A fretting wear tester is developed for experimental study on the fuel fretting problem of light water reactor. The feature of the developed tester is it can simulate the existence of gap between spring and fuel rod as well as different contacting force including the just-contact condition (0 N on the contact). Used are a servo-motor, an eccentric cylinder and lever mechanism for driving system. A spacer grid cell is constituted with four strap segments (each segment has a spring). This fretting wear tester can also be used as a fatigue tester of a spacer grid spring with the frequency of more than 10 Hz. It is required to simulate the frequency of the vibrating fuel rod due to flow-induced vibration in a reactor. In fretting wear test, up to two span-length of a fuel cladding tube can be accommodated. A specimen of cladding tube of one span-length is specially designed, which can be extended for two-span test. For .fatigue test, a device for clamping the spring fixture is installed additionally, Presently, the tester is designed for the condition of air environment and room temperature. The variation of the reciprocal distance is measured to check the stability of input force, which will be exerted to the cladding (for fretting wear. test) and the spring (for fatigue test) specimen.
The sliding wear behaviors of Zircaloy-4 nuclear fuel rod were investigated using two support springs with convex and concave shapes in room temperature air and water. The main focus is to compare the wear behavior of various test variables such as slip amplitude, environment, contact contours with different spring shape and a number of cycles. The results indicated that wear volume and maximum wear depth increased with slip amplitude in both air and water, but their trends tended to change according to the spring shapes and test environments. In air condition, the wear volume was controlled by wear debris behavior generated on worn surface. As a result, final wear volume and maximum wear depth decreased if a ratio of protruded wear volume to worn area $(D_p)$ would be saturated to specific value. This is because wear particle layer could accommodate large strain by accumulating and transforming wear particle layer. However, in water condition, metal-to metal contact was more dominant and wear volume was greatly affected by changed mechanical behavior between contact surfaces since wear debris should be generated after repeated plastic deformation and fracture. After wear test, worn surfaces were examined using optical microscope and SEM and details of wear mechanism were discussed using a ratio of wear volume to worn area $(D_e)$ at each test condition.
The flow induced vibration in the nuclear fuel assembly causes the fretting wear between the fuel cladding tubes and the supporting grids. The reduction in tube thickness due to the fretting wear could be related to the serious damage on nuclear fuel assembly. In this paper, the effect of the water flow on fretting wear of nuclear fuel cladding tube against supporting grid was investigated through the fretting wear tester with water spout equipment. The test results were compared with the data conducted in the stationary water. At stationary water environment the wear debris was trapped between fretting surfaces, and then the fretting wear occurred by three-body abrasion. However, in the case of water flow, the two-body abrasive wear was the dominant wear mechanism, because the wear debris was easily removed by water flow.
Fretting is the oscillatory motion with very small amplitudes, which usually occurs between two solid surfaces in contact. Fretting wear is the removal of material from contacting surfaces through fretting action. Fretting wear of steam generator tubes in nuclear power plant becomes a serious problem in recent years. The materials for the tubes usually are Inconel 690 (I-690) and Inconel 600 (I-600). In this paper, fretting wear tests for I-690 and I-600 were performed under various applied loads in water at room temperature. Results showed that the fretting wear loss of I-690 and I-600 tubes was largely influenced by stick-slip. The fretting wear mechanisms were the abrasive wear in slip regime and the delamination wear in stick regime. Also, I-690 had somewhat better wear resistance than I-600.
The experimental investigation was performed to find the associated changes in characteristics of fretting wear with various water temperatures. The fretting wear tests were carried out using the zirconium alloy tubes and the grids with increasing the water temperature. The tube materials in water of $20^{\circ}C,\;50^{\circ}C\;and\;80^{\circ}C$ were tested with the applied load of 20 N and the relative amplitude of $200{\mu}m$. The worn surfaces were observed by SEM, EDX analysis and 2D surface profiler. As the water temperature increased, the wear volume was decreased, but oxide layer was increased on the worn surface. The abrasive wear mechanism was observed at water temperature of $20^{\circ}C$ and adhesive wear mechanism occurred at water temperature of $50^{\circ}C,\;80^{\circ}C$. As the water temperature increased, surface micro-hardness was decreased, but wear depth and wear width were decreased due to increasing stick phenomenon. Stick regime occurred due to the formation of oxide layer on the worn surface with increasing water temperatures
Fuel cladding tubes in nuclear fuel assembly are held up by supporting grids because the tubes are long and slender. Fluid flows of high-pressure and high-temperature in the tubes cause oscillating motions between tubes and supports. This is called as FIV (flow induced vibration), which causes fretting wear in contact parts of tube and support. The fretting wear of tube and support can threaten the safety of nuclear power plant. Therefore, a research about the fretting wear characteristics of tube-support is required. The fretting wear tests were performed with supporting grids and cladding tubes, especially after corrosion treatment on tubes, in water. The tests were done using various applied loads with fixed amplitude. From the results of fretting tests, the wear amounts of tube materials can be predictable by obtaining the wear coefficient using the work rate model. Due to stick phenomena the wear depth was changed as increasing load and temperature. The maximum wear depth was decreased as increasing the water temperatures. At high temperatures there are the regions of some severe adhesion due to stick phenomena.
Fuel cladding tubes in nuclear fuel assembly are held up by supporting grids because the tubes are long and slender. Fluid flows of high-pressure and high-temperature in the tubes cause oscillating motions between tubes and supports. This is called as FIV (flow induced vibration), which causes fretting wear in contact parts of tube and support. The fretting wear of tube and support can threaten the safety of nuclear power plant. Therefore, a research about the fretting wear characteristics of tube-support is required. The fretting wear tests were performed with supporting grids and cladding tubes, especially after corrosion treatment on tubes, in water. The tests were done using various applied loads with fixed amplitude. From the results of fretting tests, the wear amounts of tube materials can be predictable by obtaining the wear coefficient using the work rate model. Due to stick phenomena the wear depth was changed as increasing load and temperature. The maximum wear depth was decreased as increasing the water temperatures. At high temperatures there are the regions of some severe adhesion due to stick phenomena.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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