часов = 2,3»108 сек .

Для наиболее опасных мест сепаратора (рис.6) в таблице 6 составлено флюенс быстрых нейтронов Fr .

-20

<

Рис.6. Схема активной зоны реактора ЗВА .

Произведено оценку ошибки анализа для максимальной компоновки активной зоны: ошибка в измерении потока (стандартное отклонение)

- 6 до 15$ и ошибка при апроксимировании - 20 до 30$ .

В случае оценки флюенса сварных соединений (F4, F5) приведенные значения полученные с помощью апроксимации могут быть заниженными на 50$. При меньшей загрузке активной зоны топливом флюенс в радиальном направлении (F 1, F2) будут меньше 2 до 2,5 раза .

-21

–  –  –

4.2. Коррозионная характеристика охладителя реактора по отношению к сплаву ПАР-1 Нормальный потенциал алюминия согласно Нерсту равен - 1,67 B N e w при рН=О, а его термодинамическая стойкость в нейтральных растворах при рН=7 равна 1,96 B N E W. Однако, в виду его способности к пассивации поверхность алюминия покрыта тонким стабильным слоем окиси в пределах рН=4 до 9, коррозионная стойкость которого зависит от свойств этого слоя .

Защитная способность окислов некоторых металлов, в том также алюминия, может быть значительно обнижена в растворах содержащих хлориды, которые разрушают пассивный слой и вызывают местную язвенную коррозию а это приводит к перемещению потенциала в отрицательную сторону. Так как защитная способность пассивного слоя тесно связанная с электродным потенциалом, достаточно уменьшить потенциал ниже нижней границы язвенной коррозии, чтобы обеспечить плотность слоя даже в присутствии ионов cf и других активаторов. К ним относится также медь, которая может подвергатся редукции напр» в местах язвенной коррозии. Присутствие ионов меди в охладителе реактора очень вредно, так как могут они редуцировать пассивный слой и ускорять язвенную коррозию .

Кроме язвенной коррозии выступающей в присутствии ионов с Г для сплавов алюминия опасной является также коррозия под напряжением .

Эта коррозия является результатом воздействия коррозионной среды и механических напряжений как макро так и микро [5т7]. Не анализируя здесь подробностей протекания коррозии под напряжением следует подчеркнуть, что кроме концентрации ионов с Г и величины напряжений на скорость этой коррозии влияют также анодная поляризация, температура и ионизирующее излучение .

Также технологические процессы как термообработка и пластическая обработка влияют в значительной мере на коррозию, особенно межкристаллитную. После сильной пластической холодной деформации стойкость чистого алюминия против межкристаллитной коррозии возрастает. Отжиг при температуре выше температуры рекристаллизации уменьшает стойкость против межкристаллитной коррозии. В динамических условиях коррозия может ускоряться при возрастающем

-23отношении объема охладителя к поверхности металла из-за растворения окисного защитного слоя [9] .

Для определения склонности сплавов алюминия к коррозии под напряжением проведено собственные исследования. Исследования проводились на техническом алюминии сорта AI а также на сплавах ПАР-1, ПА-2 и CAB-I согласно стандартом к ш 50907 и D I M 50908 .

Образцы испытывались под постоянной нагрузкой в дистиллированной воде и в 3% растворе NctCL при комнатной температуре и температуре кипения раствора а также при постоянной деформации в растворе со следующим составом: 2,5% NaCL. 1% M a Q 2, Ъ% HCl, Dt5%K^Zr207 при температуре 80°С .

Подтверждено, что растрескивание материалов подвергаемых упрочнению путем выделений имеет характер межкристаллитной коррозии (рис.7 и 8 ). Наблюдения боковой поверхности и изломов образца со сплава ПАР-I в пересыщенном состоянии и искусственно старенных, после коррозионных испытаний (напряжение 95$ Kg 2 время до появления трещмн 300 часов) показали, что на боковой поверхности образуются трещины имеющие хрупкую природу (рис.7а и б) в то время как изломы имели смешанную природу: в общем трещины имели природу межкристаллитных трещин но в отдельных зернах имелись области имеющие смешанную природу (рис.7а и г).Похожие результаты получено для сплава CAB-I в пересыщенном и искусственно старенном состоянии: напряжение 95$ B Q 2 время до появления трещины 200 часов. Аналогичные результаты исследований представлено на рис.8 .

Исследования образцов со сплава ПАР-I после отжига и пересыщения в растворе хлорида натрия и магнезия с прибавкой бихромата калия показали возникновение большого количества язв (рис.9) .

Коррозия под напряжением возникла в местах в которых был уничтожен защитный слой окислов .

В состоянии после отжига исследуемые материалы не поддавались коррозии под напряжением в виду их очень высокой пластичности .

Сплавы CAB-I и ПАР-I после упрочнения путем выделений имеют приблизительно одинаковую стойкость против коррозии под напряжением .

_24

–  –  –

Под воздействием потока быстрых нейтронов происходит радиоли з вода в первом контуре охлаждения реактора ЭВА, В упрощенном виде это явление можно записать следующими уравнениями:

. он"+он"—^н 2 о" 2 г Ионы хлоридов присутствующие в деаэрированной воде ускоряют ради оли з. Поэтому в случае загрязнения воды хлоридами следует тщательно поддавать ее аэрации .

Продукты радиолиза влияют на процессы коррозии, имеющие место в первом контуре охлаждения реактора, в виду образования в нем водорода.

Водород играет существенную роль в реакции окисления и восстановления металлов:

-27Для алюминия этот процесс очень опасен, так как под влиянием растворенного в чистой воде водорода алюминий подвергается межкристаллитной коррозии* Для сплавов алюминия эта угроза несколько уменьшается .

Из загрязнений вызывающих или ускоряющих коррозию алюминия и его сплавов наиболее опасными являются Cl, Си и Fe. Далее приводятся результаты измерений содержания некоторых ионов согласно условиям принятым в Отчете по безопасности.• Анализ эксплуатационных измерений на протяжении 1978-1983 г .

показал, что концентрация хлоридов изменялась в пределах от 26 до 172 ^г/м э т.е. от около 0,003$ до 0,020$ и превысило допустимый предел приведенный в Отчете по безопасности 10-60 мг/м3 .

Это могло способствовать язвенной коррозии конструкционных элементов реактора. Концентрация ионов меди удерживалась в это же время на нижнем уровне. Однако концентрация железа превосходила допустимые пределы (10-15 г/м 3 ) и часто составляло 23 иг/дм3. Осмотр снимков и фильма выполненных во время демонтажа аналогичного реактора в Институте физических исследований в Будапеште, не позволил убедится в наличии трещин или язвенной коррозии .

Волнующим является присутствие в охладителе в некоторых периодах времени ионов нитрата, иногда в больших количествах достигающих величины 1400 ur/м3* Вероятно они появлялись в связи с процессом очистки теплообменников .

На основании проведенных экспериментальных собственных исследований, принимая во внимание проведение многолетних анализов реакторной воды и свойств сплава из которого изготовлено сепаратор реактора ЭВА, следует полагать, что существует потенциальная опасность существования коррозии под напряжением и язвенной коррозии. Существование такого рода коррозии могло бы быть особенно опасным для сварных соединений по окружности сепаратора и для мостиков в плите сепаратора. Недостаток манипуляторов для проведения инспекции опасных мест в сепараторе не позволяет однозначно определить коррозионную опасность .

-28ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СЕПАРАТОРА ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ

Основной целью настоящей работы было определение изменений в механических свойствах и в структуре сплава ПАР-1 и во сварных соединениях протекающих под воздействием определенного флюенса быстрых нейтронов во время эксплуатации реактора ЭВА. Основные материалы не были доступны для проведения на них исследований так как первый экземпляр сепаратора до настоящего времени все еще эксплуатируется, а второй экземпляр становит резерв. Следовательно исследования можно было провести только посредственно, стараясь так их подготовить, чтобы свойства исследуемых материалов соответствовали свойствам материалов из которых изготовлено конструкционные элементы сепаратора .

Учитывая это, использовано для проведения исследований I/- полуфабрикаты сплава ПАР-1 и его сварные соединения, которые остались с периода изготовления сепаратора, 2/- образцы-свидетели, которые согласно определенной программе были облучены в реакторе МАРИЯ, 3/- труба канала автоматического регулятора (АР) реактора ЭВА, которая подвергалась облучению в нем в течение многих лет .

Проведение исследований механических свойств и структуры облученных образцов выполнено в объеме возможном до проведения в лабораторных условиях Института атомной энергии в Сверке и в Институте ядерных исследований в Ржеж .

5.1. Результаты исследований образцов-свидетелей облученных в реакторе МАРИЯ ~"~" Образцы взято из металлургических полуфабрикатов сплава ПАР-1, которые были использованы в конструкции активной зоны реактора МАРИЯ. Облучение выполнено в вертикальных каналах активной зоны в специальных чехлах обеспечивающих постоянный контакт с охлаждающей средой (вода первого контура при температуре 50°С) .

-29Флюенс определялся на основе проведенных измерений в определенном канале с помощью активационных детекторов. Результаты измерений были корректированы определением флюенса от быстрых и тепловых нейтронов (таблица 7) .

Механические свойства I и II партии образцов-свидетелей определялись на машине для испытаний прочности W P M - Z D I0/9O и частично на машине INSTRON .

Образцы обладающие более высокой радиоактивностью, т.е. III и IV партии, исследовались на машине IN S T R O N В лаборатории Института ядерных исследований в Ржеж в ЧССР. После проведения статических испытаний на растяжение определялись R E ^ a ^ A s а также определялся коэффициент упрочнения Ro,2/ m* Изменения механических свойств образцов-свидетелей представлено в таблице 3. Приведены средние значения измеренных параметров для образцов партии "0 м а также для образцов-свидетелей I, II, III и IV партии. На рис.10 представлено изменение механических свойств в зависимости от флюенса быстрых нейтронов .

Наблюдалось увеличение механических свойств в образцах-свидетелях, при чем в значительно большой степени увеличивается предел пластичности сплава ПАР-I. Однако наблюдалось также самые высокие изменения пластических свойств материала путем измерения условного удлинения. Сравнивая свойства партии "О" т.е. партии необлученной, с свойствами партии "IVй т.е. облученной флюенсом 2,1«10 нейтр..см~2, получаем увеличение условного предела пластичности на Ь2%, прочности на 15$ и уменьшения относительного удлинения на около 25. Коэффициент упрочнения возрастает на 30% .

Приведенные выше результаты исследований позволяют однозначно утверждать, что по мере увеличения флюенса быстрых нейтронов до 2,1«10^ нейтр..см прочностные свойства регулярно увеличиваются а пластические свойства уменьшаются. 6 виду регулярного изменения свойств можно утверждать, что можно их использовать для интерполяции и ограниченной экстраполяции значений этих свойств .

ТАБЛИЦА 7* Условия облучения образцов-свидетелей в реакторе МАРШ .

–  –  –

110" Рис.10. Изменение механических свойств в образцах-свидетелях в зависимости от флюенса быстрых нейтронов .

5.2. Результаты исследований трубы канала АР реактора ЭВА Для определения состояния материала элементов сепаратора реактора ЭВА наиболее пригодным, кроме упомянутых, были бы другие детали активной зоны реактора. В конкретной обстановке единственным источником получения достоверных информации оказалась часть трубы канала АР, работающая в активной зоне реактора ЭВА, изготовлена из сплава ПАР-I в пересыщенном и искусственно старенным состоянии .

Канал этот находился в активной зоне реактора ЭВА с момента загрузки сепаратора в реактор т.е. с 1967 по 1985 г. и в тех же самых условиях в каких находились остальные элементы сепаратора .

Расположение канала АР с учетом пересчета мощности реактора на МВт составляет Т=58464 часов, т.е. 2,118*108сек .

Рис.11, Расположение трубы канала АР по отношению к активной зоне и несущей плите сепаратора .

-34Максимальное значение потока быстрых нейтронов в оси канала равно Ы О * нейтр. см~ сек-1, а минимальное значение было равно 7«10* нейтр.см""2.сек""*. Яля определения флюенса потока быстрых нейтронов использовано обе выше приведенные значения .

Во время облучения внутри канала АР находился регулирующий стержень АР а его конец находился на расстоянии около 500мм от дна канала. Так как стержень поглащал сильно тепловые нейтроны, то на этой части канала нельзя было аналитически определить значений флюенса быстрых нейтронов. Величину эту можно определить на основе измерения радиоактивности стержня .

Изменение флюенса быстрых нейтронов в зависимости от длины трубы канала на отрезке 425-825 мм представлено на рис.12 .

1—..... .

–  –  –

Рис.12. Флюенс быстрых нейтронов в трубе канала АР, В исследованиях использовано нижнюю часть трубы канала о длине около 900мм, которая находилась в области активной зоны реактора .

В связи с большой радиоактивностью этой части трубы канала была проведена его деконтаминация. Во время осмотра замечено пятна с налетом, которые были удалены во время мытья и деконтаминации .

-35

–  –  –

\ $ЛЮЕНС ТЕТПГОВЫХ Ч НЕЙТРОНОВ Ф7П0ЕНС БЫСТРЫХ ЧРЙТРОНОВ

–  –  –

Рис.13. Изменение флюенса нейтронов на исследованном отрезке трубы канала АР .

Из облученного в реакторе отрезка трубы канала АР вырезано кольцевые образцы использованные затем для проведения измерений на статическое растяжение (D- 35мм, а = 2,5мм, Ь = 10мм), образцы используемые для структурных исследований вырезались в перпендикулярном и параллельном направлениях,по отношению к направлению прокатки,а также образцы используемые для химического анализа .

Статические испытания на растяжение проведено на машине IN S T R O N с использованием минимальных параметров растяжения и максимальной точности записи. Определено R m, R 0 2,AL,z а также расчитано коэффициенты упрочнения материала .

-36На рис.14 представлено зависимость выше упомянутых механических свойств по длине трубы от 425 до 825мм, т.е. на длине для которой флюенс быстрых нейтронов известен. На рисунке показано также положение несущей плиты сепаратора по отношению к каналу АР .

Рис.14. Изменение механических свойств исследуемого отрезка трубы канала АР .

К оценке изменений механических свойств в зависимости от флюенса быстрых нейтронов проведено анализ результатов статических испытаний на растяжение кольцевых образцов вырезанных с отрезка трубы с максимальным флюенсом и с отрезка который был не облучен. Результаты представлено в таблице 9. К анализу использовано средние значения механических свойств пяти образцов облученных и пяти образцов необлученных .

В результате облучения труб со сплава ПАР-I флюенсом быстрых нейтронов равном 1,9»10^^ нейтр.«см""2 заметно возрасли механические свойства и уменьшились пластические свойства. Увеличение предела прочности произошло на 29,2$ а уменьшение условного предела пластичности на 63. Привело это к изменению коэффициента ТАБЛИЦА 9j Сравнение механических свойств образцов с трубы канала АР в облученном и необлученном состоянии .

–  –  –

216 159 0,735 1,56 68 22,7 216 154 0,711 1,58 69 26,5 216 159 0,738 1,89 70 214,8 156,4 1,804 26,8 26,7 0,7276 212 154 0,727 2,43 71 30,9 214 156 0,726 1,56 72 26,6

–  –  –

+62,8 29.2 +98,6 -81 63 +1,904 +26 Д -21,83

-1,59 -88

-38упрочниения на около 26%. Ухудшение пластических свойств оказалось еще более видимым: абсолютное удлинение уменьшилось на 88$, а сужение на около 81%. На основе полученных результатов можно утверждать, что при очень больших флюенсах в сплаве ПАР-I видимым образом, увеличивается его прочность и увеличивается его хрупкость .

Анализ механических свойств трубы канала АР позволяет утверждать, что процесс этих изменений имеет сложный характер. В области несущей плиты сепаратора можно наблюдать изменение прочностных характеристик, особенно условного предела пластичности и характеристики пластичности. Соответственно изменяется коэффициент упрочнения, который в области плиты достигает наименьшего значения. Эти явления имеющие очень важное значение для изменения механических свойств трубы канала АР в настоящее время исследуются. До настоящего времени не высказано еще достаточно достоверной гипотезы .

В областях находящихся вне несущей плиты сепаратора выявлено зависимость между фдюенсом быстрых нейтронов и прочностными характеристиками. По мере увеличения флюенса увеличивается предел прочности, а особенно предел пластичности. Вызывает это максимальное упрочнение сплава до значений R 0 2 / R m = 0,93 (рис.15, 16 и 17) .

Изменение значения абсолютного удлинения и сужения указывают на минимальные значения в области максимального флюенса бфстрых нейтронов (рис.18 и 19) .

Результаты эти подтверждают с целой силой возрастание хрупкости сплава ПАР-I по мере увеличения фпюенса быстрых нейтронов .

-39

–  –  –

Рис.19. Изменение суммарного удлинения 41 на отрезке трубы канала АР в активной зоне реактора .

Структурные исследования методами оптической микроскопии не показали существенных отличий между структурой сплава ПАР—I исследованной на образцах поперечных и продольных по отношению к направлению проката труб после облучения и не облученных .

На рис,20 представлены структуры образцов, в которых флюенс быстрых нейтронов достиг значений 1,95»Ю^ 2 нейтр..см~ 2, а на рис,21 представлено структуру образцов вырезанных с верхней части трубы канала АР находящей вне активной зоны реактора .

Величина зерен сравнимаемых структур не увеличивалась. Видимая полосоватость выделений на рис.20а и 21а вытекает из технологии производства трубы канала. Образцы, которые облучались, имеют некоторое увеличение содержания в выделенных фазах .

-42

–  –  –

Выявлено, что содержание кремния в облученных образцах возрастает с ростом флюенса быстрых нейтронов в результате трансмутации алюминия .

Фрактографические исследования проведено на переломах образцов полученных вовремя статических испытаний на растяжение .

Исследования показали значительное сдифференцирование топографи изломов. В состоянии после облучения низким флюенсом быстрых нейтронов (0,7«Ю 2 1 нейтр,см~2) излом имеет характер пластично-хрупкого с большим перевесом областей с пластическим характерем (рис.22) .

Анализ изломов образцов облученных очень большим флюенсом быстрых нейтронов дает основу для выявления на них большого перевеса хрупких областей (рис.23) .

Результаты фрактографических исследований подтверждают возрастание хрупкости у сплава ПАР-I помере увеличения флюенса быстрых нейтронов .

-44

–  –  –

6. ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАИБОЛЕЕ ОПАСНЫХ МЕСТ

В СЕПАРАТОРЕ В ОБЛУЧЕННОМ СОСТОЯНИИ

6.1. Механические свойства в исходном состоянии К изготовлению элементов сепаратора реактора ЭВА использовано сплав ПАР-1 в разных состояниях термообработки. В таблице II приведены исходные свойства согласно требованиям технических условий wT-65/ie:-002 и проверенных в процессе изготовления .

ТАБЛИЦА II. Механические свойства элементов сепаратора реактора ЭВА в исходном состоянии .

–  –  –

Из сопоставления таблицы II видно, что не имеется сформулированных механических свойств в требованиях технических условий для элементов конструкции в пересыщенном и естественно старенном состоянии. Это касается в особенности плаща сепаратора .

Оценку свойств плаща сепаратора усложняет факт, что согласно с техническим чертежом u»R - 59.02.01 с 1967г. плащ после сварки должен подлежать следующим технологическим процессам, а именно: старению, после сварки для удаления напряжений и анодированию для получения слоя о толщине 0,01-0,03мм, так как не проведено процедуры атестации, то трудно оценить на сколько изменилась его характеристика. Ее можно определить только исходя

-46из теоретических предпосылок. Упомянутые процессы термообработки должны были изменять механические свойства в направлении обнижения пластических свойств и возрастания прочностных свойств .

Сравнение реальных механических свойств и определенных в требованиях технических условий дают основу утверждать, что плита имеет повышенные прочностные свойства и пониженные двухкратно свойства пластические измеряемые относительным удлинением .

Такое положение подтвердилось измерением твердости несущей плиты II экземпляра сепаратора (резервный). Заниженные пластические свойства были вызваны вероятно несоблюдением технологических параметров во время процесса искусственного старения .

Опасными местами в плаще сепаратора являются сварные соединения по окружности плаща сепаратора.

Вытекает это из следующих предпосылок:

I/ - сварные швы находятся в неблагоприятных местах с точки зрения прочности плаща сепаратора, 2/ - для изготовления употреблялся сварной материал, который не обеспечивает механических свойств таких самых как родной материал плаща, 3/ - термообработку проведено при неоптимальных параметрах, 4/ - во время процесса сварки сплавов AL-MCJ-S сопутствуют трещины в горячем состоянии, которые уменьшают качество сварных соединений .

Исследования механических свойств сварных соединений выполненных в ИЯИ, позволяют установить их относительно низкие механические свойства ( Rm= 120 МПа, * 0 | 2 = 73,5 МПа, А 5 = 7,5), значительно ниже свойств родимого материала. Применение в виде сварочного материала сплава SPA — 2 6 ограничивает возможности достижения высоких механических свойств после сварки. Применение соответственной термообработки позволяет достигнуть механические свойства порядка R m - 200 МПа, R 0 2 = 170 МПа и Д 5 = 7,5$ .

Как следует из приведенных выше данных термообработка позволяет приблизительно двухкратно увеличить прочностные свойства при неизменных пластических свойствах .

-47Упрочнение сварного соединения применением сварного материала в виде алюминиево-кремневого сплава наступает только в результате выделения кремния. Несмотря на многократное увеличение содержания кремния в сварном материале SPA-26 П О сравнению со сплавом ПАР-1, эффект упрочнения не может протекать аналогично как в случае выделения фазы Mj2Sl .

До сих пор применяемые технологии сварки сплавов алюминия приводят к образованию дефектов в виде микротрещин, пузырей и неметаллических включений. Являются они естественными зародышами трещин, пропагация которых может привести к образованию излома .

Проведенные в рамках этой работы анализ нагрузки и состояния напряжений на основе классических методов расчета прочности, и при условии, что нагрузка приближается к статической, показали, что плащ и сварной шов работают с коэффициентом безопасности соответственно: для плаща с, = 202, сварного соединения в плаще !,= 74 и плиты сепаратора, =2,92. Принятые здесь предпосылки дают основание принять, что в виду малых нагрузок трещины вызванные сварными дефектами не будут увеличиваться .

Согласно принятым условиям расчета проведенного на основании механики хрупкого разрушения можно принять, что стойкость на растрескивание материала плаща сепаратора не уменьшится ниже 200 Ним. В связи с этим можно утверждать, что с точки зрения линейной упругой механики растрескивания не существует опасность аварии по причине хрупкого растрескивания плаща сепаратора .

К сожалению из-за недостатка материала о достаточно больших размерах не удалось в рамках этой работы проверить теоретические расчеты экспериментальным определением реальной стойкости сплава и его сварных соединений на хрупкое растрескивание К г с .

6.2. Механические свойства по облучению В имеющейся технической литературе встречаются редкие сведения касающиеся влияния нейтронного облучения на свойства сплавов Ai-McpSL. В большой части касаются они чистого алюминия

-48и силуминов. Эти сведения не совсем пригодны для объяснения изменений свойств сплавов упроченных путем выделений, к которым относятся и сплавы CAB-I и ПАР-1. В такой обстановке единственным правильным решением было обратиться к экспериментальным исследованиям проводимым на образцах-свидетелях и особенно на образцах из материала трубы канала АР реактора ЭВА .

Оценка механических свойств наиболее опасных мест в конструкции элементов сепаратора выполнена на основе зависимости механических свойств от фдюенса быстрых нейтронов. Методом интерполяции определено свойства сплава HAP-I подтверженного облучению флюенсом F,, 1?2» ^За» ^Зь» -^4и ^5 отвечающим наиболее опасным местам сепаратора, обозначенным на схеме (рис.б) .

Значения для нижних флюенсов экстраполировано так как значения вытекающие из эксперимента входят в область яомех. Сопоставление результатов для мест наиболее опасных представлено в таблицы 12 .

По мере нарастания флюенса быстрых нейтронов в пределах 0,24-4,86» 10^- нейтр»см""2 улучшаются прочностные свойства сплава ПАР-1: предел прочности от 256 до 281,5 МПа а условный предел пластичности от 202 до 246,5 МПа .

Увеличение условного предела пластичности является относительно большим чем предел прочности. Коэффициент упрочнения R o,2/*m изменяется в пределах от 0,826 до 0,875. Пластичные свойства измеряемые в данном случае абсолютным удлинением, в пределах флюенса, о котором упоминалось выше, подлежат значительному изменению в сторону уменьшения от 0,9 к 0,47мм. Возрастание хрупкости материала потверждено фрактографическими испытаниями кольцевых образцов .

Следует подчеркнуть, что выше представленные оценки проведено на образцах сплава ПАР-1 з исходном состоянии пересыщенном и естественно старенным со следующими механическими свойствами: Rrt_= = 130 МПа, Rm= 210 МПа, A J Q = 23%. Поэтому полученные результаты относительно достоверно характеризуют свойства наиболее опасных мест в плаще сепаратора (Р1, F 2 f F 4 и ^Q). Проведенная оценка сюйств плиты сепаратора обречена значительной ошибкой, ТАБЛИЦА 12. Оценка механических свойств плаща и плиты сепаратора согласно обозначениям приведенным на рис,6 .

–  –  –

0,73 • Ю 2 1 0,393» Ю 2 2 225,0 0,854 0,83 263,0 8;6

–  –  –

так как плита была изготовлена из исходного материала пересыщенного и искусственно! старенного о свойствах, которые можно приблизительно оценить параметрами R O 2 = 240 МПа, ят = 280 МПа, AJO = 6%, Сопоставление свойств образцов-свидетелей определяемых с применением стандартных цилиндрических образцов и материала трубы канала АР и определяемых на образцах кольцевых, позволяет сделать следующие выводы:

I/ - в обеих случаях по мере нарастания флюенса быстрых нейтронов пределы прочности возрастают и их значения приблизительно одинаковы, 2/ - также пределы пластичности по мере роста флюенса возрастают но их значения значительно отличаются, 3/ - характеристики пластичности хотя измеряемые разными параметрами (абсолютное и относительное удлинение) изменяются в сторону уменьшения, что указывает на увеличение хрупкости материала по мере роста флюенса быстрых нейтронов (рис* 24) .

Представленные результаты исследований могут быть взяты за объективную основу для оценки и прогнозирования стойкости плаща и плиты сепаратора реактора ЭВА .

Нижнее сварное соединение в плаще подвержено более низкому флюбнсу (0,24*10^1 нейтр.»см~*) и поэтому его пластические и прочностные свойства по отношению к другим опасным местам (F4) более удовлетворительные• Принимая во внимание, что это сварное соединение несет небольшую нагрузку расчитанную согласно методам классической прочности и учитывая предпосылки вытекающие из упругой линейной хрупкого разрушения, следует признать, что разрушение нижнего сварного соединения в нормальных условиях эксплуатации мало вероятным, Верхнеее сварное соединение плаща подвержено фяюенсу 1,42»10 21 нейтр. «см"*2 и обладает лучшими прочностными свойствами при пониженных, пластических свойствах (F5)« Учитывая выше приведенные предпосылки, разрушение этого сварного соединения более вероятное чем нижнего сварного соединения .

А, ы I

–  –  –

В связи со сложной геометрией плиты сепаратора, где имеются мостики и надрезы, следует принять, что становят они наиболее опасные места с точки зрения возможности разрушения CF3a, ?зь)* Флюенс на верхней части плиты равен 1,42-ICr1, а на нижней 0,073»Ю 2 ^ нейтр,«см""2. Анализ показывает, что материал плиты должен иметь относительно высокие прочностные свойства и высокие коэффициенты упрочнения и низкие пластические характеристики .

Из характера кривой абсолютного удлинения можно ожидать, что материал плиты по мере роста флюенса быстрых нейтронов будет все в меньшей степени податливый на деформацию и более склонный к растрескиванию. Следует также взять во внимание тот факт, что исходная пластичность плиты сепаратора выраженная относительным удлинением была равна 6%. Инициатором возможного разрушения могут быть нарушения нормальной эксплуатации, которые вызывают динамические нагрузки и трещины как результат коррозии под напряжением .

Самые большие флюенса 4,86 и 4,15«10 21 нейтр.«см~2 установлены на плаще сепаратора в плоскости лежащей в горизонтальной оси активной зоны (F,, F2). В этих местах по нашей оценке выступают максимальные прочностные свойства и минимальные абсолютные удлинения являющиеся характеристикой пластических свойств материала. С точки зрения влияния флюенса быстрых нейтронов эти места должны быть также наиболее вероятными местами в которых может выступить хрупкое растрескивание. Анализ макроструктуры материала и технология изготовления указывают на то, что листы плаща сепаратора изготовлены методами пластической обработки с минимальным количеством внутренних дефектов, которые способны были бы генерировать микротрещины-зародыши хрупкого растрескивания. Также геометрия изделия не способствует концентраций напряжений. Не смотря на все это следует брать во внимание, что хрупкость материала при так больших флюенсах уже большая, на что указывает стремительное снижение абсолютного удлинения и явления хрупкости подтверждаемые фрактографическими исследованиями. Решающими причинами вызывающими хрупкое растрескивание могут быть прежде всего эксплуатационные динамические нагрузки и образование микротрещин в результате коррозии под напряжением .

-53ВЫВОДЫ

На основании проведенного анализа и исследований можно сформулировать следующие выводы:

1 - Сплав ПАР-I, из которого изготовлена конструкция сепаратора реактора ЭВА, под воздействием1 флюенса быстрых нейтронов в пределах от 1,5«Ю 1 8 до 5 - Ю 2 нейтр.см*"2 показывает улучшение прочностных характеристик (предел прочности о ок .

29% и условный предел пластичности о ок.63$) а также повышение упрочнения. Однако в этом самом пределе флюенса появляется снижение пластических характеристик (измеряемых абсолютным или относительным удлинением о ок. 88 %) и увеличение хрупкости. Фрактографичесие исследования подтвердили увеличение хрупкости сплава в упомянутом выше пределе флюенса .

2 - Представленные результаты исследований можно считать достоверными. Не смотря на то, что исследования из-за вынужденной необходимости были проведены на образцах отличающихся своей геометрией, способом изготовления и местом облучения, то полученные результаты сходные. Разница выступает только в уровне предела пластичности. Следовательно можно ими пользоваться при оценке стойкости конструкции сепаратора реактора ЭВА а также можно их использовать в экстраполяции стойкости для более высоких флюенсов .

3 - Анализ свойств материала в избранных наиболее опасных местах плаща и плиты сепаратора показал, что наиболее опасным местом, которое может подвергатся разрушению является плита сепаратора. Заключение это вытекает из низких пластических свойств материала (As = 6/6), сложной геометрии изделия и величины флюенса быстрых нейтронов (I t 42«I^ нейтр,.см~ 2 ) .

Следующим элементом, который может подвергатся разрушению, с учетом степени опасности является верхнее окружное сварное соединение .

-54Основным недостатком в процессе проектирования и изготовления сепаратора из сплава ПАР-I был недосмотр за проведением атестации материалов и изделий а также необлучение образцов-свидетелей для проведения контроля стойкости конструкционных материалов во время эксплуатации. В связи с этим в настоящее время нет достоверных источников которыми можно пользоваться в оценке свойств элементов сепаратора в течение его эксплуатации и что заставило пользоваться материалами из реактора МАРИЯ, что в какой то мере уменьшило степень их соответствия .

5 - Запроектирование несущей плиты сепаратора со сплава ПАР-1 в состоянии упрочненым путем искусственного старения надо оценить как рискованное, особенно и потому, что технические условия были не выдержаны, так как согласно этим условиям требовалось материал характеризующийся пластичностью измеряемой относительным удлинением равным 12% в то время как в действительности изготовлено из материала имеющего относительное удлинение &%, Упрочнение, основанное на пересыщению и искусственном старении, ставит себе целью изготовление сплава ПАР-I в котором прочностные свойства превышают пластические. Принимая возрастание хрупкости в результате воздействия флюенса быстрых нейтронов не трудно предсказать опасность для несущей плиты вытекающей с возрастания хрупкости. '

-55Литература

1. David Broek, "Elementary Engineering Fracture Mechanics"»

Maardhoff International Publishing, 1971

2. C.Dbrowski, J.Krystosik, W.Lipiec, "Wyznaczenie aktywnoci i mocy dawki ekspozycji w elementach konstrukcyjnych reaktora EWA". Opracowanie IEAO-77/ORiPI/84, 1984 3. "Reaktor EWA". Informator dla uytkownikw. Zakad Eksploatacyjny IBJ, Raport IBJ 1474/XI/R/B, 1973

4. A.Kozie, B.Pytel, "Pomiary strumieni neutronw termicznych i prdkich w kanaach reaktora EWA o rnej lokalizacji" .

Opracowanie IEA O-23/ORiPI/86, 1986

5. N.D.Tomaszw, "Teoria korozji i ochrony metali". PWN, Warszawa 1962

6. V.R.Evans, "The corrosion and oxydation of metals". Arnold, London 1968

7. Г.Ухлиг, "Коррозия металлов", Металлургия, Москва, 1968

8. Opracowanie IBJ nr O-377/X1V/70

9. D.M.Skorow И ДР» "Materiaoznawstwo reaktorowe", PTJ,




Похожие работы:

«Порше Центр Тольятти • 445024 • Тольятти • Революционная, 82 ООО "Премьер-Спорт"Получатель: PC Togliatty/Samara (Premier Sport), Революционная, 82 445024 Тольятти 445024 Тольятти Телефон: +7-8482-502911 Ул Революцион...»

«Тренинг для учителей "Конфликты и пути их решения". Составила: Щаднева Е.А. Педагог – психолог МКОУ "СШИ р.п.Межевой" Один философ сказал: „.тот, кто умеет управиться с конфликтами путем их признания и регуляции, берет под свой контроль ритм истории. (Г. Дарендорф) Игра – приветствие Цель: включение в работу.Знакомство с целями и пра...»

«Порше Центр Тольятти • 445024 • Тольятти • Революционная, 82 ООО "Премьер-Спорт"Получатель: PC Togliatty/Samara (Premier Sport), Революционная, 82 445024 Тольятти 445024 Тольятти Телефон: +7-8482-502911 Ул Революционная 82 Телефакс...»

«Порше Центр Сочи • 354207 • Сочи • Батумское шоссе OOO Арт гараж Получатель: PC Sochi (ART GARAGE), Батумское шоссе 354207 Сочи 354207 Сочи Телефон: +7-861-255-3030 Батумское шоссе 99 Телефакс: +7-861-255-3030 Email:...»

«МИНИСТЕРСТВО МИНИСТЕРСТВО МИНИСТЕРСТВО РЕЧНОГО ФЛОТА ТРАНСПОРТНОГО МОРСКОГО ФЛОТА РСФСР СТРОИТЕЛЬСТВА СССР СССР ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИЕМКИ Р А Б О Т ПО ВОЗВЕДЕНИЮ М ОРСКИХ И РЕЧНЫ Х П О РТОВЫ Х СООРУЖ ЕНИЙ Г л а в а IX ИЗГОТОВЛЕНИ...»

«Паспорт изделия DS-I114 Компактная IP-видеокамера DS-I114 Ключевые особенности: Разрешение 1Мп DWDR PIR-датчик Встроенные микрофон и динамик ИК-подсветка до 10м Поддержка PoE * Изображения и спецификации могут быть изменены без доп...»

«ЕВРАЗИЙСКИЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (ЕАСС) EURO-ASIAN COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (EASC) ГОСТ 31027_ МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ стандарт (ИСО 937:1978) МЯСО И МЯСНЫЕ ПРОДУКТЫ Определение содержания азота (арбитражный метод) (ISO 937:1978, MOD)...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.