ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ В ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ

Полезная модель относится к области реакторного материаловедения и может быть применена для реакторных испытаний конструкционных материалов ядерных реакторов.
Известны схемы устройств, используемых для нагружения образцов и задания различных типов напряженно-деформированного состояния материала ("Stress state dependence of in-reactor creep and swelling. Part 2: Experimental Results". M.M.. Hall Jr., J.E. Flinn // Journal of nuclear materials, 2010. V.396. P.119-129.) В данной работе описаны устройства для испытания образцов из стали 304 на внутриреакторную ползучесть и распухание. С помощью таких образцов реализуется одноосное растяжение, одноосное сжатие, двухосное растяжение, двухосное сжатие и окружное растяжение. Недостатком является невозможность реализовать одновременно воздействие на материал как растягивающих, так и сжимающих напряжений. Указанный недостаток обусловлен конструкцией устройств.
Известен образец для испытания материалов на длительную прочность в канале ядерного реактора: заявка на изобретение №93013102 (1995.07.20, авторы: Попов В.В., Потапов Ю.В.). Образец, содержит тонкостенную трубку, нагруженную газом под давлением. Образец помещают в вакуумированную ампулу, устанавливают в реактор таким образом, что часть ампулы с образцом находится в активной зоне, а часть - вне активной зоны, и облучают до разрушения образца, причем время до разрушения образца определяют сравнением величин относительных деформаций необлученной части ампулы и ампулы-аналога, испытанной вне реактора при тождественных параметрах нагружения. Недостатком устройства является то, что реализуются напряженно-деформированное состояние испытываемого материала под действием напряжений только одного типа - растягивающих напряжений.
Указанный недостаток обусловлен конструктивными свойствами устройства.
Целью заявляемого технического решения является повышение информативности и достоверности результатов изменения свойств реакторных материалов при облучении в реакторе при различных типах напряженно-деформированного состояния.
Поставленная цель достигается тем, что образец для испытания материалов в ядерном реакторе содержит два коаксиально совмещенных трубчатых элемента, один из которых полностью или частично находится внутри другого и полость между ними, при этом в полости между элементами создано избыточное давление газа, а трубчатые элементы сварены с торцов с помощью концевых деталей в виде цилиндрических фигурных пробок.
Минимальный зазор между элементами составляет не менее 0,1 мм.
Технологически сложно обеспечить меньший зазор, возможны перекосы, что может привести к недостоверным результатам.
Толщина стенок трубчатых элементов не превышает величины зазора между элементами.
Внутренний объем составного образца между внутренним и внешним элементом заполнен инертным газом (аргон, гелий) под давлением, обеспечивающим требуемый уровень напряжений в трубчатых конструктивных элементах.
Использование составного образца, состоящего из двух коаксиально совмещенных трубчатых элементов, внутреннего, находящегося под действием сжимающих напряжений и внешнего, находящегося под действием растягивающих напряжений, позволяет при одинаковых температурно-дозовых условиях реакторного облучения реализовать одновременно два принципиально различных типа напряженно-деформированного состояния испытываемого конструкционного материала.
После проведения реакторных испытаний проводят измерения геометрических размеров трубчатых конструктивных элементов для определения величины их деформации.
На прилагаемом чертеже изображено заявляемое устройство, где:
1 - внутренний трубчатый элемент;
2 -- внешний трубчатый элемент;
3 - нижняя кольцевая пробка;
4 - верхняя кольцевая пробка;
5 - технологическая заглушка.
Были изготовлены составные трубчатые образцы для испытания материала в ядерном реакторе БОР-60. Для заготовок использовали трубу из стали Х18Н10Т в аустенизированном состоянии диаметром 10,2 мм с толщиной стенки 0,5 мм. Трубу для внутренней части образцов перетягивали на прокатном станке из исходной трубы 10,2×0,5 мм на размер 6,03×0,55. После перетяжки трубы проводили совместную термообработку труб большого и малого диаметров, аустенизацию при температуре 1050°C в течение 30 минут с дальнейшим охлаждением с печью. Таким образом, добились однотипного структурного состояния металла труб.
Изготовлены 8 образцов, по два на каждый уровень давления - 0, 25, 70 и 100 атм. Образцы заполнялись аргоном и герметизировались с помощью аргонно-дуговой сварки в условиях избыточного давления с последующем проведением испытаний на герметичность. Все изготовленные образцы оказались герметичными.
Образцы были размещены в реакторе и испытаны при температурах (420-450)°C до повреждающих доз 15 и 30 сна. После проведения реакторных испытаний были проведены измерения геометрических размеров трубчатых конструктивных элементов для определения величины их деформации.