RU2582626C1 - Method of making welded composite column type sample for testing crack resistance of irradiated metal - Google Patents

Method of making welded composite column type sample for testing crack resistance of irradiated metal Download PDF

Info

Publication number
RU2582626C1
RU2582626C1 RU2015101933/05A RU2015101933A RU2582626C1 RU 2582626 C1 RU2582626 C1 RU 2582626C1 RU 2015101933/05 A RU2015101933/05 A RU 2015101933/05A RU 2015101933 A RU2015101933 A RU 2015101933A RU 2582626 C1 RU2582626 C1 RU 2582626C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal
insert
welded
irradiated
crack resistance
Prior art date
Application number
RU2015101933/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Павлович Карзов
Борис Захарович Марголин
Андрей Яковлевич Варовин
Виктор Иванович Костылев
Валентин Николаевич Фоменко
Борис Аронович Гурович
Денис Александрович Журко
Сергей Александрович Бубякин
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей")
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей"), Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт") filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей")
Priority to RU2015101933/05A priority Critical patent/RU2582626C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2582626C1 publication Critical patent/RU2582626C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: test equipment.
SUBSTANCE: invention relates to methods for testing of metals on crack resistance, in particular to production of welded composite sample of CT type for testing metal irradiated crack resistance of standard techniques. Holder is made from unirradiated metal and insert from irradiated metal fragment previously tested witness sample for housings of VVER. At first stage insert is made. At second stage metal for manufacture of a shell is selected, to do so yield point of insert irradiated metal is defined and by diagram "yield point of metal insert-yield point of metal cartridge" metal yield point is determined and metal cartridge elements are made from selected metal. With help of electron-beam or laser welding is performed by welding in certain sequence of separate elements cartridge to insert. First, welded front element holder, then welded side elements and then last weld seam welded rear element holder. At that, condition are made that temperature in centre of irradiated metal insert during welding does not exceed temperature of radiation. Then rear element of cartridge is cut before insertion and then after cyclic loading and fatigue crack growth to middle of insert. Then test sample is tested for crack resistance of composite welded by standard technique.
EFFECT: higher reliability of test results on crack resistance of irradiated metal by testing of the proposed welded composite CT type sample due to reduction of residual welding strains with preservation of properties of irradiated metal.
2 cl, 2 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к методам испытаний металлов на трещиностойкость [1-4], в частности к способу изготовления сварного составного образца типа СТ для испытаний на трещиностойкость облученного металла, и может быть использовано в научно-исследовательских организациях для определения свойств металла эксплуатирующихся корпусов водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР).The invention relates to methods for testing metals for crack resistance [1-4], in particular, to a method for manufacturing a welded composite specimen of type ST for testing the crack resistance of irradiated metal, and can be used in research organizations to determine the properties of metal in exploited water-hydrous energy buildings Reactors (VVER).

Для надежной оценки текущего состояния и определения ресурса корпусов ВВЭР необходимо получение прямых экспериментальных данных по трещиностойкости металла корпусов реакторов, которые непосредственно используются при расчете на сопротивление хрупкому разрушению корпусов реакторов. В настоящее время большинство данных по трещиностойкости металла корпусов реакторов действующих ВВЭР получено при испытаниях малоразмерных (сечением 10×10 мм) образцов-свидетелей типа Шарпи с трещиной. Известно, что трещиностойкость, определенная на малоразмерных образцах такого типа, является завышенной по сравнению с трещиностойкостью, определенной на образцах типа СТ, что может привести к неадекватным оценкам при расчетах на сопротивление хрупкому разрушению корпусов реакторов. Кроме того, количество образцов-свидетелей для действующих ВВЭР достаточно ограничено, что может привести к дополнительным погрешностям при определении трещиностойкости металла.To reliably assess the current state and determine the life of VVER hulls, it is necessary to obtain direct experimental data on the fracture toughness of metal in reactor vessels, which are directly used in calculating the resistance to brittle fracture of reactor vessels. At present, most of the data on the fracture toughness of metal in the hulls of reactors of operating WWERs have been obtained in tests of small-sized (10 × 10 mm cross-section) Charpy-type witness specimens with a crack. It is known that the crack resistance determined on small samples of this type is overestimated in comparison with the crack resistance determined on samples of the ST type, which can lead to inadequate evaluations when calculating the resistance to brittle fracture of reactor vessels. In addition, the number of witness samples for existing VVER is quite limited, which may lead to additional errors in determining the fracture toughness of the metal.

Известен способ изготовления сварного составного образца типа СТ, описанный в [5] и приятый нами за прототип, суть которого заключается в том, что вначале из обломка испытанного ранее облученного образца-свидетеля изготавливают вставку, затем из необлученного металла изготавливают обойму по форме и размерам, соответствующую стандартному образцу СТ, далее в центре обоймы прорезают сквозное гнездо по размерам, соответствующим размерам вставки, после этого вставку приваривают к обойме по периметру с помощью электронно-лучевой или лазерной сварки, далее прорезают надрез и симметрично ему изготавливают два отверстия для захватов испытательной машины, затем путем приложения к образцу знакопеременной нагрузки выращивают усталостную трещину до середины вставки с последующим испытанием полученного образца в соответствии со стандартной методикой испытаний на трещиностойкость.A known method of manufacturing a welded composite specimen of type ST, described in [5] and pleasant for our prototype, the essence of which is that first an insert is made from the wreckage of a previously tested irradiated witness specimen, then a ferrule is made of non-irradiated metal in shape and size, corresponding to the standard CT model, then a through socket is cut in the center of the cage according to the dimensions corresponding to the size of the insert, after that the insert is welded to the cage along the perimeter using electron beam or laser welding, then an incision is cut and two holes are made symmetrically for the grips of the test machine, then, by applying an alternating load to the specimen, the fatigue crack is grown to the middle of the insert, followed by testing of the obtained specimen in accordance with the standard crack resistance test procedure.

Недостатком известного способа изготовления образца является то, что в процессе приварки вставки к жесткой конструкции обоймы в металле вставки возникают растягивающие остаточные сварочные напряжения, которые в дальнейшем при испытаниях на трещиностойкость приводят к существенному занижению определяемой трещиностойкости исследуемого металла вставки.A disadvantage of the known method of manufacturing the sample is that during welding of the insert to the rigid structure of the cage, tensile residual welding stresses arise in the metal of the insert, which subsequently leads to a significant underestimation of the determined fracture toughness of the test metal of the insert when tested for crack resistance.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности результатов испытаний на трещиностойкость облученного металла путем испытания предлагаемого сварного составного образца типа СТ за счет снижения остаточных сварочных напряжений при сохранении свойств облученного металла.The technical result of the invention is to increase the reliability of the test results for crack resistance of irradiated metal by testing the proposed welded composite specimen type ST by reducing residual welding stresses while maintaining the properties of the irradiated metal.

Технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом способе изготовления сварного составного образца типа СТ для испытания на трещиностойкость облученного металла, включающем изготовление вставки из облученного металла обломка ранее испытанного образца-свидетеля и обоймы из необлученного металла, создание в обойме сквозного гнезда по размерам, соответствующим размерам вставки, размещение в нем вставки и приварку с помощью электронно-лучевой или лазерной сварки вставку к обойме, прорезку на обойме образца надреза, изготовление в обойме отверстий для захватов испытательной машины, расположенных симметрично относительно надреза, далее путем приложения к образцу знакопеременной нагрузки производят выращивание усталостной трещины до середины вставки с последующим испытанием на трещиностойкость изготовленного образца в соответствии со стандартной методикой, согласно изобретению предварительно определяют предел текучести облученного металла вставки и далее по диаграмме «предел текучести металла вставки - предел текучести металла обоймы» выбирают металл для обоймы, а саму обойму изготавливают составной, состоящей из отдельных элементов, которые последовательно приваривают к облученной вставке, вначале приваривают к ней передний элемент обоймы, затем поочередно приваривают к вставке оба боковых элемента обоймы и после этого последним сварным швом приваривают задний элемент обоймы, при этом создают условия, чтобы температура в центре вставки облученного металла в процессе сварки не превышала температуру облучения, затем прорезают задний элемент обоймы до вставки, потом после циклического нагружения и выращивания усталостной трещины до середины вставки последующее испытание сварного составного образца на трещиностойкость проводят по стандартной методике.The technical result is achieved due to the fact that in the proposed method for manufacturing a welded composite specimen of type ST for testing the crack resistance of irradiated metal, which includes fabricating an insert from an irradiated metal a fragment of a previously tested witness specimen and a cage of unirradiated metal, creating a through socket in size in the cage, the appropriate dimensions of the insert, placement of the insert in it and welding by electron beam or laser welding insert to the holder, cutting on the holder of the notch sample, the holes in the grip of the test machine are arranged symmetrically with respect to the notch; then, by applying an alternating load to the specimen, the fatigue crack is grown to the middle of the insert, followed by the crack resistance test of the manufactured specimen in accordance with the standard procedure, according to the invention, the yield strength of the irradiated insert metal is preliminarily determined and then on the diagram "yield strength of the metal of the insert - yield strength of the metal of the cage" choose metal for the clip, and the clip itself is made of a composite consisting of individual elements that are sequentially welded to the irradiated insert, first the front clip element is welded to it, then both side clips of the clip are welded to the insert, and then the back clip element is welded to the last weld, in this case, conditions are created so that the temperature in the center of the insert of the irradiated metal during welding does not exceed the irradiation temperature, then the rear element of the clip is cut before insertion, then after a cycle nical loading and fatigue crack growing to mid insert further test composite sample weld crack resistance is carried out by standard methods.

Предлагаемый способ изготовления сварного составного образца типа СТ с использованием электронно-лучевой или лазерной сварки и предлагаемой последовательностью выполнения сварных швов, показанной в фиг. 1, обеспечивает следующее.The proposed method for manufacturing a welded composite specimen of type CT using electron beam or laser welding and the proposed sequence of welds shown in FIG. 1 provides the following.

1. Значения остаточных сварочных напряжений и их градиент в центре вставки практически равны нулю и, как следствие, отсутствие их влияния на величину трещиностойкости, определяемую при испытаниях предлагаемого сварного составного образца. Такой результат является следствием того, что в предлагаемом образце обойма является не цельной, как в образце-прототипе, а составной, и сварка отдельных элементов обоймы со вставкой проводится с помощью прямолинейных швов отдельно и последовательно друг за другом. Это приводит к тому, что при сварке одного шва свариваемые части имеют свободную усадку по сравнению с образцом-прототипом, в котором сварка производится в жесткий контур, в результате чего появляются значительные растягивающие остаточные напряжения. Кроме того, предлагаемая последовательность выполнения швов, представленная в фиг. 1, приводит к тому, что в результате суммирования знакопеременных продольных и поперечных остаточных сварочных напряжений от каждого шва результирующие остаточные сварочные напряжения в центре вставки практически равны нулю.1. The values of the residual welding stresses and their gradient in the center of the insert are practically zero and, as a result, the absence of their influence on the value of crack resistance, determined during testing of the proposed welded composite sample. This result is a consequence of the fact that in the proposed sample, the clip is not integral, as in the prototype sample, but composite, and the welding of individual elements of the clip with an insert is carried out using straight-line seams separately and sequentially one after another. This leads to the fact that when welding one weld, the parts to be welded have free shrinkage compared to the prototype sample, in which welding is performed in a rigid circuit, as a result of which significant tensile residual stresses appear. In addition, the proposed weld sequence shown in FIG. 1, leads to the fact that, as a result of summing the alternating longitudinal and transverse residual welding stresses from each weld, the resulting residual welding stresses in the center of the insert are practically zero.

2. При изготовлении образца с использованием сварки необходимо обеспечить условия, при которых температура металла в центре вставки в процессе сварки не превысит температуру облучения. Такое ограничение по температуре необходимо во избежание «отжига» радиационных дефектов в облученном металле в центре вставки, поскольку при перегреве металла при сварке определяемая трещиностойкость на сварных составных образцах будет завышена вследствие восстановления свойств облученного металла. Применение в предлагаемом способе высокоскоростной электронно-лучевой или лазерной сварки для сварки швов с полным охлаждением после выполнения каждого шва позволяет обеспечить температуру металла в центре вставки в процессе сварки, не превышающую температуру облучения.2. In the manufacture of a sample using welding, it is necessary to ensure conditions under which the temperature of the metal in the center of the insert during welding does not exceed the irradiation temperature. This temperature limitation is necessary in order to avoid "annealing" of radiation defects in the irradiated metal in the center of the insert, since upon overheating of the metal during welding, the determined crack resistance on the welded composite samples will be overestimated due to the restoration of the properties of the irradiated metal. The use in the proposed method of high-speed electron beam or laser welding for welding seams with complete cooling after each seam is performed allows the temperature of the metal in the center of the insert during welding to not exceed the irradiation temperature.

3. Важным фактором, влияющим на определяемую трещиностойкость металла вставки, являются механические свойства металла обоймы. В самом деле, если предел текучести металла обоймы σ 0,2 о б о й м ы

Figure 00000001
будет значительно ниже, чем предел текучести металла вставки σ 0,2 в с т а в к и
Figure 00000002
, то при нагружении образца деформироваться будет в основном обойма. В этом случае значение определяемой трещиностойкости KJC будет завышено из-за завышенного значения перемещений по линии действия нагрузки. В противоположном случае, когда σ 0,2 о б о й м ы > σ 0,2 в с т а в к и ,
Figure 00000003
трещиностойкость KJC будет занижена. В предлагаемом способе изготовления сварного составного образца выбор значения предела текучести металла обоймы выполняется по диаграмме «предел текучести металла вставки - предел текучести металла обоймы», представленной в фиг. 2. Данная диаграмма была получена авторами на основе трехмерных численных расчетов напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов для стандартного и сварного составного образца типа СТ. Построение диаграммы осуществлялось путем определения таких сочетаний значений пределов текучести металла вставки и обоймы, которые обеспечивают идентичность напряженно-деформированного состояния рассмотренных образцов. Поэтому значение предела текучести металла обоймы, определенное по этой диаграмме, обеспечивает одинаковое деформирование металла вставки у вершины трещины предлагаемого сварного составного СТ образца и стандартного цельного образца типа СТ, изготовленного целиком из металла вставки, что приводит к практически одинаковым результатам при испытаниях на трещиностойкость этих образцов.3. An important factor affecting the determined fracture toughness of the insert metal is the mechanical properties of the ferrule metal. In fact, if the yield strength of metal clips σ 0.2 about b about th m s
Figure 00000001
will be significantly lower than the yield strength of the metal insert σ 0.2 at from t but at to and
Figure 00000002
, then when loading the sample will be deformed mainly clip. In this case, the value of the determined crack resistance K JC will be overestimated due to the overestimated value of displacements along the load line. In the opposite case, when σ 0.2 about b about th m s > σ 0.2 at from t but at to and ,
Figure 00000003
crack resistance K JC will be underestimated. In the proposed method for manufacturing a welded composite sample, the choice of the yield strength of the metal of the casing is carried out according to the diagram "The yield strength of the metal of the insert - the yield strength of the metal of the casing", presented in FIG. 2. This diagram was obtained by the authors on the basis of three-dimensional numerical calculations of the stress-strain state by the finite element method for a standard and welded composite sample of type ST. The construction of the diagram was carried out by determining such combinations of the yield strengths of the insert metal and the cage that ensure the identity of the stress-strain state of the considered samples. Therefore, the value of the yield strength of the metal of the cage, determined from this diagram, provides the same deformation of the insert metal at the crack tip of the proposed welded composite CT specimen and a standard solid CT type specimen made entirely of insert metal, which leads to almost identical results when tested for crack resistance of these specimens .

4. Геометрические размеры предлагаемого сварного составного СТ образца соответствуют размерам стандартных СТ образцов и экспериментальное определение трещиностойкости выполняется согласно стандартным методикам испытаний на трещиностойкость.4. The geometric dimensions of the proposed welded composite CT specimen correspond to the dimensions of standard CT specimens and the experimental determination of fracture toughness is carried out according to standard methods of fracture toughness testing.

5. В предлагаемом способе изготовления сварного составного образца типа СТ рекомендуется использовать вставки с типовым размером - L×10 мм, где L=10÷20 мм. Данные размеры обусловлены размерами обломков образцов Шарпи с трещиной, из которых изготавливают вставки. Этапы изготовления сварного составного образца типа СТ со вставкой L×10 мм показаны в фиг. 1.5. In the proposed method for manufacturing a welded composite specimen of type ST, it is recommended to use inserts with a typical size - L × 10 mm, where L = 10 ÷ 20 mm. These dimensions are determined by the size of the fragments of Charpy cracked specimens from which the inserts are made. The steps for manufacturing a welded composite specimen of type CT with an insert of L × 10 mm are shown in FIG. one.

6. Применение предложенного способа изготовления сварных составных образцов типа СТ позволит в три раза увеличить количество экспериментальных данных для исследуемого облученного металла корпуса реактора, поскольку из обломков одного испытанного ранее образца-свидетеля типа Шарпи с трещиной можно дополнительно изготовить два образца типа СТ.6. The application of the proposed method for the manufacture of welded composite samples of type ST will allow three times to increase the amount of experimental data for the investigated irradiated metal of the reactor vessel, since from the fragments of one previously tested Charpy-type witness specimen with a crack, two samples of type ST can be additionally made.

Экспериментальная верификация предлагаемого способа изготовления сварного составного СТ образца была выполнена путем сравнения величины референсной температуры хрупкости, Т0, рассчитанной на основании экспериментальных данных по трещиностойкости, полученных с использованием сварных составных СТ образцов и цельных стандартных СТ образцов. В качестве исследуемых материалов был использован металл корпусов реакторов типа ВВЭР в различных состояниях: в исходном (необлученном) и облученном. В качестве необлученного металла была использована сталь марки 15Х2НМФА-А, из которой изготовляются корпусы реакторов ВВЭР-1000. Химический состав исследованного металла стали марки 15Х2НМФА-А представлен в таблице 1.The experimental verification of the proposed method for manufacturing a welded composite CT specimen was performed by comparing the value of the reference fragility temperature, T 0 , calculated on the basis of experimental data on crack resistance obtained using welded composite CT specimens and solid standard CT specimens. As the studied materials, we used the metal of VVER-type reactor vessels in various states: in the initial (unirradiated) and irradiated. As non-irradiated metal, 15Kh2NMFA-A steel was used, from which VVER-1000 reactor vessels are made. The chemical composition of the investigated metal steel grade 15X2NMFA-A are presented in table 1.

Figure 00000004
Figure 00000004

В качестве облученного металла был использован основной металл (сталь марки 25Х3НМ) корпуса реактора типа ВВЭР, который эксплуатировался 30 лет. Химический состав исследованного металла стали марки 25Х3НМ представлен в таблице 2.As the irradiated metal, the main metal (25Kh3NM grade steel) of the WWER reactor vessel, which has been in operation for 30 years, was used. The chemical composition of the investigated metal steel grade 25X3HM are presented in table 2.

Figure 00000005
Figure 00000005

Из необлученного металла стали марки 15Х2НМФА-А и облученного металла стали марки 25Х3НМ были изготовлены цельные стандартные образцы типа СТ. Изготовление цельных стандартных СТ образцов было выполнено согласно ASTM Е 399 [2]. Было изготовлено 12 цельных стандартных СТ образцов из стали марки 15Х2НМФА-А и 11 из стали марки 25Х3НМ.From non-irradiated metal of grade 15X2NMFA-A steel and irradiated metal of grade 25X3NM steel, integral standard specimens of the ST type were made. The manufacture of solid standard CT samples was performed according to ASTM E 399 [2]. 12 one-piece standard ST samples were manufactured from steel grade 15X2NMFA-A and 11 from steel grade 25X3NM.

Изготовление сварных составных образцов типа СТ было выполнено согласно описанному выше способу изготовления сварных составных образцов типа СТ. Вначале было изготовлено и испытано на растяжение по 3 гладких цилиндрических образца (диаметр 3 мм, длина рабочей части 15 мм) для определения пределов текучести исследуемых материалов. Изготовление и испытания на растяжение проводили согласно ГОСТ 1497-84 [6]. Средние значения пределов текучести исследованных материалов при 20°С, определенные по результатам испытаний на растяжение, составили: для необлученной стали марки 15Х2НМФА-А σ0,2=550 МПа, для облученного металла стали марки 25Х3НМ σ0,2=596 МПа. Учитывая полученные значения пределов текучести, по диаграмме в фиг. 2 были определены допустимые значения пределов текучести для металла обоймы: σ0,2±Δσ=530±165 МПа для необлученного металла и σ0,2±Δσ=580±170 МПа для облученного металла. Учитывая эти значения, в качестве металла для изготовления обоймы для образца как с облученной, так и с необлученной вставкой, была выбрана корпусная реакторная сталь 15Х2НМФА-А с пределом текучести, равным 550 МПа.The manufacture of welded composite samples of type ST was performed according to the above method of manufacturing welded composite samples of type ST. Initially, 3 smooth cylindrical specimens (diameter 3 mm, length of the working part 15 mm) were made and tested for tension to determine the yield strengths of the investigated materials. Fabrication and tensile tests were carried out according to GOST 1497-84 [6]. The average yield strengths of the investigated materials at 20 ° C, determined by tensile tests, were: for non-irradiated steel grade 15X2NMFA-A σ 0.2 = 550 MPa, for irradiated metal steel grade 25X3NM σ 0.2 = 596 MPa. Given the obtained values of yield strengths, according to the diagram in FIG. 2, the acceptable values of yield strengths for the metal of the cage were determined: σ 0.2 ± Δσ = 530 ± 165 MPa for unirradiated metal and σ 0.2 ± Δσ = 580 ± 170 MPa for irradiated metal. Given these values, 15Kh2NMFA-A case reactor steel with a yield strength of 550 MPa was chosen as the metal for the manufacture of the holder for the sample with both irradiated and non-irradiated inserts.

Из выбранных материалов были изготовлены элементы обоймы и вставки с размерами, обеспечивающими изготовление сварного составного образца СТ с размерами стандартного образца СТ - 30×31 мм с толщиной В=10 мм. Были изготовлены вставки двух типовых размеров L×10 мм: с длиной вставки L=10 мм и L=20 мм. Вставки из облученного материала были изготовлены из половинок испытанных ранее образцов Шарпи на ударный изгиб. Сварка вставки и элементов обоймы была выполнена согласно описанному выше способу изготовления составных сварных образцов. Вначале с помощью электронно-лучевой сварки приварили к вставке передний элемент составной обоймы, затем поочередно два боковых элемента обоймы и после этого приварили задний элемент обоймы. В процессе сварки контролировали, чтобы температура металла в центре вставки не превышала температуру облучения 270°С. После приварки заднего элемента обоймы в нем наносили надрез до вставки и симметрично ему высверливали два отверстия для захватов испытательной машины. Из вершины надреза путем приложения знакопеременных нагрузок выращивали усталостную трещину. Выращивание исходных усталостных трещин на стандартных и сварных составных образцах выполнялось на резонансной испытательной машине «Румул Микротрон» (Швейцария) мощностью 5 кН в автоматическом режиме контроля величин нагрузки, количества циклов и длины трещины.From the selected materials, cage elements and inserts were made with dimensions ensuring the production of a welded composite specimen ST with dimensions of a standard specimen ST - 30 × 31 mm with a thickness of B = 10 mm. Inserts of two typical sizes L × 10 mm were made: with insert lengths L = 10 mm and L = 20 mm. Inserts of irradiated material were made from halves of previously tested Charpy impact bending samples. Welding of the insert and ferrule elements was carried out according to the method for manufacturing composite welded samples described above. First, using the electron beam welding, the front element of the composite holder was welded to the insert, then two side elements of the holder were alternately and then the rear element of the holder was welded. During the welding process, it was controlled that the temperature of the metal in the center of the insert did not exceed the irradiation temperature of 270 ° C. After welding of the rear cage element, an incision was made in it prior to insertion and two holes were drilled symmetrically for the grips of the testing machine. A fatigue crack was grown from the top of the notch by applying alternating loads. The initial fatigue cracks were grown on standard and welded composite samples on a Rumul Mikrotron resonance testing machine (Switzerland) with a power of 5 kN in the automatic mode of monitoring the load values, the number of cycles, and the crack length.

По описанному выше способу были изготовлены сварные составные СТ образцы: из стали марки 15Х2НМФА-А со вставкой L=20 мм - 12 шт., со вставкой L=10 мм - 8 шт., из стали марки 25Х3НМ со вставкой L=20 мм - 12 шт., со вставкой L=10 мм - 8 шт.According to the method described above, welded composite CT samples were made: from steel grade 15X2NMFA-A with an insert L = 20 mm - 12 pcs., From an insert L = 10 mm - 8 pcs., From steel grade 25X3NM with an insert L = 20 mm - 12 pcs., With an insert L = 10 mm - 8 pcs.

Испытания на трещиностойкость, определение значений KJC и референсной температуры хрупкости, Тo, проводили согласно [4]. Испытания на трещиностойкость образцов типа СТ выполняли на универсальной испытательной машине Zwick/Roell Z100 мощностью 100 кН (Германия). Управляющие модули установок оснащены персональными компьютерами (ПК) и соответствующим программным обеспечением, позволяющим проводить работы в режиме автоматизированного контроля. Для создания необходимой температуры испытания установка снабжена термокриокамерой, которая установлена на нагружающей раме испытательной машины. Контроль температуры осуществлялся с помощью поверенных термопар типа "хромель - алюмель" и цифрового термометра. Образцы испытывались в режиме контроля смещения по оси нагружения. При этом производилась запись диаграммы нагружения в координатах "смещение - нагрузка" в цифровом виде на ПК. Нагружение доводилось до момента скачкообразного разрушения образца. Смещение регистрировалось по датчику раскрытия трещины. В качестве датчика раскрытия трещины использовался высокотемпературный преобразователь фирмы SANDNER. Обработку диаграмм испытаний и расчет характеристик KJC и То проводили по формулам документа [4].Tests for crack resistance, determination of the values of K JC and the reference temperature of fragility, T o , was carried out according to [4]. The crack resistance tests of type ST samples were performed on a Zwick / Roell Z100 universal testing machine with a capacity of 100 kN (Germany). The control modules of the plants are equipped with personal computers (PCs) and the corresponding software that allows for work in the automated control mode. To create the required test temperature, the installation is equipped with a thermocryocamera, which is installed on the loading frame of the testing machine. Temperature control was carried out using calibrated chromel-alumel type thermocouples and a digital thermometer. Samples were tested in the mode of control of displacement along the axis of loading. In this case, a loading diagram was recorded in coordinates "displacement - load" in digital form on a PC. The loading was brought up to the moment of discontinuous destruction of the sample. The displacement was recorded by the crack opening sensor. As a crack opening sensor, a SANDNER high temperature transducer was used. Processing of test diagrams and calculation of the characteristics of K JC and T about was carried out according to the formulas of the document [4].

Величины референсной температуры хрупкости, То, полученные на основе обработки результатов испытаний на трещиностойкость KJC стандартных цельных СТ образцов и предлагаемых сварных составных СТ образцов из сталей марок 15Х2НМФА-А и 25Х3НМ, представлены таблице 3.The values of the reference temperature of brittleness, T about , obtained on the basis of processing the results of fracture toughness tests K JC of standard solid CT samples and the proposed welded composite CT samples of steel grades 15X2NMFA-A and 25X3NM, are presented in Table 3.

Figure 00000006
Figure 00000006

Как видно из таблицы 3, для стали марки 15Х2НМФА-А значение референсной температуры хрупкости, То, для стандартных цельных образцов составляет минус 124°С, а сварных составных образцов составляет минус 139°С (вставка 10×10) и минус 125°С (вставка 20×10). Максимальное различие параметра, То, для этих образцов составляет 12%. Для стали марки 25Х3НМ значение референсной температуры хрупкости, То, для стандартных цельных образцов составляет минус 84°С, а для сварных составных образцов составляет минус 86°С (вставка 10×10) и минус 94°С (вставка 20×10). Максимальное различие параметра, То, для этих образцов составляет 12%. Полученные близкие значения референсной температуры хрупкости, То, свидетельствуют о хорошем соответствии экспериментальных данных, полученных с использованием предлагаемых сварных составных образцах типа СТ, по отношению к экспериментальным данным, полученным на стандартных цельных образцах СТ.As can be seen from table 3, for steel grade 15X2NMFA-A, the value of the reference temperature of brittleness, Т о , for standard solid samples is minus 124 ° С, and for welded composite samples it is minus 139 ° С (inset 10 × 10) and minus 125 ° С (insert 20 × 10). The maximum difference in the parameter, T o , for these samples is 12%. For steel grade 25KH3NM, the value of the reference embrittlement temperature, Т о , for standard solid samples is minus 84 ° С, and for welded composite samples it is minus 86 ° С (insert 10 × 10) and minus 94 ° С (insert 20 × 10). The maximum difference in the parameter, T o , for these samples is 12%. The obtained close values of the reference embrittlement temperature, T o , indicate good agreement between the experimental data obtained using the proposed welded composite samples of the CT type with respect to the experimental data obtained with standard solid CT samples.

Технико-экономические результаты по сравнению с прототипом:Technical and economic results compared with the prototype:

Предлагаемый способ изготовления сварного составного образца типа СТ обеспечивает отсутствие влияния остаточных сварочных напряжений на величину трещиностойкости при сохранении свойств облученного металла, что позволяет повысить достоверность результатов испытаний на трещиностойкость облученного металла.The proposed method for manufacturing a welded composite specimen of type ST ensures that the residual welding stresses do not affect the crack resistance while maintaining the properties of the irradiated metal, which improves the reliability of the test results for the crack resistance of the irradiated metal.

Внедрение данного способа изготовления сварного составного образца типа СТ с использованием металла обломков испытанных ранее облученных образцов-свидетелей необходимо для прямого определения трещиностойкости металла эксплуатирующихся корпусов реакторов типа ВВЭР, при этом количество экспериментальных данных, полученных в результате испытаний предлагаемых образцов с использованием обломков образцов-свидетелей, увеличивается втрое. Применение такого подхода позволит повысить безопасность эксплуатации и увеличить срок службы корпусов реакторов ВВЭР, что приведет к снижению себестоимости вырабатываемой на этих реакторах энергии.The introduction of this method of manufacturing a welded composite specimen of type ST using metal fragments of previously tested irradiated witness samples is necessary to directly determine the fracture toughness of the metal of the VVER-type reactor vessels in operation, while the amount of experimental data obtained as a result of testing the proposed samples using fragments of witness samples, tripled. The application of this approach will increase the safety of operation and increase the service life of VVER reactor vessels, which will lead to a reduction in the cost of the energy generated by these reactors.

Источники информацииInformation sources

1. ГОСТ 25.506-85 Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. Государственный комитет СССР по стандартам, Москва, 1985.1. GOST 25.506-85 Methods of mechanical testing of metals. Determination of the characteristics of crack resistance (fracture toughness) under static loading. USSR State Committee for Standards, Moscow, 1985.

2. ASTM Е 399-09 Standard Test Method for Plane-Strain Fracture Toughness of Metallic Materials. Annual Book of ASTM Standard. Vol. 03.01.2. ASTM E 399-09 Standard Test Method for Plane-Strain Fracture Toughness of Metallic Materials. Annual Book of ASTM Standard. Vol. 01/03.

3. ASTM E 1921-10 Standard Test Method for Determination of Reference Temperature, To, for Ferritic Steels in the Transition Range. Annual Book of ASTM Standard. Vol. 03.01.3. ASTM E 1921-10 Standard Test Method for Determination of Reference Temperature, T o , for Ferritic Steels in the Transition Range. Annual Book of ASTM Standard. Vol. 01/03.

4. РД ЭО 1.1.2.09.0789-2012 Методика определения вязкости разрушения по результатам испытаний образцов свидетелей для расчета прочности и ресурса корпусов реакторов ВВЭР-1000. ОАО «Концерн Росэнергоатом», Москва, 2012.4. RD EO 1.1.2.09.0789-2012 Methodology for determining the fracture toughness from the test results of witness samples to calculate the strength and resource of VVER-1000 reactor vessels. Rosenergoatom Concern OJSC, Moscow, 2012.

5. van Walle Е. Reconstruction: where do we stand? // Effects of Radiation on Material: 17th International Symposium. ASTM STP 1270, 1996.5. van Walle E. Reconstruction: where do we stand? // Effects of Radiation on Material: 17 th International Symposium. ASTM STP 1270, 1996.

6. ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение. Государственный комитет СССР по стандартам, Москва, 1984.6. GOST 1497-84 Metals. Tensile test methods. USSR State Committee for Standards, Moscow, 1984.

Claims (2)

1. Способ изготовления сварного составного образца типа СТ для испытания на трещиностойкость облученного металла, включающий изготовление вставки из облученного металла обломка ранее испытанного образца-свидетеля и обоймы из необлученного металла, создание в обойме сквозного гнезда по размерам соответствующим размерам вставки, размещение в нем вставки и с помощью электроннолучевой или лазерной сварки приваривают вставку к обойме, прорезка на обойме образца надреза, изготовление в обойме отверстий для захватов испытательной машины, расположенных симметрично относительно надреза, далее путем приложения к образцу знакопеременной нагрузки производят выращивание усталостной трещины до середины вставки с последующим испытанием на трещиностойкость изготовленного образца в соответствии со стандартной методикой, отличающийся тем, что предварительно определяют предел текучести облученного металла вставки и далее по диаграмме «предел текучести металла вставки - предел текучести металла обоймы» выбирают металл для обоймы, а саму обойму изготавливают составной, состоящую из отдельных элементов, которые последовательно приваривают к облученной вставке, вначале приваривают к ней передний элемент обоймы, затем поочередно приваривают к вставке оба боковых элемента обоймы и после этого последним сварным швом приваривают задний элемент обоймы, при этом создают условия, чтобы температура в центре вставки облученного металла в процессе сварки не превышала температуру облучения, затем прорезают задний элемент обоймы до вставки, потом после циклического нагружения и выращивания усталостной трещины до середины вставки, последующее испытание сварного составного образца на трещиностойкость проводят по стандартной методике.1. A method of manufacturing a welded composite specimen of type ST for testing the crack resistance of irradiated metal, comprising making an insert from an irradiated metal, a fragment of a previously tested witness specimen and a cage of non-irradiated metal, creating a through socket in the cage with the dimensions corresponding to the size of the insert, placing the insert in it and using electron beam or laser welding, the insert is welded to the ferrule, the notch is cut on the ferrule, the holes in the ferrule are made for the grips of the testing machine, p positioned symmetrically relative to the notch, then by applying an alternating load to the specimen, a fatigue crack is grown to the middle of the insert, followed by a crack test of the fabricated specimen in accordance with the standard method, characterized in that the yield strength of the irradiated metal of the insert is preliminarily determined and then the yield strength diagram is used metal insert - yield strength of the metal of the cage "choose the metal for the cage, and the cage itself is made composite, consisting of individual elements that are sequentially welded to the irradiated insert, first the front ferrule is welded to it, then both side ferrules are successively welded to the insert, and then the last ferrule is welded with the last weld, thereby creating conditions so that the temperature in the center of the insert the irradiated metal during welding did not exceed the irradiation temperature, then the rear element of the clip is cut before insertion, then after cyclic loading and growing the fatigue crack to the middle us insert the subsequent trial weld crack resistance of the composite sample is performed by standard methods. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последний сварной шов выполняют в два этапа, при этом сварку начинают от надреза и ведут в разные стороны. 2. The method according to p. 1, characterized in that the last weld is performed in two stages, while welding starts from an incision and is carried out in different directions.
RU2015101933/05A 2015-01-23 2015-01-23 Method of making welded composite column type sample for testing crack resistance of irradiated metal RU2582626C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015101933/05A RU2582626C1 (en) 2015-01-23 2015-01-23 Method of making welded composite column type sample for testing crack resistance of irradiated metal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015101933/05A RU2582626C1 (en) 2015-01-23 2015-01-23 Method of making welded composite column type sample for testing crack resistance of irradiated metal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2582626C1 true RU2582626C1 (en) 2016-04-27

Family

ID=55794551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015101933/05A RU2582626C1 (en) 2015-01-23 2015-01-23 Method of making welded composite column type sample for testing crack resistance of irradiated metal

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2582626C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2654071C1 (en) * 2017-07-24 2018-05-16 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (АО "НПО "ЦНИИТМАШ") Method for predicting resource capacity of steel for the reactor bodies of the vver type
RU209994U1 (en) * 2021-04-16 2022-03-24 Павел Александрович Бимбереков SAMPLE WITH APPLIED SURFACE LAYER FOR DETERMINATION OF PLASTIC DEFORMATION ZONE
CN115081295A (en) * 2022-07-14 2022-09-20 国家高速列车青岛技术创新中心 Preparation method of fatigue sample containing high-value welding residual stress

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1045061A1 (en) * 1982-05-05 1983-09-30 Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Method of producing welded specimen as a plate having crack
SU1087811A1 (en) * 1983-02-22 1984-04-23 Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Method of producing welded specimen
SU1120210A1 (en) * 1983-07-08 1984-10-23 Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Method of manufacturing cracked tubular specimen
RU112424U1 (en) * 2011-04-06 2012-01-10 Северо-Кавказский горно-металлургический институт (Государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ)) INSTALLATION FOR EVALUATING CRACKING RESISTANCE OF STEELS OF WELDED PIPE JOINTS
EP2508866A1 (en) * 2010-03-04 2012-10-10 Nippon Steel Corporation Method for determination of brittle crack propagation stopping performance in high-intensity thick steel plate

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1045061A1 (en) * 1982-05-05 1983-09-30 Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Method of producing welded specimen as a plate having crack
SU1087811A1 (en) * 1983-02-22 1984-04-23 Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Method of producing welded specimen
SU1120210A1 (en) * 1983-07-08 1984-10-23 Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Method of manufacturing cracked tubular specimen
EP2508866A1 (en) * 2010-03-04 2012-10-10 Nippon Steel Corporation Method for determination of brittle crack propagation stopping performance in high-intensity thick steel plate
RU112424U1 (en) * 2011-04-06 2012-01-10 Северо-Кавказский горно-металлургический институт (Государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ)) INSTALLATION FOR EVALUATING CRACKING RESISTANCE OF STEELS OF WELDED PIPE JOINTS

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2654071C1 (en) * 2017-07-24 2018-05-16 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (АО "НПО "ЦНИИТМАШ") Method for predicting resource capacity of steel for the reactor bodies of the vver type
RU209994U1 (en) * 2021-04-16 2022-03-24 Павел Александрович Бимбереков SAMPLE WITH APPLIED SURFACE LAYER FOR DETERMINATION OF PLASTIC DEFORMATION ZONE
CN115081295A (en) * 2022-07-14 2022-09-20 国家高速列车青岛技术创新中心 Preparation method of fatigue sample containing high-value welding residual stress
CN115081295B (en) * 2022-07-14 2024-04-02 国家高速列车青岛技术创新中心 Preparation method of fatigue test sample containing high-value welding residual stress

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hyde et al. Creep crack growth data and prediction for a P91 weld at 650 C
Kopas et al. A plastic strain and stress analysis of bending and torsion fatigue specimens in the low-cycle fatigue region using the finite element methods
RU2582626C1 (en) Method of making welded composite column type sample for testing crack resistance of irradiated metal
Hurlston et al. Understanding and accounting for the effects of residual stresses on cleavage fracture toughness measurements in the transition temperature regime
Leinenbach et al. Quasistatic fracture behaviour and defect assessment of brazed soft martensitic stainless steel joints
James et al. Synchrotron diffraction measurement of residual stresses in friction stir welded 5383‐H321 aluminium butt joints and their modification by fatigue cycling
Mokhtarishirazabad et al. Evaluation of fracture toughness and residual stress in AISI 316L electron beam welds
García et al. Estimation of the fracture toughness of structural steels by means of the CTOD evaluation on notched small punch specimens
Szávaia et al. Material characterization and numerical simulation of a dissimilar metal weld
Soret et al. Use of the sent specimen in pipeline design
Lucon et al. Fracture toughness characterization of high-pressure pipe girth welds using single-edge notched tension [SE (T)] specimens
Bourgeois et al. Mechanical characterization for a large test design of a Dissimilar Metals Welding with a narrow gap Nickel alloy weld: experimental and numerical analysis on specimens
Stasiuk et al. Analysis of correlation between stresses and fatigue lives of welded steel specimens based on real three-dimensional weld geometry
Lee et al. Residual stress and constraint effects on cleavage fracture in the transition temperature regime
Konopik et al. Determination of fracture toughness in the upper shelf region using small sample test techniques
Busari et al. Prediction of crack propagation rate and stress intensity factor of fatigue and welded specimen with a two-dimensional finite element method
Nobre et al. Neutron and x-ray diffraction residual stress measurements in aluminium alloys mig welded t-joints after friction stir processing
KR101195733B1 (en) Method for evaluating fatigue property of t-joint portion at t-type welding joint structure
Venkata et al. Relaxation of residual stresses when extracting a specimen from a dissimilar metal electron beam welded plate
Urriolagoitia-Sosa et al. Using fracture mechanics for determining residual stress fields in diverse geometries
Carpinteri et al. Joined application of a multiaxial critical plane criterion and a strain energy density criterion in low-cycle fatigue
Štefan et al. Comparison of Conventional Mechanical Testing with Innovative Techniques for Determination of Mechanical Properties of Nuclear Power Plant Components Materials
Keba et al. A study of isothermal mechanical fatigue of welded reactor steel (15H2MFA)
Praunseis The effect of welding thermal cycles on the microstructure development of energy components
Blouin et al. Brittle fracture analysis of dissimilar metal weld joints