Исследование сварных соединений концевых деталей твэлов с трубами из сплава Zr1Nb, выполненных различными видами сварки

Исследование сварных соединений концевых деталей твэлов с трубами из сплава Zr1Nb, выполненных различными видами сварки

Представлены результаты исследований структуры и коррозионной стойкости сварных швов и зон термического влияния сварных соединений, полученных на изделиях из сплава Zr1Nb методами электронно-лучевой, электродуговой сварки в атмосфере аргона и гелия контактной стыковой сварки сопротивлением....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2003
Автор: Сиренко, С.А.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2003
Назва видання:Вопросы атомной науки и техники
Теми:
Работы молодых ученых института физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/111370
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Исследование сварных соединений концевых деталей твэлов с трубами из сплава Zr1Nb, выполненных различными видами сварки / С.А. Сиренко // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 5. — С. 182-185. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-111370
record_format dspace
spelling irk-123456789-1113702017-01-10T03:04:46Z Исследование сварных соединений концевых деталей твэлов с трубами из сплава Zr1Nb, выполненных различными видами сварки Сиренко, С.А. Работы молодых ученых института физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ Представлены результаты исследований структуры и коррозионной стойкости сварных швов и зон термического влияния сварных соединений, полученных на изделиях из сплава Zr1Nb методами электронно-лучевой, электродуговой сварки в атмосфере аргона и гелия контактной стыковой сварки сопротивлением. Представленi результати дослiджень структури i корозiйної стiйкостi зварних швiв i зон термiчного впливу зварних з’єднань, одержаних з виробiв iз сплаву Zr1Nb методами електронно-променевої, електродугової зварки в атмосферi аргону i гелiю, контактної стикової зварки опором. Results of structure studies and corrosion stability weld and areas of thermal influence of welded join, received on products from the alloy Zr1Nb methods electronic-beam, electroarc welding in atmosphere of argon and helium contact-but welding by the resistance have been presented. 2003 Article Исследование сварных соединений концевых деталей твэлов с трубами из сплава Zr1Nb, выполненных различными видами сварки / С.А. Сиренко // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 5. — С. 182-185. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/111370 669.621.78.019.84 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Работы молодых ученых института физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ
Работы молодых ученых института физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ
spellingShingle Работы молодых ученых института физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ
Работы молодых ученых института физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ
Сиренко, С.А.
Исследование сварных соединений концевых деталей твэлов с трубами из сплава Zr1Nb, выполненных различными видами сварки
Вопросы атомной науки и техники
description Представлены результаты исследований структуры и коррозионной стойкости сварных швов и зон термического влияния сварных соединений, полученных на изделиях из сплава Zr1Nb методами электронно-лучевой, электродуговой сварки в атмосфере аргона и гелия контактной стыковой сварки сопротивлением.
format Article
author Сиренко, С.А.
author_facet Сиренко, С.А.
author_sort Сиренко, С.А.
title Исследование сварных соединений концевых деталей твэлов с трубами из сплава Zr1Nb, выполненных различными видами сварки
title_short Исследование сварных соединений концевых деталей твэлов с трубами из сплава Zr1Nb, выполненных различными видами сварки
title_full Исследование сварных соединений концевых деталей твэлов с трубами из сплава Zr1Nb, выполненных различными видами сварки
title_fullStr Исследование сварных соединений концевых деталей твэлов с трубами из сплава Zr1Nb, выполненных различными видами сварки
title_full_unstemmed Исследование сварных соединений концевых деталей твэлов с трубами из сплава Zr1Nb, выполненных различными видами сварки
title_sort исследование сварных соединений концевых деталей твэлов с трубами из сплава zr1nb, выполненных различными видами сварки
publisher Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate 2003
topic_facet Работы молодых ученых института физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/111370
citation_txt Исследование сварных соединений концевых деталей твэлов с трубами из сплава Zr1Nb, выполненных различными видами сварки / С.А. Сиренко // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 5. — С. 182-185. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv AT sirenkosa issledovaniesvarnyhsoedinenijkoncevyhdetalejtvélovstrubamiizsplavazr1nbvypolnennyhrazličnymividamisvarki
first_indexed 2025-07-08T02:03:42Z
last_indexed 2025-07-08T02:03:42Z
_version_ 1837042472435318784
fulltext УДК .669.621.78.019.84 ИССЛЕДОВАНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ КОНЦЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ ТВЭЛОВ С ТРУБАМИ ИЗ СПЛАВА Zr1Nb, ВЫПОЛНЕННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ СВАРКИ С.А. Сиренко Окончил Харьковский Национальный университет в 1999 году ННЦ ХФТИ НТК ЯТЦ Украина, 61108, г. Харьков, ул. Академическая, 1 Представлены результаты исследований структуры и коррозионной стойкости сварных швов и зон тер- мического влияния сварных соединений, полученных на изделиях из сплава Zr1Nb методами электронно- лучевой, электродуговой сварки в атмосфере аргона и гелия контактной стыковой сварки сопротивлением. ВВЕДЕНИЕ Комплексная программа создания ядерного топ- ливного цикла в Украине концептуально базируется на использовании национальных сырьевых ресур- сов, производственного и научно-технического по- тенциала в области ядерных технологий. Основной задачей программы является интеграция цирконие- вых комплектующих украинского производства в ядерное топливо для реакторов ВВЭР-1000. При этом большое значение имеет обоснование работо- способности оболочек из сплава Zr1Nb в конструк- циях твэлов. Традиционными способами герметизации тепло- выделяющих элементов водо-водяных энергетиче- ских реакторов, которые эксплуатируются в Украи- не, являются электронно-лучевая сварка и контакт- ная стыковая сварка сопротивлением по методу КСС-2 [1,2], разработанные в России. За рубежом известно использование для этих це- лей электродуговой сварки с вольфрамовым элек- тродом в атмосфере гелия и аргона [3]. В связи с разработкой и освоением производства отечественных циркониевых твэльных труб и дета- лей тепловыделяющих сборок из них возникает за- дача разработки технологических процессов получе- ния сварных соединений на этих изделиях. Пред- ставляет интерес исследование сварных швов сплава Zr1Nb украинского производства в конструкциях твэлов реакторов типа ВВЭР. Данная работа посвящена изучению, структуры и коррозионной стойкости сварных швов и зон терми- ческого влияния соединений, полученных на изде- лиях из сплава Zr1Nb методами электронно-луче- вой, электродуговой сварки в атмосфере аргона и ге- лия и контактной стыковой сварки сопротивлением. В качестве исследуемых материалов использова- ли опытные твэльные трубы из циркониевого сплава Zr1Nb украинского производства и штатные твэль- ные трубы из сплава российского производства Э110. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ Металлографические исследования проводили по лабораторной методике. Она заключалась в изготовлении шлифов (про- дольное сечение сваренных труб и концевых дета- лей) путем обработки на шлифовальной бумаге раз- личных номеров с последовательным уменьшением зернистости, далее следовало полирование на шелке с алмазными пастами и травление для выявления структуры. Изучение структуры проводили с ис- пользованием оптического микроскопа ММР-8. Ми- кротвердость измеряли микротвердомером ПМТ-3. Коррозионные испытания сварных соединений проводили в составе макетов твэлов по методике экспрессных коррозионных испытаний в парах воды при температуре 400 С, давлении 20 МПа в течение 72 ч . МАТЕРИАЛЫ И ОБРАЗЦЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ Материалом для исследований служили твэль- ные трубы из сплава Zr1Nb, изготовленного на осно- ве кальциетермического циркония, и серийные обо- лочечные трубы из сплава Э110 российского произ- водства. Для изготовления труб из сплава Zr1Nb ис- пользовали слитки четырех опытных плавок № 797, 803, 904 и 906, выплавленных на Приднепровском химическом заводе (ПХЗ, г.Днепродзержинск). Опытные партии твэльных труб были изготовлены в Днепропетровском Государственном трубном институте (ГТИ, г.Днепропетровск) и Южном труб- ном заводе (ЮТЗ, г.Никополь). Основным отличием сплава Zr1Nb разных плавок от базового сплава ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2003. № Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (13), с.182-185. 182 Э110 является превышение содержания кислорода на 0,02…0,04 мас.%. Содержание других примесей находилось в пределах технических условий. Электронно-лучевую сварку выполняли на уста- новке ЭЛА-15, электродуговую сварку вели в атмо- сфере инертных газов на промышленной установке СА-281, имеющей усовершенствованную систему вакуумирования и очистки газов. Для контактной стыковой сварки сопротивлением использовали раз- работанную в ННЦ ХФТИ установку САГ-100 с мо- дернизированным цанговым зажимом, обеспечива- ющим нагрев преимущественно внутреннего слоя твэльной трубы. Исследование сварных соединений сплавов Zr1Nb и Э110 на коррозионную стойкость проверили в составе макетов твэлов, разработанные для внереакторных испытаний [4,5]. Конструкции узлов сварных соединений на макетах твэлов были близки к аналогичным конструкциям твэлов про- мышленных вариантов. Они приведены на рис.1 и 2. От твэлов серийного производства макеты твэлов отличались меньшей длиной и отсутствием топливных таблеток внутри оболочки. Вместо по- следних использовали имитаторы в виде стержней из нержавеющей стали. Рис.1. Конструкция макета твэла с заглушками, приваренными ЭЛС и ЭДС: 1- верхняя заглушка; 2 - нижняя заглушка; 3 – оболочка; 4 - сердечник-имитатор; 5-поджимная пружина. Обозначения: №1-электродуговая свар- ка (ЭДС); №2-электронно-лучевая сварка (ЭЛС) Образцы для металлографических исследований готовили из сварных соединений, полученных на ре- жимах сварки, отработанных ранее [2,5]. Они приве- денны в таблице. С целью предотвращения значительного роста зерна и снижения коррозионной стойкости ЭДС и ЭЛС вели при повышенной скорости сварки, назна- чаемой с учетом качественного формирования шва, и с использованием цанг-холодильников. Высокое качество сварных соединений было подтверждено при испытании на герметичность гелиевым течеис- кателем ПТИ-10. Каких-либо дефектов сплошности типа трещин, непроваров, пор ни в одном из иссле- дуемых соединений не было обнаружено. Длина макетов твэлов, выполненных по конструкции (см. рис.1), составляла 165 мм, на рис.2 – 55 мм. Наружный диаметр равнялся 9,1 мм. Обо- лочка и заглушки макетов твэлов были изготовлены как из сплава Zr1Nb различных плавок, так и из штатного сплава Э110. Толщина стенки оболочки равнялась 0,65 мм. Оболочка с обеих сторон была загерметизирована заглушками, которые имели раз- личную конструкцию. На макетах твэлов обеих конструкций сварной шов № 2 выполнен ЭЛС. Сварной шов №1 на маке- тах твэлов (см. рис.1), выполнен электродуговой сваркой в инертной атмосфере. Причем, половина от их общего числа была загерметизирована при ис- пользовании в качестве защитного газа аргона, а при герметизации второй половины макетов твэлов ис- пользовали гелий. Рис.2. Конструкция макета твэла с заглушками, приваренными ЭЛС и КСС: 1- верхняя заглушка; 2 - нижняя заглушка; 3 – оболочка; 4 - сердечник-имитатор. Обозначения: №1-контактная стыковая сварка сопротивлени- ем (КСС); №2-электронно-лучевая сварка (ЭЛС) На макетах твэлов, изготовленных по рис.2, сварной шов №1 был выполнен контактной стыко- вой сваркой сопротивлением на агрегате САГ-100. Внутрь оболочки макетов твэлов всех конструкций помещали стальной сердечник 4. Макеты твэлов готовили следующим образом. Перед сборкой производилась комплектация обо- лочки и заглушек. После обезжиривания поверхно- сти образцов, осуществлялась приварка к оболочке нижней заглушки электронно-лучевой сваркой на установке ЭЛА-15. Снаряженные таким образом заготовки макетов твэлов, изготовленные по конструкции (см. рис.1) загружалась в камеру установки СА-281 для привар- ки второй заглушки электродуговой сваркой в атмо- сфере очищенных аргона или гелия. Второй конец заготовок макетов твэлов, изготовленных по рис.2, фиксировался в цанговом зажиме установки САГ- 100 и герметизировался контактной стыковой свар- кой сопротивлением. На изготовленных таким об- разом макетах твэлов проверялось состояние по- верхности и качество сварных соединений, после чего они обезжиривались и протравливались в растворе состава: 5 %HF +45 %HNO3 +50 % H2O. СТРУКТУРА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В результате металлографических исследований структуры сварных соединений с трубами из сплавов Zr1Nb и Э110, полученных электронно- лучевой и электродуговой сваркой, установлено, что в процессе перекристаллизации после расплавления металла с использованием этих видов сварки в сварном шве на образцах из обоих исследуемых ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2003. № Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (13), с.182-185. 183 сплавов образовалась типичная структура в виде игл и пластин, в основной своей массе представляющая собой метастабильную α′-фазу Zr с гексагональной Режимы сварки образцов из сплавов Zr1Nb и Э110 методами ЭЛС, ЭДС в аргоне, ЭДС в гелии и КСС Вид сварки Диапазон режимов сварки Ток сварки, А Коли- чество импуль- сов, шт Ско- рость сварки, мм/с Напряже- ние, В Среда Давление внутри ка- меры, Па Длитель- ность сварки, с Приме- чания ЭЛС 0,012 - 4.9 30000 Вакуум 3,5·10-3 - - ЭДС в аргоне 45 - 4,9 8 Аргон 1,3·105 - - ЭДС в гелии 30 - 4,9 14 Гелий 1,3·105 - - КСС 6500 2…4 - 8 Воздух 1,0·105 0,04…0,08 Им- пульсны й ток Рис. 3. Микроструктура материала сварных швов на изделиях из сплава Zr1Nb, полученных электронно-лучевой сваркой, ув. 200 плотноупакованной решеткой. На шлифах сварных швов наблюдались границы зерен первичной β-фазы циркония. Их величина находилась в пределах зна- чений 200...400 мкм (рис. 3). В зоне термического влияния в направлении от металла с литой структурой размер зерен равномер- но уменьшался до величины 6...12 мкм, то есть до размеров, характерных для металла в исходном со- стоянии (рис. 4). Рис.4. Структура материала трубки из сплава Zr1Nb в исходном состоянии, ув. 200 Измерение микротвердости на образцах сплавов Zr1Nb и Э110 в зоне, не подверженной термическо- му влиянию при сварке и в сварном шве показало следующее. Микротвердость сплава Zr1Nb в исход- ном состоянии была выше, чем у сплава Э110 и со- ставляла 1900…2100 МПа. В сплаве Э110 она равня- лась 1200…1400 МПа. Это связано с разным содер- жанием примесей кислорода в сплаве Э110 и Zr1Nb. При исследуемых режимах сварки заметного влияния на значения микротвердости в сварном шве режимов сварки, выполненных в аргоне и гелии, об- наружено не было. На образцах из сплава Zr1Nb по- сле ЭЛС и ЭДС она составляла 2200...2700 МПа, а на образцах из сплава Э110 – 1500...1700 МПа, что свидетельствовало о повышении прочности матери- ала в сварном шве по сравнению с исходным состоя- нием. Исследование сварных швов на образцах из сплавов Zr1Nb и Э110, полученных по методу КСС показали, что заметного отличия в структуре иссле- дуемых материалов нет. Протяженность сварного соединения при токе сварки 6500 А и временах сварки 0,04…0,08 с составляла на основной массе образцов не менее двух толщин стенки трубки. Гра- ница раздела между соединяемыми деталями отсут- ствовала, что свидетельствовало об образовании со- единения, имеющего металлическую сплошность. В зоне соединения структура незначительно укруп- нилась, зерна имели вытянутую неправильную фор- му вдоль линии сварного шва . Их размер в шве не превышал 30 мкм. Наружный слой трубы благодаря интенсивному теплоотводу в латунную вставку цан- гового зажима сохранил первоначальную структуру основного металла. Измерение микротвердости в среднем поперечном сечении сварного шва показа- ло, что микротвердость на образцах из сплава Zr1Nb на линии соединения трубы с заглушкой составля- ла 2000…2200 МПа, на участках, прилегающих к сварному шву – 2200…2400 МПа. На образцах из сплава Э110 на этих участках ми- кротвердость соответственно равнялась 1300… 1450 МПа и 1400…1500 МПа. Экспрессные испытания сварных швов в паре при температуре 400 оС, давлении 20 МПа в тече- ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2003. № Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (13), с.182-185. 184 ние 72 ч, полученных ЭЛС, КСС, и большинство швов, полученных ЭДС, по цвету окисной пленки не отличались. Сварные швы, выполненные КСС, были покры- ты плотной и прочной окисной пленкой черного цвета, а на поверхности сварных швов и зон терми- ческого влияния, полученных ЭЛС и ЭДС в аргоне и гелии, образовались окисные пленки с сероватым оттенком. Несмотря на отличия в примесном составе мате- риала разных плавок качество сварных соединений сплава Zr1Nb находится на уровне серийных труб из сплава Э110. ВЫВОДЫ 1. Показано, что нет существенных отличий в ис- следуемых свойствах сварных соединений, получен- ных на изделиях из сплавов Zr1Nb и Э110 такими методами сварки, как ЭЛС, ЭДС в аргоне, ЭДС в ге- лии и КСС. 2. Установлено,что нет отличий по качеству сварных соединений сплавов Zr1Nb и Э110, выпол- ненных ЭДС в аргоне и гелии. 3. Получение сварных соединений сплавов цир- кония методом КСС с сохранением верхнего слоя значительной толщины без изменения исходной структуры, с более протяженным сварным соедине- нием по сравнению с ЭЛС и ЭДС, свидетельствует о большой перспективе использования этого способа сварки для герметизации оболочек твэлов из сплава Zr1Nb. 4. На базе экспрессных коррозионных испытаний моделей твэлов в паре длительностью 72 ч при 400оС показано, что сварные соединения, получен- ные ЭЛС, ЭДС и КСС, на макетах твэлов, изготов- ленных из сплавов Zr1Nb экспериментальных соста- вов, имеют высокую коррозионную стойкость. Автор выражает благодарность сотрудникам НТК ЯТЦ ННЦ ХФТИ Яковлеву В.К., Белашу Н.Н., Петельгузову И.А., Слабоспицкой Е.А., Черняевой Т.П. за оказанную помощь и консультации в подго- товке статьи. ЛИТЕРАТУРА 1. Л.Т.Бабкин, А.А.Белов, А.А.Гусев и др. Новый метод контактной стыковой сварки сопротивле- нием для герметизации твэлов энергетических реакторов // Технический прогресс в атомной промышленности. Серия: «Твэлостроение». 1987, вып. 3/19, с.13. 2. Н.Н.Белаш, В.Р.Татаринов, Н.И.Рагулина, В.К. Исследование влияния параметров ЭДС и КСС на характеристики и свойства сварных соедине- ний сплава Zr-1%Nb кальциетермического производства // Труды 14 Международной кон- ференции по физике радиационных явлений и ра- диационному материаловедению, 12-17 июня 2000 г., г. Алушта, Украина. Харьков, 2000, с.127-128. 3. В.Пастухов. Сварка циркониевых сплавов в реак- торостроении. Обзор. ФТИ АН УССР, г. Харь- ков, 1972г. 5. И.А.Петельгузов. Лабораторная методика экс- прессных коррозионных испытаний циркониевых сплавов // МР.4508 ПМ, НТК ЯТЦ, Харьков, 1999. 4. В.С.Красноруцкий, И.А.Петельгузов, В.К.Яковлев и др. Исследование моделей твэлов реактора ВВЭР-1000, изготовленных из кальциетермиче- ского циркониевого сплава Zr-1%Nb после дли- тельных коррозионных испытаний // Труды 15- ой Международной конференции по физике ра- диационных явлений и радиационному материа- ловедению, 10-15 июня 2002г. г. Алушта, Украи- на. 2002. с.126 5. В.С.Красноруцкий, И.А.Петельгузов, В.Р.Татаринов и др. Исследование некоторых характеристик работоспособности экспериментального сплава Zr1Nb как материала для твэлов реактора ВВЭР-1000 // Научные ведо- мости / Под редакцией Камышанченко Н.В., 2001, №1(14), Белгород, 2001. ДОСЛIДЖЕННЯ ЗВАРНИХ З’ЄДНАНЬ КIНЦЕВИХ ДЕТАЛЕЙ ТВЕЛIВ З ТРУБАМИ IЗ СПЛАВУ Zr1Nb, ЗРОБЛЕНИХ РIЗНИМИ ВИДАМИ ЗВАРКИ С.А. Сiренко НТК ЯПЦ ННЦ ХФТI, Україна, 61108, м. Харкiв, вул. Академiчна, 1 Представленi результати дослiджень структури i корозiйної стiйкостi зварних швiв i зон термiчного впливу зварних з’єднань, одержаних з виробiв iз сплаву Zr1Nb методами електронно-променевої, електродугової зварки в атмосферi аргону i гелiю, контактної стикової зварки опором. STUDY OF WELDED JOINING OF THE FUEL ROD END DETAILS WITH CLADDING OF ALLOY Zr1Nb, PRODUCED DIFFERENT TYPES OF WELDING S.A. Sirenko ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2003. № Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (13), с.182-185. 185 STC NFC NSC KIPT Results of structure studies and corrosion stability weld and areas of thermal influence of welded join, received on products from the alloy Zr1Nb methods electronic-beam, electroarc welding in atmosphere of argon and helium contact-but welding by the resistance have been presented. ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2003. № Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (13), с.182-185. 186

Схожі ресурси