Комплексный диагностический контроль внутренних дефектов в сварном соединении узла приварки коллектора к корпусу парогенератора энергоблока ВВЭР-1000

Методами коэрцитиметрии и магнитной памяти выполнен диагностический контроль напряженно-деформированного состояния металла узлов приварки коллекторов к корпусу парогенератора ПГВ-1000М после длительной эксплуатации на энергоблоке № 3 Южно-Украинской АЭС. Проанализированы результаты комплексных иссле...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Ожигов, Л.С., Митрофанов, А.С., Толстолуцкая, Г.Д., Крайнюк, Е.А., Шрамченко, С.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2016
Schriftenreihe:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/132977
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Комплексный диагностический контроль внутренних дефектов в сварном соединении узла приварки коллектора к корпусу парогенератора энергоблока ВВЭР-1000 / Л.С. Ожигов, А.С. Митрофанов, Г.Д. Толстолуцкая, Е.А. Крайнюк, С.В. Шрамченко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2016. — № 3. — С. 25-32. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-132977
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1329772018-05-17T03:03:00Z Комплексный диагностический контроль внутренних дефектов в сварном соединении узла приварки коллектора к корпусу парогенератора энергоблока ВВЭР-1000 Ожигов, Л.С. Митрофанов, А.С. Толстолуцкая, Г.Д. Крайнюк, Е.А. Шрамченко, С.В. Научно-технический раздел Методами коэрцитиметрии и магнитной памяти выполнен диагностический контроль напряженно-деформированного состояния металла узлов приварки коллекторов к корпусу парогенератора ПГВ-1000М после длительной эксплуатации на энергоблоке № 3 Южно-Украинской АЭС. Проанализированы результаты комплексных исследований состояния металла. Обнаружены и идентифицированы микротрещины, поры и неметаллические включения, определен их состав. Исследовано изменение микротвердости металла по высоте сварного шва. Показано, что в зоне корня шва содержание водорода в три раза выше, чем на других участках металла сварного соединения. Coercimetry and magnetic memory techniques were used to perform diagnostic testing of stress-strain state of metal in the assemblies connecting collectors to housing of PVG-100M steam generator after long-term operation in power unit of South-Ukrainian NPP. Results of comprehensive studies of metal state were analyzed. Microcracks, pores and nonmetallic inclusions were detected and identified, and their composition was determined. Change of metal microhardness by weld height was studied. It is shown that in weld root zone the amount of accumulated hydrogen is three times higher than in other sections of welded joint metal. 2016 Article Комплексный диагностический контроль внутренних дефектов в сварном соединении узла приварки коллектора к корпусу парогенератора энергоблока ВВЭР-1000 / Л.С. Ожигов, А.С. Митрофанов, Г.Д. Толстолуцкая, Е.А. Крайнюк, С.В. Шрамченко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2016. — № 3. — С. 25-32. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0235-3474 DOI: doi.org/10.15407/tdnk2016.03.04 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/132977 621.311.25; 620.19 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Ожигов, Л.С. Митрофанов, А.С. Толстолуцкая, Г.Д. Крайнюк, Е.А. Шрамченко, С.В. Комплексный диагностический контроль внутренних дефектов в сварном соединении узла приварки коллектора к корпусу парогенератора энергоблока ВВЭР-1000 Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Методами коэрцитиметрии и магнитной памяти выполнен диагностический контроль напряженно-деформированного состояния металла узлов приварки коллекторов к корпусу парогенератора ПГВ-1000М после длительной эксплуатации на энергоблоке № 3 Южно-Украинской АЭС. Проанализированы результаты комплексных исследований состояния металла. Обнаружены и идентифицированы микротрещины, поры и неметаллические включения, определен их состав. Исследовано изменение микротвердости металла по высоте сварного шва. Показано, что в зоне корня шва содержание водорода в три раза выше, чем на других участках металла сварного соединения.
format	Article
author	Ожигов, Л.С. Митрофанов, А.С. Толстолуцкая, Г.Д. Крайнюк, Е.А. Шрамченко, С.В.
author_facet	Ожигов, Л.С. Митрофанов, А.С. Толстолуцкая, Г.Д. Крайнюк, Е.А. Шрамченко, С.В.
author_sort	Ожигов, Л.С.
title	Комплексный диагностический контроль внутренних дефектов в сварном соединении узла приварки коллектора к корпусу парогенератора энергоблока ВВЭР-1000
title_short	Комплексный диагностический контроль внутренних дефектов в сварном соединении узла приварки коллектора к корпусу парогенератора энергоблока ВВЭР-1000
title_full	Комплексный диагностический контроль внутренних дефектов в сварном соединении узла приварки коллектора к корпусу парогенератора энергоблока ВВЭР-1000
title_fullStr	Комплексный диагностический контроль внутренних дефектов в сварном соединении узла приварки коллектора к корпусу парогенератора энергоблока ВВЭР-1000
title_full_unstemmed	Комплексный диагностический контроль внутренних дефектов в сварном соединении узла приварки коллектора к корпусу парогенератора энергоблока ВВЭР-1000
title_sort	комплексный диагностический контроль внутренних дефектов в сварном соединении узла приварки коллектора к корпусу парогенератора энергоблока ввэр-1000
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/132977
citation_txt	Комплексный диагностический контроль внутренних дефектов в сварном соединении узла приварки коллектора к корпусу парогенератора энергоблока ВВЭР-1000 / Л.С. Ожигов, А.С. Митрофанов, Г.Д. Толстолуцкая, Е.А. Крайнюк, С.В. Шрамченко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2016. — № 3. — С. 25-32. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT ožigovls kompleksnyjdiagnostičeskijkontrolʹvnutrennihdefektovvsvarnomsoedineniiuzlaprivarkikollektorakkorpusuparogeneratoraénergoblokavvér1000 AT mitrofanovas kompleksnyjdiagnostičeskijkontrolʹvnutrennihdefektovvsvarnomsoedineniiuzlaprivarkikollektorakkorpusuparogeneratoraénergoblokavvér1000 AT tolstoluckaâgd kompleksnyjdiagnostičeskijkontrolʹvnutrennihdefektovvsvarnomsoedineniiuzlaprivarkikollektorakkorpusuparogeneratoraénergoblokavvér1000 AT krajnûkea kompleksnyjdiagnostičeskijkontrolʹvnutrennihdefektovvsvarnomsoedineniiuzlaprivarkikollektorakkorpusuparogeneratoraénergoblokavvér1000 AT šramčenkosv kompleksnyjdiagnostičeskijkontrolʹvnutrennihdefektovvsvarnomsoedineniiuzlaprivarkikollektorakkorpusuparogeneratoraénergoblokavvér1000
first_indexed	2025-07-09T18:24:14Z
last_indexed	2025-07-09T18:24:14Z
_version_	1837194759914913792
fulltext	25ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №3 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ УДК621.311.25; 620.19 КОМПЛЕКСНЫЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ВНУТРЕННИХ ДЕФЕКТОВ В СВАРНОМ СОЕДИНЕНИИ УЗЛА ПРИВАРКИ КОЛЛЕКТОРА К КОРПУСУ ПАРОГЕНЕРАТОРА ЭНЕРГОБЛОКА ВВЭР-1000 Л. С. ОЖИГОВ, А. С. МИТРОФАНОВ, Г. Д. ТОЛСТОЛУЦКАЯ, Е. А. КРАЙНЮК, С. В. ШРАМЧЕНКО Нац. научный центр «Харьковский физико-технический ин-т». 61108, Харьков-61, ул. Академическая, 1. E-mail:ozhigov@kipt.kharkov.ua Методами коэрцитиметрии и магнитной памяти выполнен диагностический контроль напряженно-деформиро- ванного состояния металла узлов приварки коллекторов к корпусу парогенератора ПГВ-1000М после длительной эксплуатации на энергоблоке № 3 Южно-Украинской АЭС. Проанализированы результаты комплексных исследо- ваний состояния металла. Обнаружены и идентифицированы микротрещины, поры и неметаллические включения, определен их состав. Исследовано изменение микротвердости металла по высоте сварного шва. Показано, что в зоне корня шва содержание водорода в три раза выше, чем на других участках металла сварного соединения. Библиогр. 21, табл. 1, рис. 13. К л ю ч е в ы е с л о в а : парогенератор, сварное соединение, эксплуатационные дефекты, микроструктура металла, термодесорбция, водород, напряженно-деформированное состояние, магнитные методы диагностики За время эксплуатации энергоблоков АЭС с ВВЭР-1000 имели место повреждения в уз- лах приварки коллекторов к патрубку Ду1200 корпусов парогенераторов – сварные соедине- ния №111. Повреждения проявляются в виде различных несплошностей, чаще микро- или сквозных макротрещин. На протяжении по- следних 17 лет (с 1998 по 2015 гг.) было про- ведено свыше 30 ремонтов сварного соедине- ния (СС) № 111. По результатам исследований было предложено несколько гипотез о вероят- ных причинах возникновения дефектов: недо- статки конструкции, нарушение технологии при изготовлении, вероятные перегрузки при оста- нове и пуске реактора, взаимное влияние кор- розионно-активной среды второго контура и циклических нагрузок. Окончательно причины повреждений СС № 111 на энергоблоках АЭС до последнего времени так и не определены. Выявление несплошностей в металле сварного соединения № 111 и оценка суще- ствующих методов контроля. Во время пла- ново-предупредительных ремонтов (ППР) энер- гоблоков дефекты с определенной точностью фиксируются с помощью применяемых методов НК: ультразвукового (УЗК) и капиллярного. В отдельных случаях трещины могут распростра- няться через всю толщину стенки патрубка и выходить на поверхность (рис. 1, толщина стен- ки около 70 мм) [1]. Но чаще дефекты обнаруживаются в глуби- не металла и на внутренней стороне конструк- ции, граничащей с теплоносителем. Исследо- вания показали, что дефекты, расположенные в © Л. С. Ожигов, А. С. Митрофанов, Г. Д. Толстолуцкая,Е. А. Крайнюк, С. В. Шрамченко, 2016 Рис. 1. Трещины в сварном соединении (капиллярный контроль): а – с внутренней стороны сварного шва; б – на поверхности темплета 26 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №3 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ толще металла и не имеющие выхода на поверх- ность, в большинстве случаев представляют со- бой поры диаметром около 1 мм и трещины дли- ной 1…5 мм (рис. 2) [2]. Как показывает практика, не всегда мето- дом УЗК удается обнаружить несплошности, так как чувствительность УЗК во многом зависит от контролирующего оборудования, состояния по- верхности, структуры металла и расположения несплошностей в металле относительно акусти- ческой волны. Метод капиллярной дефектоскопии является наиболее простым в применении, но недостаток этого метода заключается в том, что он позволяет выявить уже существующие дефекты и только на поверхности конструкции. Кроме того, проведе- ние контроля требует предварительной тщатель- ной подготовки поверхности металла. Методы УЗК и капиллярной дефектоскопии на- правлены на поиск и обнаружение уже возникше- го дефекта и не позволяют определить зоны кон- центрации напряжений (ЗКН), обусловленных действием рабочих эксплуатационных нагрузок, и отследить динамику развития ЗКН, предшествую- щую зарождению дефекта. В настоящее время в мире намечается но- вая стратегия НК, где центр усилий в оценке де- градации материала переносится от метода ре- агирования на событие, которое состоялось, на прогностические действия. Одними из таких про- гностических методов контроля являются маг- нитные методы: метод коэрцитиметрии и метод магнитной памяти металла [3]. Эти методы по- зволяют выявить потенциально опасные зоны – ЗКН – еще до образования и развития дефектов. Существующая методика диагностического кон- троля напряженного состояния металла корпуса реактора, оборудования и трубопроводов АЭС ме- тодом магнитной памяти металла является срав- нительно новой, но она нашла свое применение в процессе НК оборудования и трубопроводов [4]. Анализ литературных источников [5–14] отно- сительно причин повреждения СС №111 показы- вает, что за время существования этой проблемы накоплен достаточно большой опыт по разным методикам исследований: определения проч- ностных характеристик и пластичности металла, установления причин появления очагов разрушения металла, определения меха- низмов зарождения и распространения трещин, влияния рабочих факторов на возникновение, накопление и развитие дефектообразований. По результатам анализа можно отме- тить, что для более детального изучения и установления причин развития дефек- тообразований в металле сварного сое- динения приварки патрубка Ду1200 к коллектору парогенератора ПГВ-1000М целесообразны ком- плексные исследования с привлечением к обще- принятым методикам неразрушающих магнитных методов контроля металла, а также исследований содержания водорода. Магнитные методы контроля металла свар- ного соединения № 111. Контроль напряжен- но-деформированного состояния (НДС) металла СС № 111 методом измерения коэрцитивной силы и методом магнитной памяти металла осуществлял- ся во время ППР на Южно-Украинской АЭС. Ниже представлены результаты контроля НДС металла «горячего» коллектора парогенератора 3ПГ-1 на энер- гоблоке № 3, который проводился в 2010–2012 гг. [4]. Измерения коэрцитивной силы проводились в области 100 мм выше и ниже середины сварного шва. Результаты измерений представлены на рис. 3 в виде развертки сварного шва, где середина шва расположена на отметке 100 мм. О НДС металла можно судить по изменению цветовой гаммы раз- вертки шва от исходного темного до «предельного» светлого цвета. Значение коэрцитивной силы изме- няется от минимального для исходного отожжен- ного металла (темные участки), до максимального, когда металл находится в состоянии предразруше- ния, на границе предела текучести (светлые). Результаты показывают, что в 2010 г. в свар- ном шве значительные напряжения отсутству- ют (рис. 3, а). В 2011 г. (рис. 3, б), наблюдается локализация напряжений в металле ниже се- редины сварного шва (от 0 до 130о). В 2012 г. (рис. 3, в) можно видеть значительное увеличе- ние напряжений ниже середины шва между от- метками 0 и 130о. Результаты контроля СС № 111 горячего кол- лектора 3ПГ-1 методом магнитной памяти ме- талла показаны на рис. 4 в виде магнитограммы, построенной по данным контроля в 2012 г. На магнитограмме наблюдается зона значительной концентрации напряжений металла на интервале от 240 до 1100 мм. Кроме контроля напряженного состояния маг- нитными методами был выполнен контроль нес- плошностей в СС № 111 методом УЗК. Контроль показал наличие дефектов в металле сварного шва и околошовной зоны. Рис. 2. Дефекты в сварном шве: а – микротрещины; б – поры 27ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №3 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ Сравнительный анализ показывает, что ре- зультаты контроля магнитными методами корре- лируют с результатами, полученными методом УЗК [15]. После определения мест локализации нес- плошностей магнитными методами и методом УЗК из сварного шва при ремонте в 2012 г. был вырезан темплет, который был передан для иссле- дований в ННЦ ХФТИ. На рис. 5 приведены результаты контроля СС №111 тремя методами: коэрцитиметрическим, магнитной памяти метала и УЗК, а также схема вырезки темплета. Отдельно темплет также был исследован мето- дом магнитной памяти металла. На рис. 6, а показан темплет и места локализа- ции внутренних дефектов в металле, выявленные методами УЗК и радиографического контроля (РГК) – белые и черные метки соответственно. На рис. 6, б показана магнитограмма поверхности темплета, по- лученная методом магнитной памяти металла. Ме- ста аномалий распределения собственных магнит- ных полей рассеяния показаны темными участками. Видно, что зоны концентрации напряжений (темные участки) соответствуют местам располо- жения дефектов. Металлография и электронная микроскопия. Исследования с помощью металлографических методик показали, что металл сварного соедине- ния имеет слоистую структуру (рис. 7), прису- щую многопроходной электросварке металла. На поверхности образца сварные валики расположе- ны параллельными рядами, образуя полосчатую структуру с мелкокристаллическими и столбча- тыми слоями, достигающими ширины приблизи- тельно 4 мм. В слоях с мелкокристаллической со- ставляющей наблюдается ферритно-перлитная структура с содержанием перлита около 65 %, в столбчатой структуре – 72 % (ГОСТ 8233–82, шкала эталона № 7). Было обнаружено также, что в металле сварного шва присутствуют разного рода дефекты, такие как поры, микротрещины и неметаллические включения (рис. 7, б–д). Проведенные измерения микротвердости по высоте сварного шва (от корня шва к внешней поверхности микротвердость измеряли в со- ответствии с ГОСТ 9450–76 при нагрузке ин- дентора 20 г) показали, что значения (рис. 8) меняются периодически в соответствием с чере- дованием мелкозернистой и столбчатой струк- тур, содержанием в них ферритной и перлитной составляющих. Микротвердость металла сварного соединения изменяется от 1300 до 2000 МПа, что характерно для ферритно-перлитной стали при различном со- держании в ней углерода. Кроме выявленных трещин и пор [16] при по- слойной шлифовке металла темплетов были об- наружены участки со скоплением включений, которые были иденти- фицированы как карбид кремния SiC. Размер включений колеблется от 10 до 80 мкм. На рис. 9 можно видеть пример таких неметалличе- ских включений. Включения, обнаруженные вблизи корня сварного шва, рас- полагаются вокруг трещин или в их русле. В целом, в металле шва количество и размер неметалличе- ских включений не превышает до- пустимые нормы [15]. Следует от- Рис. 3. Результаты контроля СС №111 коллектора парогене- ратора 3ПГ-1 «ГК» ППР методом коэрцитиметрии по годам: а – 2010; б – 2011; в – 2012 г. Рис. 4. Результаты контроля сварного шва № 111 методом магнитной памяти ме- талла в 2012 г. 28 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №3 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ метить, что включения SiC располагаются вблизи корня шва. Были выявлены также одиночные тре- щины длиной до 3 мм (рис. 7, б) и зоны с наличи- ем пор (рис. 10), диаметр которых не превышает 0,6 мм. Поры, также как неметаллические включения и трещины, расположены вблизи корня сварного шва. Происхождение этих дефектов может быть связа- но с условиями сварки, в частности, с присутстви- ем водорода и других газов, которые, выделяясь при охлаждении сварочной ванны, локально накаплива- ются, образуя поры и макроскопические полости. Наличие и величина подобных дефектов в металле регламентируется нормами [15]. По характеру и расположению обнаруженные в процессе исследований трещины можно отнести к дефектам, которые появились в результате дли- тельной эксплуатации. Важным моментом в уста- новлении причин их образования являются выяв- ленные вблизи вершин трещин частицы карбида кремния (рис. 9). В отличие от неметаллических включений (оксиды, силикаты и др.), которые вы- деляются при металлургических процессах свар- ки, форма, размеры и расположение частиц карби- да кремния свидетельствуют о том, что они были занесены в расплав сварного шва. Присутствие частиц карбида кремния в металле можно объ- яснить особенностями многопроходной сварки, при которой требуется зачищать валики от флю- Рис. 5. Результаты контроля сварного шва № 111 методами коэрцитиметрии (1), магнитной памяти металла (2), УЗК (3) и схема вырезки темплета Рис. 6. Места локализации внутренних дефектов в металле темплетов, выявленные методами УЗК и РГК (белые и чер- ные метки соответственно) (а) и аномалии распределения собственных магнитных полей рассеяния (б) Рис. 7. Структура металла сварного шва и выявленные дефекты: а – слоистая структура металла шва; б – макроструктура с трещинами (выделены кругами); в – пора; г – трещина; д – неметаллическое включение 29ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №3 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ са перед наложением очередных слоев. Зачистка осуществляется с помощью абразивных кругов, в состав которых входит карбид кремния. Частицы карбида кремния при износе круга попадают в из- готавливаемый шов. На начальной стадии изготовления клиновид- ного СС №111, когда формируется корень шва и первые валики, зачистка металла и удаление абра- зива из области сварки затруднены. Можно пред- положить, что именно поэтому в этой области наиболее часто встречаются включения частиц карбида кремния. Карбид кремния не растворяет- ся в расплаве металла и участвует в формирова- нии макроструктуры. На рис.11 показаны частицы карбида кремния в металле. Скопления SiC или отдельные частицы на гра- нице сварных валиков могут создавать локаль- ные напряжения. Коефициент термического рас- ширения SiC в несколько раз меньше, чем у стали – (3...4) и (16...18)∙10–6, соответственно, поэтому при кристаллизации расплава под действием воз- никающих напряжений возможно образование микротрещин с последующим их раскрытием и подрастанием в условиях эксплуатации. Заро- ждению трещин могут также способствовать углы неметаллических включений (как концентраторы напряжений). Эти дефекты не выявляются мето- дами контроля сразу после изготовления и в на- чальный период эксплуатации; они становятся заметны при подрастании под действием эксплу- атационных факторов (пуск–останов). Рис. 8. Периодическое изменение микротвердости по высоте сварного соединения Элемент Массовый процент Атомный процент C 22,85 40,87 O 1,17 1,57 Si 74,54 57,01 Fe 1,44 0,55 Итого 100,00 100,00 Рис. 9. Включения и несплошности в сварном шве (а): 1 – включение карбида кремния; 2 – пора; 3 – включение карби- да кремния; 4 – включение оксида железа; 5 – основной ме- талл; спектр и химический состав включения 1 (б) Рис. 10. Скопление пор (выделены кругами) Элемент Массовый процент Атомный процент C 22,17 39,97 Si 77,83 60,03 Итого 100,00 100,00 Рис. 11. Включения в сварном шве: а – расположение карби- да кремния в металле шва; б – спектр включения и его хими- ческий состав 30 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №3 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ Параллельное расположение трещин являет- ся явным признаком того, что их рост связан с на- правленными напряжениями в СС. Небольшую длину трещин, которые образовались, можно объяс- нить тем, что трещина распространяется хрупко че- рез столбчатую зону сварочного валика, но затуха- ет вязко при входе в зону с мелкокристаллической структурой. Возникает вопрос об опасности такого растрескивания для эксплуатации. Локальный ха- рактер действия включений, затухание трещин от них в пределах одного-двух слоев сварочных ва- ликов, а также направленность трещин под углом 40...50° к оси шва позволяют предположить, что их слияние в магистральную трещину маловероятно. Это дает основание допускать эксплуатацию соеди- нения при условии регулярного контроля. Магнитные свойства и микроструктура ме- талла. Образцы для исследований магнитных свойств в различных зонах СС имели размеры 4,3×3,0×1,7 мм. Образцы изготавливали распи- ловкой темплета на пластинки толщиной 1,7 мм на фрезерном станке с последующей вырезкой об- разцов электроэрозионным методом. Магнитные свойства образцов определяли с помощью маг- нитного гистереографа с применением импуль- сно-индукционной методики [17] в соответствии с ГОСТ 8.377–80 [18]. Проведенные измерения показали, что для образ- цов с различным содержанием столбчатой микро- структуры магнитные свойства различны. На рис. 12 показаны образцы с разной микроструктурой. В подписях к рисункам указано содержание столбча- той структуры, усредненное по толщине образцов, номера образцов и измеренные значения коэрцитив- ной силы. В таблице приведены значения процентного содержания столбчатой микроструктуры Аср, по- лученные для них результаты коэрцитивной силы Нс (А/м), остаточной магнитной индукции Вr (Тл) и максимальной магнитной проницаемости μ. По результатам исследований можно конста- тировать, что имеют место существенные из- менения измеренных магнитных параметров от микроструктурных особенностей образцов. В частности, для коэрцитивной силы наблюдает- ся тенденция к увеличению Нс с увеличением со- держания столбчатой микроструктуры в образ- цах. Так, в наплавленном металле с наибольшим содержанием мелкокристаллический структуры (образец № 1) имеют место наименьшие значения Нс, тогда как в образце с преимущественно столб- чатой структурой (образец № 3) наблюдали в два раза большее значение Нс. Указанные особенности можно объяснить тем, что Нс является фактором, который зависит от ми- кроструктуры и текстуры материала, а также его напряженного состояния. Более высокие значения коэрцитивной силы для столбчатой структуры по сравнению с мелкокристаллической можно объяс- нить неоднородным распределением продуктов рас- пада аустенита. Это приводит к напряженному со- стоянию столбчатых слоев. Подтверждением этого являются результаты ранее проведенных исследо- ваний микроструктуры и микротвердости много- слойного СС № 111 [19], где было отмечено, что в слоях с мелкокристаллической структурой трещины развиваются вязко, а в столбчатой структуре – хруп- ко, что является признаком напряженного состояния металла в столбчатых слоях. Водород в сварном соединении. Концентра- цию водорода в металле сварного соединения приварки патрубка к коллектору парогенерато- ра определяли путем термоактивированной де- Рис. 12. Микроструктура и магнитные свойства образцов: а – образец № 1, структура кристаллическая, Нс = 430 А/м; б – об- разец № 2, структура столбчатая 68 % , Нс = 524 А/м; в – образец № 3, структура столбчатая 92 % , Нс = 831 А/м Процентное содержание столбчатой микроструктуры и магнитные параметры образцов Номер Аср, % Нс, А/м Br, Тл µ 1 0 430 0,103 150 2 68 524 0,074 89 3 92 831 0,096 106 31ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №3 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ сорбции [20, 21]. При этом применяли динами- ческий метод анализа содержания газа. Метод основан на измерении давления в вакуумной камере, которое прямо пропорционально скоро- сти десорбции газов из прогреваемого образца. Измерения выполнены с помощью масспектро- метра МХ 7304. В этих экспериментах отжиг образцов в интервале температур 300...1500 К вели со скоростью 6 град∙с –1. Нагрев образцов осуществляли резистивным методом. Давле- ние остаточных газов в камере составляло око- ло 5·10–5 Па. Количественные характеристики выделения водорода из металла образцов по- лучали при формировании навесок массой при- близительно 0,2 г и размером 1×1×72 мм. По- лученные температурные зависимости скорости десорбции показаны на рис.13. Содержание во- дорода в образцах определяли путем интегриро- вания этих кривых. Результаты исследований свидетельствуют о том, что после длительной эксплуатации парогене- ратора водород накапливался в области корня свар- ного шва, которая граничит с рабочей средой вто- рого контура. Концентрация водорода в этой зоне достигает 36 см3/100 г и постепенно снижается до 11 см3/100 г на глубине около 10 мм от поверхности. Повышенное количество водорода у корня сварного шва можно объяснить тем, что на по- верхности металла проходят процессы коррозии. Вследствие взаимодействия металла с теплоно- сителем под влиянием рабочих факторов водород выделяется и диффундирует в металл. Можно так- же предположить, что насыщение металла водо- родом до указанных концентраций частично про- изошло за счет сварочного процесса. Полученные результаты также свидетельству- ют, что количество водорода в глубине сварного соединения меняется в зависимости от структу- ры металла и составляет около 8 см3 /100 г для мелкокристаллической и 5 см3 /100 г для столбча- той. Температура интенсивного выхода водорода из мелкокристаллический структуры составляет ~ 850 К; для столбчатой – 800 и 1150 К. Выводы Проведены комплексные исследования со- стояния металла сварного шва №111 в соедине- нии коллектора с парогенератором ПГВ-100 по- сле длительной эксплуатации на энергоблоке № 3 Южно-Украинской АЭС, включающие методы магнитного контроля, металлографии, растровой электронной микроскопии и микрорентгеновского анализа, а также метод водородного анализа пу- тем термодесорбционной масспектрометрии. В результате проведенных исследований было установлено, что металл сварного шва № 111 соответствует низколегированной фер- ритно-перлитной стали, имеет полосчатую структуру с чередованием столбчатых и мел- кокристаллических слоев, что характерно для многопроходной электросварки. Показано, что микротвердость металла изменяется периоди- чески в соответствии с микроструктурой шва, при этом значения микротвердости лежат в пре- делах требований технических условий к мате- риалу сварного шва. Методами неразрушающего контроля были обнаружены несплошности в сварном шве, пре- вышающие нормативные требования. Методами металлографии и электронной микроскопии не- сплошности были идентифицированы как поры размерами до 1 мм и трещины длиной до 5 мм. Было установлено, что трещины развиваются от частиц карбида кремния, которые были зане- сены во время изготовления СС. Исследование строения дефектов показало, что их величина и Рис. 13. Распределение водорода в сварном шве: а – в зоне корня шва; б – на расстоянии 10 мм от поверхности; в – мел- кокристаллическая (1) и столбчатая (2) микроструктуры 32 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №3 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ локальное расположение в металле допускает дальнейшую эксплуатацию сварного соедине- ния при условиях регулярного контроля. Напряженно-деформированное состояние в СС № 111, установленное с помощью коэрцити- метрии и магнитной памяти металла, коррели- рует с данными ультразвукового контроля и со- ответствует результатам металлографических исследований. Авторы благодарны за помощь в работе со- трудникам Южно-Украинской АЭС А. В. Бажу- кову, А. М. Палию и П. Е. Мельнику 1. Комплексний підхід до визначення ресурсу зварного з’єднання приварки патрубка до колектору парогенера- тора ПГВ-1000М реактора ВВЕР-1000 / Л. С. Ожигов, А. С. Митрофанов, Є. О. Крайнюк [та ін.] // Зб. науко- вих статей за результатами, отриманими в 2013–2015 рр. Цільова комплексна програма НАН України «Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин». – К.: Ін-т електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, 2015. – С. 314–327. 2. Внутренние несплошности в швах сварных соединений приварки коллекторов к патрубкам корпусов парогенера- торов на энергоблоках ВВЭР-1000 / В. Н. Воеводин, Л. С. Ожигов, А. С. Митрофанов [и др.] // Тяжелое машино- строение. – 2014. – № 11–12. – С. 8–13. 3. Дубов А. А. Метод магнитной памяти металла и приборы контроля. Учебное пособие / А. А. Дубов, Ал. А. Дубов, С. М. Колокольников. – М.: ЗАО «Тиссо», 2003. – 320 с. 4. Каталог данных неразрушающего контроля напряжен- но-деформированного состояния корпусов реакторов типа ВВЭР-1000 и трубопроводов АЭС / И. М. Неклю- дов, Л. С. Ожигов [и др.] // Свідоцтво про реєстрацію ав- торського права на твір №41953 від 30.01.2012 р. 5. Перераспределение напряжений в узле соединения кол- лектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 при его нагружении после термообработки // В. В. Харченко, Г. В. Степанов, В. И. Кравченко [и др.] // Проблемы проч- ности. – 2009. – № 3.– С. 25–31. 6. Махненко В. И. Ресурс безопасной эксплуатации свар- ных соединений и узлов современных конструкций / В. И. Махненко. – К.: Наукова думка, 2006. – 620 с. 7. Влияние воды высоких параметров на склонность стали 10ГН2МФА к замедленному деформационному коррози- онному растрескиванию / Ю. Г. Драгунов, А. С. Зубчен- ко, О. Ю. Петров [и др.] // Машиностроение и инженер- ное образование. – 2007. – № 4. – С. 35–41. 8. Эрозионно-коррозионный износ оборудования атомных электростанций / В. И. Бараненко, Б. И. Нигматулин, Т. Е. Щедеркина [и др.] // Атомная техника за рубежом. – 1995. – № 8. – С. 9–13. 9. Про причини ушкодження зварних з’єднань № 111 па- рогенераторів ПГВ-1000 / А. С. Митрофанов, Л. С. Ожи- гов, Є. О. Крайнюк [та ін.] // Вісник Тернопільського дер- жавного технічного університету. – 2009. – Т.1 4, № 4. – С. 79–83. 10. Повышение надежности эксплуатации коллекто- ров парогенераторов ПГВ-1000 –1000М / Ю.Г. Дра- гунов, О.Ю. Петрова, С.Л. Лякишев [и др.] // Атомная энергия. – 2008. – 104, № 1. – С. 9–13. 11. Лобанов Л. М. Оценка сварных соединений конструкций магнитным (коэрцитиметрическим) методом для про- гнозирования индивидуального остаточного ресурса / Л. М. Лобанов, А. Ю. Бондаренко, Ю. К. Бондаренко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. – 2004. – № 1. – С. 3–8. 12. Махненко В. И. Трещины стресс-коррозии в зоне сварно- го соединения № 111 парогенераторов ПГВ-1000М энер- гоблоков ВВЭР-1000 (проект 1.1) / В. И. Махненко, Е. А. Великоиваненко // Проблеми ресурсу і безпеки експлу- атації конструкції, споруд та машин. – К.: ІЕЗ ім. Є. О. Патона НАН України, 2006. – С. 2–10. 13. Чирков А. Ю. Смешанная схема метода конечных эле- ментов для решения краевых задач теории упругости и малых упругопластических деформаций / А. Ю. Чирков. – К.: Изд-во Ин-та проблем прочности, 2003. – 250 с. 14. Неклюдов И. М. Эксплуатационные повреждения тепло- обменных трубок и сварных соединений в парогенерато- рах энергоблоков АЭС с ВВЭР-1000 / И. М. Неклюдов, В. М. Ажажа, Л. С. Ожигов [и др.] // Проблемы прочно- сти. – 2008. – № 2 (392). – С. 105–111. 15. Заготовки из стали марки 10ГН2МФА, 10ГН2МФА-ВД, 10ГН2МФА-Ш для оборудования АЭС. ТУ 0893-014- 00212179–2004 (взамен ТУ 108.766–86). – [Введен. 2005- 02-01]. – М.: Госстандарт России ВНИИстандарт, 2005. – 28 с. 16. Идентификация несплошностей в металле сварного сое- динения корпуса парогенератора с коллектором на энер- гоблоках ВВЭР-1000 / В. Н. Воеводин, Л. С. Ожигов, А. С. Митрофанов [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. – 2014. – № 4 (92). – С. 82–87. 17. Чечерников В. И. Магнитные измерения / В. И. Чечерни- ков. – М.: Изд-во МГУ, 1969. – 387 с. 18. Методика выполнения измерений при определении ста- тических магнитных характеристик: ГОСТ 8.377–80. – М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1986. – 21 с. 19. Особенности повреждений сварных соединений № 111 в парогенераторах энергоблоков ВВЭР-1000 / И. М. Неклюдов, Л. С. Ожигов, А. С. Митрофанов [и др.] // Физика и химия обработки материалов. – 2013. – № 2. – С. 18–25. 20. Неклюдов И. М. Сочетание метода ядерних реакций, тер- модесорбционной спектрометрии и двухпучкового облу- чения при исследовании поведения гелия и водорода в конструкционных материалах / И. М. Неклюдов, Г. Д. Толстолуцкая, В. В. Ружицкий [и др.] // Тр. XIV Меж- дународного совещания «Радиационная физика твердого тела» г. Севастополь, 5–10 июля 2004 г. – М.: ГНУ «НИИ ПМТ», 2004. –С. 592–596. 21. Неклюдов И. М. Гелий и водород в конструкционных ма- териалах / И. М. Неклюдов, Г. Д. Толстолуцкая // ВАНТ. – 2003. – № 3. – С. 3–14. Coercimetry and magnetic memory techniques were used to perform diagnostic testing of stress-strain state of metal in the assemblies connecting collectors to housing of PVG-100M steam generator after long-term operation in power unit of South- Ukrainian NPP. Results of comprehensive studies of metal state were analyzed. Microcracks, pores and nonmetallic inclusions were detected and identified, and their composition was determined. Change of metal microhardness by weld height was studied. It is shown that in weld root zone the amount of accumulated hydrogen is three times higher than in other sections of welded joint metal. 21 References, 1 Table, 13 Figures. Keywords: steam generator, welded joint, service defects, metal microstructure, thermodesorption, stress-strain state, magnetic diagnostic techniques Поступила в редакцию 07.03.2016

Комплексный диагностический контроль внутренних дефектов в сварном соединении узла приварки коллектора к корпусу парогенератора энергоблока ВВЭР-1000

Institution

Ähnliche Einträge