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1、第34卷增刊原子能科学技术Vol.34.Suppl.2000年9月AtomicEnergyScienceandTechnologySep.2000反应堆压力容器钢早期疲劳损伤无损检测徐远超,于庆凯,宁广胜,张长义,徐延平(中国原子能科学研究院,北京 102413)摘要:正电子湮没线形参数测量和寿命测量对A508cl.3钢中位错密度反映是灵敏的。当疲劳损伤N/Nf≤10%,被测数据与损伤量有较好的对应关系。5MHz和15MHz超声衰减常数测量结果与上述情况类似。为验证无损检测结果,进行了TEM观测。关键词:压力容器钢;疲劳损伤;无损检测;正电
2、子寿命;S参数;超声衰减常数中图分类号:TL37516文献标识码:A文章编号:100026931(2000)S020098204反应堆压力容器(RPV)是核电厂最重要的设备之一,而且不可更换。压力容器形状不连续区(变截面区),例如冷却剂进出口管嘴区、法兰区等,长期经受机械应力和热应力,疲劳损伤比较严重。由于几何形状和受力状态的复杂性,从而降低力学计算和预测结果的可靠性和有效性。为了对压力容器老化进程做到“定量”掌握和“量化”管理,对敏感部位的疲劳损伤无损检测,确定其疲劳利用系数是非常必要的。1 疲劳试验试验材料为国产A508cl.3钢。试验
3、材料从反应堆压力容器产品延长段1/4厚度处取样,试样轴线方向垂直主锻方向。试样的形状和尺寸示于图1。在室温和大气中完成恒应变控制的低周疲劳试验,Rε=0。疲劳试验条件:总应变Δεt=0170%,弹性应变Δεe=0138%,塑性应变Δεp=0132%,拉应力σmax=355MPa,压应力σmin=-360MPa,至断裂的Nf=8600周,f=0136Hz。试验机为MTS250T电液伺服材料试验机。当加载周次N=0、4、9、43、172、430、860、1720、4300、8600周时,对应的N/Nf分别为0%、0105%、011%、015%、
4、2%、5%、10%、20%、50%和100%。2TEM观测不同加载周次的疲劳试样TEM形貌示于图2。无疲劳损伤的材料,由于经过锻造,存在9-2清晰的位错网络(图2a),位错密度约为8×10cm。在N/Nf=2%样品中,位错严重缠结收稿日期:2000201210;修回日期:2000204220基金项目:国际原子能机构资助项目(No.9949)作者简介:徐远超(1942—),男,湖北随州人,研究员,反应堆材料专业增刊 徐远超等:反应堆压力容器钢早期疲劳损伤无损检测99图1 疲劳试样形状和尺寸Fig.1Dimensionsofthefatigu
5、especimen11-2并出现包结构,在一定方向位错缠结有序化(图2b),位错密度约为1×10cm。在N/Nf=20%样品中,包结构内位错密度降低,在夹杂物边界及某些取向,已萌生微裂纹(图2c)。图2A508cl.3钢疲劳损伤TEM形貌Fig.2TEMphotographsofA508cl.3steelbeforeandafterfatiguea———N/Nf=0;b———N/Nf=2%;c———N/Nf=20%3 疲劳损伤无损检测311 正电子湮没测量本实验采用了γ光子能谱多普勒增宽线形分析和正电子湮没寿命谱测量。1)多普勒增宽能谱的测
6、量 测量多普勒增宽能谱的装置示于图3。由Ge(Li)或高纯Ge探头测量每个γ光子的能量,来自探头的脉冲电压经适当放大后送入多道分析器记录。实验中要求能量分辨率尽可能高,并要求采用稳谱措施。图3 多普勒增宽谱仪方框图Fig.3SchematicdiagramofDopplerspectrometer2)正电子湮没寿命谱的测量 在金属或合forlineshape2broadeninganalysis金的空位型缺陷(空位团、位错)处,由于缺乏正离子,电子密度较低,正电子湮没的概率较小,从而使其寿命较长。从正电子寿命谱可以获得金属或合金的缺陷信息。
7、本实验的解谱采用了比较通用的POSITRONFIT程序。把寿命谱看作3个指数衰减成分(τ1、τ2、τ3)的叠加与仪器分辨函数的卷积。τ1代表正电子体寿命与位错处寿命的组合,τ2代表空位团处的寿命,τ3代表100原子能科学技术 第34卷样品表面效应。正电子平均寿命τm=I1τ1+I2τ2,I1、I2是对应于τ1、τ2的缺陷(组份)强度。3)正电子湮没测量的试样 从每个疲劳加载试样的工作段用线切割方法截取两个圆片,其厚度约为215mm,用平面磨床研磨,再用细砂纸研磨至2mm左右。测量时,将载带正电子22源(Na)的Ni箔夹在两块样品之间,并置
8、于探测器前面。4)实验结果及分析 γ能谱仪的能86量分辨率:Sr的单能γ光子计数曲线峰值一半处的宽度(FWHM)为115keV。正电子寿命值精度为±2ps。正电子湮没线型参数S及
