ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Контроль физико-механических теплофизических свойств материалов в ядерной энергетике из "Неразрушающий контроль Т3" Метод можно использовать для контроля свойств пористых материалов при замерзании и оттаивании пропитывающей их жидкости и в других случаях, когда исследуемый процесс связан с изменением волнового сопротивления среды. [c.816] Применение акустических методов исследования и контроля свойств материалов ядерной энергетики, используемых в условиях воздействия высокой температуры и ионизирующих излучений, описано в работах В.М. Баранова (МИФИ) с соавторами. Ими разработаны физические основы используемых методов, созданы уникальные установки и методики измерений, проведены исследования как конструкционных, так и делящихся реакторных материалов, а также компонент реакторных установок. [c.816] Результаты работ опубликованы в монографиях и многочисленных статьях. В них рассмотрены методы и средства акустических измерений и контроля упругих постоянных, потерь (внутреннего трения), твердости, ползучести, анизотропии, малых изменений размеров, теплофизических и других свойств, в частности при высокой температуре и в сильных полях ионизирующих излучений. Многие из разработанных методов и средств могут найти применение в различных областях науки и промышленности. Ниже кратко изложены основные результаты этих работ. [c.816] На рис. 7.76 показаны результаты измерений влияния облучения на эффективность преобразования пары пьезоэлементов из керамики ЦТС-19. Здесь Ао - исходное (до облучения) значение амплитуды сигнала. Троекратное уменьшение эффективности наблюдается при флюенсе тепловых нейтронов около 0,8-Ю нейтр/см (соответствующий флюенс быстрых нейтронов 0,5-10 нейтр/см , поглощенная доза гамма-излучения 6,1-10 Гр). В разработанных измерительных установках пьезоэлементы обычно работают при нормальных (иногда повышенных) температурах. Их связывают с находящимся в зоне высоких температур испытуемым объектом через длинные звуко-проводы в виде стержней, проволок или узких полос. [c.817] При передаче гармонических колебаний через длинный звукопровод в нем возникают многочисленные резонансы и на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) системы звукопровод - ОК четкие резонансные пики звукопровода могут налагаться на размытый резонансный максимум ОК. С уменьщением добротности звукопровода острота его резонансных максимумов уменьшается, а АЧХ выравнивается. Поэтому иногда применяют демпфирование звукопровода, подавляющее также нежелательные в ряде случаев изгибные волны. Анализ работы звуко-проводов для различных типов волн приведен в работе [18]. [c.817] При использовании СТК необходимая сила прижатия зависит от состояния поверхности ОК и типа передаваемых колебаний. Обычно достаточна сила от 0,1 до 20 Н. При измерении методом собственных колебаний на образцах в форме дисков, совершающих изгибные колебания с одной узловой окружностью, образец опирается на нижний звукопровод с тремя игольчатыми контактами, расположенными на этой окружности. Другой волновод контактирует с образцом сверху. [c.817] При контроле методом контактного импеданса образец жестко закрепляют на столике так, чтобы модуль его входного механического импеданса был много больше модуля упругого импеданса контактной гибкости (см. разд. 2.5.4). Б этом случае расположение на поверхности образца единственной зоны его контакта с индентором измерительного стержня несущественно, однако эта зона не должна быть близкой к краю ОК. [c.817] Определение постоянных упругости. Как отмечалось в разд. 7.3, акустическими методами определяют адиабатические значения упругих постоянных (динамические модули упругости). Наиболее эффективно использование методов свободных колебаний и резонансного метода. Их преимущества - простота передачи колебаний по звукопроводам, высокая точность измерений, возможность использования образцов малых размеров. Чаще всего в образцах возбуждают изгибные колебания на низших собственных частотах, которые легче разделяются. На этих частотах меньше затухание в звукопрово-дах и образцах, что особенно важно при высокотемпературных испыганиях. [c.818] При работе с изотропными материалами погрешность измерения Е не более 0,5 %. Отклонения, превышающие это значение, обусловлены наличием дефектов, неоднородностью структуры, наличием внутренних напряжений и другими причинами. [c.818] Другие примеры применения метода -определение степени усталостных повреждений, качества спекания керамических материалов (в частности радиационного спекания ядерного топлива в реакторе), измерение толщины осажденного покрытия, увеличивающего размеры и жесткость при изгибных колебаниях и др. [c.818] Оценка степени анизотропии материалов. Указанные особенности спектра собственных колебаний предоставляют возможность оценки степени анизотропии материалов. Она основана на зависимости собственных частот образца от его ориентации в установке. Если образец имеет форму тонкого диска, его анизотропия приводит к расщеплению резонансных пиков [18]. [c.818] Изменение ориентации анизотропного образца относительно возбуждающего звукопровода приводит к периодической зависимости резонансных частот от угла взаимной ориентации. Число периодов равно удвоенному числу узловых диаметров. Отклонение от значений, полученных для изотропного диска, зависит от анизотропии модуля упругости и может являться ее мерой. Кроме того, величина периодических изменений зависит от степени анизотропии диска. [c.818] Другой метод определения анизотропии основан на зависимости резонансной частоты пробного стержня от ориентации плоскости его изгибных колебаний относительно ОК при их упругом контакте. Изменение плоскости колебаний достигается либо поворотом стержня вокруг собственной оси, либо возбуждением колебаний в разных плоскостях с помощью двух пьезопреобразователей, включаемых поочередно. [c.820] Описанными методами исследована анизотропия таких материалов, как уран и его сплавы, циркониевые сплавы для оболочек тепловыделяющих элементов атомных реакторов и ряда других. [c.820] Акустические измерения изменения размеров в экстремальных условиях целесообразны, например, при определении теплового расширения тугоплавких материалов или распухания реакторных материалов в результате облз ения. Измерения основаны на зависимости резонансных частот крутильных колебаний стержня, соединенного с дисковым образцом. Если стержень жестко закреплен на одном конце и прикреплен к образцу на другом, изменение диаметра образца меняет резонансную частоту системы стержень-образец из-за изменения момента инерции образца. Закрепленный конец стержня находится вместе с пьезопреобразователями в нормальных условиях, образец - в экстремальных (высокая температура, радиация). Погрешности, связанные с градиентом температуры вдоль стержня, учитываются измерением изменения частот продольных колебаний, на которые момент инерции образца не влияет. [c.820] Подобным методом определены температурные коэффициенты расширения реакторных материалов, а также оценена степень их распухания при воздействии реакторных излучений. [c.820] Исследование фазовых превращений. Хотя о применении акустических методов для изучения структурных и фазовых превращений в твердых телах хорошо известно, их использование для исследования фазовых переходов второго рода весьма затруднительно. Это связано с нелинейным характером колебаний образцов в области быстропротекающих неэнергетических фазовых переходов. Поэтому соотношения, полученные в рамках линейного приближения, теряют силу. [c.820] При некоторых условиях наблюдаются также периодические изменения амплитуды, скачки амплитуды при изменении частоты возбуждения, связанные резонансные колебания отдельных частей образца. Упомянутые эффекты имеют как научное, так и практическое значение, являясь базой для создания высокочувствительных методов измерений. [c.821] В [ 18] описана установка для работы в вертикальном исследовательском канале диаметром 52 мм ядерного реактора при температуре образцов до 1000 °С и плотности потока тепловых нейтронов до Ю нейтр/(см -сек). Образцы - цилиндры диаметром 12. .. 15 мм и высотой 2. .. 20 мм. Нагрузка на индентор 1,2 Н. Благодаря оригинальному механизму перемещения стержня с индентором на одном образце можно получить до 36 кривых длительной твердости. Погрешность измерения твердости 5 %, ее относительных изменений - 3 %. [c.821] Другая подобная установка для исследования смешанных уран-плутониевых композиций с целью повышения экологической безопасности выполнена герметичной и имеет дистанционное электромагнитное управление. Она измеряет твердость при температурах до 1400 К и плотно-ста потока нейтронов до 5 10 ней-трон/(см -с). Нагрузка на индентор 14 Н. Погрешности такие же, как у описанной выше установки. Масса 8 кг. [c.821] Вернуться к основной статье