提高核压力容器脆化监测可靠性的方法

摘要

本发明公开一种提高核压力容器脆化监测可靠性的方法，属核反应堆安全技术研究领域。本发明将监测试验用过的试样，经过改造设计，用电子束焊接的方法。最后制得八个新的预制疲劳裂纹却贝尺寸试样。由通常一个试样只能得到一至三个断裂韧性数据增加到九个，相当于在压力容器内腔尺寸不变的前提下，把断裂韧性监测试样的数量增加了三至九倍，能显著提高核压力容器脆化监测的可靠性。

说明书

本发明属核反应堆安全技术研究领域，是一种提高核反应堆压力容器中子辐射脆化监测可靠性的方法。

反应堆压力容器在运行过程中会因中子辐射损伤而脆化，从而缩短压力容器的使用寿命。为此在反应堆压力壳内要装入大量小尺寸试样，以供其在整个30年到40年的设计寿命内能周期性地取出试样来监测压力容器钢性能的退化。由于核反应堆压力容器内腔宝贵的空间尺寸的限制，过去放入的大都是常规的拉伸和冲击试样（ASTM    E185-82）。近年来，英美等国也开始了采用预制疲劳裂纹的却贝试样及紧凑拉伸试样来监测反应堆压力壳在运行过程中断裂韧性的变化（ASTM    E636-83）。

为了从经受中子辐射的试样材料中获得更多的信息，以利于核压力容器的最佳运行设计，对试验用过的试样加以二次开发利用已引起了人们的关注（Mc    Connel，P.et    al.ASTM    STP888，1986），这些方法主要有：①中子辐射过的标准V形缺口却贝冲击试样，冲击试验进行完以后，用螺柱电弧焊方法在冲断的半截试样两端分别焊接上两个支承杆，把试样接长到标准长度，从而形成一个新的冲击试样;也可采用机械连接方法将试验后冲断的半截试样接长并构成一个新的标准冲击试样。如果经过预制疲劳裂纹也能测量中子辐射过材料的断裂韧性。另外是②将冲断的半截却贝试样压入一个专门夹具，并经过预制疲劳裂纹，从而得到一个新的紧凑拉伸试样。采用上述这些方法可将通常一个试样只能得到一个韧性试验数据增加到三个。

由于反应堆压力容器内腔尺寸的限制，在ASTM    E636-83中也介绍了把小的辐射试块通过焊接制成大尺寸的复合试样的方法。例如，制成紧凑拉伸复合试样以及动态撕裂复合试样。

本发明的目的是，在前人工作基础上，将脆化监视试样用过的预制疲劳裂纹却贝试样进行重新设计，从一个试样只能获得一至三个断裂韧性数据提高到获得九个断裂韧性试验数据，这样就可大为改善和增加了断裂韧性评定的可靠性。

本发明的基本原理是：

经过中子辐射的预制疲劳裂纹却贝尺寸监测试样，在经过准静态或动态三点弯曲试验后，可以得到一个断裂韧性数据，然后把试验用过的两个半截却贝试样用极细的钼丝进行线切割等分加工成八段。采用高能密度焊接方法在每一段的两侧分别接上支承杆以恢复却贝试样的标准长度尺寸，这样就构成了八个新的却贝尺寸复合试样，中间部分为中子辐射过的材料，两端为支承杆材料。经反复试验表明支承杆材料应为焊接结构用钢，其强度水平比辐射材料强度高或低20%均无影响。采用高能密度的真空电子束焊接方法可以显著减小焊接热辐射对中间材料的热影响范围。在本设计中中间辐射材料的宽度为5mm时，焊接加热并不影响这种却贝复合试样的试验结果。

以下结合附图对发明作进一步描述：

图1是电子束焊接时试样各部分的定位和装夹。

图2是已焊成的新却贝尺寸复合试样。

经过中子辐射的预制疲劳裂纹却贝尺寸试样，在经过准静态或动态三点弯曲试验后，把试验用过的两个半截却贝试样用直径0.12mm的钼丝进行线切割，成长度为5.5mm的八等分小段，截面积仍为10×10mm²;将上述长度为5.5mm的样品两端经磨削加工为5mm。支承杆材料为未经辐射的A508CI3钢等核压力容器用钢，加工成截面积为10×10mm²，长度为25mm。新构成的却贝复合试样中间部分是长度为5mm的辐射监测试验用过的材料，两端为支承杆用材料。参照附图1，将长度为5mm的辐射过的材料小段（1）和两端支承杆（2），在专门设计的夹具（3）和（3′）上定位，装夹固定，然后在真空电子束焊机上把辐射过的材料小段（1）和支承杆（2）用焊接的方法连接起来。附图2中示出了两条电子束焊接的焊缝（4）。焊好的却贝尺寸复合试样经线切割加工缺口，预制疲劳裂纹，再加工侧槽，从而制成八个新的预制疲劳裂纹却贝尺寸复合试样，这样一个却贝尺寸复合试样可以得到九个断裂韧性数据。

本发明的优点是：

目前在国际上一个却贝试样只能得到一至三个断裂韧性数据，采用上述发明设计的却贝尺寸复合试样，可以得到九个重复性好的断裂韧性数据。反复试验表明其变异系数或相对标准差在3%以内，威布尔分布斜率均大于20，从而显著提高核压力容器的中子辐射脆化监测的可靠性。

本发明的最佳实施条件是：

支承杆材料应为未经辐射的A508CI3钢或A533B等压力容器用焊接结构钢;真空电子束焊时，支承杆（2）端面和中间部分辐射过材料小段（1）的端面要光洁并与复合试样的长度方向垂直;为了减小焊接接头的宽度，必须采用高能密度的真空电子束焊接方法;为了进一步减少热作用及焊接变形却贝复合试样应在紫钢做成的夹具（3）和（3′）中完成焊接过程;从减少焊接时热作用及夹具（3）和（3′）的多次重复使用考虑，夹具（3）和（3′）材料选紫铜为最佳;焊成的却贝复合试样表面不需再进行任何表面加工，即可直接在复合试样中心加工缺口并预制疲劳裂纹，最后加工侧槽。