辐照蠕变对锆合金包壳管吸氢所致多场耦合行为的影响

本文考虑辐照效应,改进了锆合金包壳管内部的氢原子扩散-氢化物析出-热-力耦合行为的微分控制方程。根据多物理场等效积分弱形式和所建立的耦合计算方法,在FEPG软件平台编制文件,生成多场耦合计算的有限元程序,并对程序进行了验证。计算分析了辐照蠕变对锆合金包壳管堆内吸氢所致多场耦合行为演化的影响,结果表明:辐照蠕变导致包壳管内产生应力松弛,促使Mises应力显著降低,同时导致静水应力由负值转变为正值,进而影响氢原子的扩散;与不考虑辐照蠕变的结果进行对比,发现辐照蠕变会增大燃料芯块与包壳管局部接触区域的负的静水应力的绝对值及向外的静水应力梯度,导致接触区域内的氢原子浓度减小,接触区域周围的氢原子浓度增大。     

锆合金包壳I-SCC性能评价

对N36、Zr-4、X锆合金包壳管环形试样在350、400℃下施加周向拉伸载荷,研究N36锆合金包壳管在10~2 Pa、10~3 Pa、10~4 Pa碘分压、Zr-4及X试样在102Pa碘分压下的碘致应力腐蚀开裂行为。研究发现:在350、400℃下以最大载荷为指标时,N36、Zr-4及X试样在一定碘分压环境中均会发生不同程度的碘致应力腐蚀开裂,断裂能量迅速下降;在相同试验条件下,N36试样的最大载荷和断裂能量下降最慢。     

核燃料锆合金包壳管的超声波探伤

介绍压水堆核燃料锆合金包壳管(Φ10.0 mm×0.70 mm)的超声波自动探伤方法和工艺,讨论不同长度、宽度、深度、角度的纵向和横向人工缺陷的超声响应结果。通过对检测出缺陷的典型包壳管进行金相解剖,确定缺陷性质和实际尺寸,验证超声探伤结果。针对实际探伤中的问题,考虑质量和成本控制,提出对不同缺陷的验收准则。实践应用表明,现行探伤方法和工艺能检出管材不同位置处10μm级的微小缺陷。但受缺陷的类型、取向的影响,探伤仪检测得到的回波幅度并不能完全真实地反应缺陷的实际大小和性质,需要在实际探伤时针对管材的制造工艺水平采取适当的加严措施,对不同的缺陷加以控制,才能更好地保证核燃料包壳管的质量。     

锆合金表面缺陷引起氢致延迟开裂行为的研究

核反应堆用锆合金构件在服役过程中会发生氢致延迟开裂（HIDC）而失效,构件表面的微缺陷是否会引起HIDC是值得研究的问题。本文采用真空电子束焊接方法制备表面有微缝隙缺陷的样品,以研究这类微缝隙缺陷在400℃过热蒸汽中腐蚀以及在350℃高压水中热循环处理过程中的行为。由于这类缺陷处会形成尖劈状的氧化膜并镶嵌在金属中,在氧化膜前端将形成应力集中和应力梯度区,引起氢的扩散、富集和氢化物析出,即使样品中原先没有残余应力,也没有受到外加应力的作用,也会发生HIDC导致裂纹扩展而开裂。因此,在设计和加工制造核反应堆堆芯中锆合金的各种结构件时,需要重视如何避免锆合金构件表面可能生成这种缺陷的问题。     

CANDU及RBMK压力管锆合金的氢致延迟断裂研究

采用紧凑拉伸试样(CT），在恒定载荷、不同氢含量、不同温度条件下，测量了CANDU堆和RBMK堆Zr-2．5Nb压力管材料氢致延迟开裂速率。用金相显微镜和扫描电镜观察断口及氢化物形貌，并测量临界应力场强度因子及开裂速率，对材料的微结构及氢化物分布进行分析。结果表明，氢致延迟断裂(DHC)生长呈阶梯状。与CANDU压力管比较，RBMK压力管的DHC开裂速率将近低一个数量级。其原因是RBMK压力管的屈服强度比CANDU压力管低得多。     

锆-4合金包壳管抗疖状腐蚀性能研究

阐述了锆-4合金包壳管疖状腐蚀机理及改善疖状腐蚀性能的途径,并通过生产实践证明采用高Fe和Cr化学成分和低温加工工艺改善锆-4合金包壳管抗疖状腐蚀性能的方向是正确的、可行的.目前采用低温加工工艺生产的锆-4合金包壳管已达到技术条件要求,保证了反应堆在燃耗寿期内的安全运行.     

含双边轴向裂纹N18锆合金薄壁管的蠕变裂纹扩展行为研究

通过对含双边轴向裂纹管(DEAT)试样及其加载装置进行设计,基于能量等效和载荷分离原理获得了DEAT试样的能量率回路积分(C*积分)表达式,从而建立了含轴向裂纹薄壁管的蠕变裂纹扩展速率测试方法。基于此方法,采用DEAT试样完成了N18锆合金薄壁管在350℃不同载荷水平下的蠕变裂纹扩展试验。结果表明,蠕变载荷会显著影响N18锆合金的蠕变裂纹扩展速率;蠕变裂纹扩展可分为稳态扩展和快速扩展2个阶段;蠕变裂纹扩展速率(da/dt)与C*积分存在良好的幂律关系,可用于预测N18锆合金管蠕变裂纹扩展行为。     

含双边轴向裂纹N18锆合金薄壁管的蠕变裂纹扩展行为研究

Through the design of double edged axial-notched tube (DEAT) specimen and fixture, the expression of C* integral of DEAT specimen was obtained based on the principles of energy equivalent and load separation. A test method for the creep crack growth rate of thin-walled tubes with axial cracks has been established. The creep crack growth tests of N18 zircaloy thin-walled tubes at different load levels at 350℃ are carried out by using DEAT specimens. The results show that the creep load will significantly affect the creep crack growth rate of N18 zircaloy; the creep crack growth can be divided into two stages: steady state expansion and rapid expansion; the creep crack growth rate (da/dt) and C* integral have a good power-law relationship, and it can be used to predict the creep crack growth behavior of N18 zircaloy.     

原地浸出采铀多场多过程耦合动力学数值模拟

原地浸出采铀是一复杂的非线性动力系统,涉及诸多因素与过程的耦合和正负反馈作用。为研究地浸采铀过程中岩石结构力学及其演化规律、岩石变形作用、孔隙度与渗透率的动力演化等对浸出效果的影响,建立了一多因素、多过程耦合的综合动力学模型和模拟方法,并基于Fortran与C++语言编制了1～3维模拟程序。通过对某地浸铀矿床某采区酸化、生产、溶浸末期各阶段的数值模拟,得到各生产时期矿岩中铀的浓度分布,该采区酸化40d后浸出液中铀浓度增加到15mg/L,以及该采区铀5a后基本浸出完毕;在生产末期,浸出液中的铀、酸浓度下降明显,采场区域铀浓度降低到10mg/L,pH升至2左右。数值模拟结果与矿山实际生产情况基本吻合。该模型和程序可应用于地浸采铀的理论研究、矿山设计、生产管理和地下水污染物迁移与复原研究。