Автоматическая аргонодуговая сварка для герметизации с отработанным ядерным топливом

Разработаны технология автоматической аргонодуговой сварки и оборудование для герметизации патронов П-89 из стали 08Х18Н10Т применительно к утилизации отработанного ядерного топлива Чернобыльской АЭС. Разработка технологии автоматической аргонодуговой сварки колпака к патрону и технологии контрольно...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Автоматическая сварка
Дата:2007
Автори: Ющенко, К.А., Монько, Г.Г., Коваленко, Д.В., Пестов, В.А.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2007
Теми:
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101633
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:Автоматическая аргонодуговая сварка для герметизации с отработанным ядерным топливом / К.А. Ющенко, Г.Г. Монько, Д.В Коваленко, В.А. Пестов // Автоматическая сварка. — 2007. — № 8 (652). — С. 33-37. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101633
record_format dspace
spelling Ющенко, К.А.
Монько, Г.Г.
Коваленко, Д.В.
Пестов, В.А.
2016-06-05T18:20:53Z
2016-06-05T18:20:53Z
2007
Автоматическая аргонодуговая сварка для герметизации с отработанным ядерным топливом / К.А. Ющенко, Г.Г. Монько, Д.В Коваленко, В.А. Пестов // Автоматическая сварка. — 2007. — № 8 (652). — С. 33-37. — рос.
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101633
621.791.76
Разработаны технология автоматической аргонодуговой сварки и оборудование для герметизации патронов П-89 из стали 08Х18Н10Т применительно к утилизации отработанного ядерного топлива Чернобыльской АЭС. Разработка технологии автоматической аргонодуговой сварки колпака к патрону и технологии контрольной сварки отвода штуцера для закачки гелия в патрон позволили оптимизировать технические требования к швам для выполнения сварочных работ на монтаже.
Technology of automatic argon-arc welding and equipment for sealing P-89 cartridges from steel 08Kh18N10T for Chernobyl NPP nuclear waste disposal have been developed. Development of the technology of automatic argon-arc welding of the cap to the cartridge and technology of test welding of the nozzle tap for helium pumping into the cartridge allowed optimization of technical requirements to welds for performance of welding operations in site.
ru
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
Автоматическая сварка
Производственный раздел
Автоматическая аргонодуговая сварка для герметизации с отработанным ядерным топливом
Automatic argon-arc welding for sealing of cartridges with nuclear fuel wastes
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Автоматическая аргонодуговая сварка для герметизации с отработанным ядерным топливом
spellingShingle Автоматическая аргонодуговая сварка для герметизации с отработанным ядерным топливом
Ющенко, К.А.
Монько, Г.Г.
Коваленко, Д.В.
Пестов, В.А.
Производственный раздел
title_short Автоматическая аргонодуговая сварка для герметизации с отработанным ядерным топливом
title_full Автоматическая аргонодуговая сварка для герметизации с отработанным ядерным топливом
title_fullStr Автоматическая аргонодуговая сварка для герметизации с отработанным ядерным топливом
title_full_unstemmed Автоматическая аргонодуговая сварка для герметизации с отработанным ядерным топливом
title_sort автоматическая аргонодуговая сварка для герметизации с отработанным ядерным топливом
author Ющенко, К.А.
Монько, Г.Г.
Коваленко, Д.В.
Пестов, В.А.
author_facet Ющенко, К.А.
Монько, Г.Г.
Коваленко, Д.В.
Пестов, В.А.
topic Производственный раздел
topic_facet Производственный раздел
publishDate 2007
language Russian
container_title Автоматическая сварка
publisher Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
format Article
title_alt Automatic argon-arc welding for sealing of cartridges with nuclear fuel wastes
description Разработаны технология автоматической аргонодуговой сварки и оборудование для герметизации патронов П-89 из стали 08Х18Н10Т применительно к утилизации отработанного ядерного топлива Чернобыльской АЭС. Разработка технологии автоматической аргонодуговой сварки колпака к патрону и технологии контрольной сварки отвода штуцера для закачки гелия в патрон позволили оптимизировать технические требования к швам для выполнения сварочных работ на монтаже. Technology of automatic argon-arc welding and equipment for sealing P-89 cartridges from steel 08Kh18N10T for Chernobyl NPP nuclear waste disposal have been developed. Development of the technology of automatic argon-arc welding of the cap to the cartridge and technology of test welding of the nozzle tap for helium pumping into the cartridge allowed optimization of technical requirements to welds for performance of welding operations in site.
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101633
citation_txt Автоматическая аргонодуговая сварка для герметизации с отработанным ядерным топливом / К.А. Ющенко, Г.Г. Монько, Д.В Коваленко, В.А. Пестов // Автоматическая сварка. — 2007. — № 8 (652). — С. 33-37. — рос.
work_keys_str_mv AT ûŝenkoka avtomatičeskaâargonodugovaâsvarkadlâgermetizaciisotrabotannymâdernymtoplivom
AT monʹkogg avtomatičeskaâargonodugovaâsvarkadlâgermetizaciisotrabotannymâdernymtoplivom
AT kovalenkodv avtomatičeskaâargonodugovaâsvarkadlâgermetizaciisotrabotannymâdernymtoplivom
AT pestovva avtomatičeskaâargonodugovaâsvarkadlâgermetizaciisotrabotannymâdernymtoplivom
AT ûŝenkoka automaticargonarcweldingforsealingofcartridgeswithnuclearfuelwastes
AT monʹkogg automaticargonarcweldingforsealingofcartridgeswithnuclearfuelwastes
AT kovalenkodv automaticargonarcweldingforsealingofcartridgeswithnuclearfuelwastes
AT pestovva automaticargonarcweldingforsealingofcartridgeswithnuclearfuelwastes
first_indexed 2025-11-26T00:08:18Z
last_indexed 2025-11-26T00:08:18Z
_version_ 1850591946784899072
fulltext УДК 621.791.76 АВТОМАТИЧЕСКАЯ АРГОНОДУГОВАЯ СВАРКА ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ПАТРОНОВ С ОТРАБОТАННЫМ ЯДЕРНЫМ ТОПЛИВОМ Академик НАН Украины К. А. ЮЩЕНКО, Г. Г. МОНЬКО, канд. техн. наук, Д. В. КОВАЛЕНКО, В. А. ПЕСТОВ, инженеры (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) Разработаны технология автоматической аргонодуговой сварки и оборудование для герметизации патронов П-89 из стали 08Х18Н10Т применительно к утилизации отработанного ядерного топлива Чернобыльской АЭС. Разработка технологии автоматической аргонодуговой сварки колпака к патрону и технологии контрольной сварки отвода штуцера для закачки гелия в патрон позволили оптимизировать технические требования к швам для выполнения сварочных работ на монтаже. К л ю ч е в ы е с л о в а : автоматическая аргонодуговая сварка, контактная сварка, специальная установка, техни- ка и технология сварки, патрон П-89, нержавеющая сталь, отработанное ядерное топливо В настоящее время для хранения отработанного ядерного топлива (ОЯТ) на ГСП ЧАЭС исполь- зуют пеналы со 196 патронами П-89 (рис. 1). В дальнейшем захоронение пеналов предусмотрено в построенном на территории ГСП ЧАЭС хранилище отработанного ядерного топлива (ХОЯТ-2). Патрон для загрузки ОЯТ спроектирован фир- мой «Framatome ANP» (Франция) и изготовлен на ОАО «СНПО им. М. В. Фрунзе» (г. Сумы). Технологию сварки для герметизации патро- нов отрабатывали на автоматизированной спе- циализированной установке, разработанной фир- мой «Framatome ANP», при приварке (замыкаю- щий шов) колпака к патрону после загрузки ОЯТ с заданным непроваром. После закачки гелия в патрон через отвод штуцера осуществляют кон- тактную сварку, что не регламентировано к при- менению на АЭС правилами и нормами, дейс- твующими в атомной энергетике Украины. В этой связи необходимо было выполнить сле- дующий объем работ: разработать технологию сварки и оборудова- ния для приварки колпака к патрону; выбрать способ сварки и ее оптимальные ре- жимы; исследовать неразрушающие и разрушающие методы контроля и испытаний для оценки качес- тва сварных соединений патрона; исследовать коррозионную стойкость сварных соединений; разработать технологию сварки и оборудова- ния для заварки штуцера патрона; выбрать способ сварки и определить оптималь- ные режимы при приварке колпака к патрону пос- ле закачки гелия; использовать неразрушающие и разрушающие методы контроля и испытаний для оценки качес- тва сварных соединений штуцера и патрона; разработать технологию исправления дефек- тов, возникших при сварке. Данная работа выполнена в соответствии с контрактом с фирмой «Framatome ANP», который предусматривал выполнение достаточного коли- чества исследований, необходимых для разработ- ки автоматизированной технологии сварки кол- пака с патроном и контактной сварки отвода шту- © К. А. Ющенко, Г. Г. Монько, Д. В. Коваленко, В. А. Пестов, 2007 Рис. 1. Схема патрона П-89 для загрузки ОЯТ 8/2007 33 цера для закачки гелия в патрон на монтажной площадке ГСП ЧАЭС. В качестве основного конструкционного ма- териала для патрона применена высоколегирован- ная коррозионностойкая нержавеющая сталь 08Х18Н10Т. Корпус патрона представляет собой трубковидный цилиндрический сосуд, имеющий следующие габаритные размеры: общую длину 3872,5 мм; диаметр 89 мм; длину колпака 276,5 мм; длину штуцера для закачки гелия 21,0 мм. Сварные соединения работают при температуре от – 40 до 50 °С в условиях интенсивной радиации, вакуум внутри патрона составляет 400 Па. Для автоматической аргонодуговой сварки колпака с патроном, контактной сварки отвода штуцера для закачки гелия и контроля качества швов патрона и штуцера на проницаемость фир- мой «Framatome ANP» создана специальная ав- томатизированная установка с камерой для пол- ного цикла изготовления двух патронов, которая состоит из трех головок (рис. 2). Для прихватки и сварки разработаны специ- альные программы, которые вводятся в память компьютера для управления источником питания «Polysoude» и планетарной сварочной головкой (рис. 3). Технология автоматической аргонодуговой свар- ки колпака с патроном, загруженными ОЯТ, осу- ществляется по определенной схеме (рис. 4). Лю- минесцентная метка шириной 8 мм на станине сов- мещается с меткой 0′ на планетарной сварочной головке. Эту операцию выполняет оператор в руч- ном режиме, который находится в безопасном по- мещении и контролирует ее прохождение по мо- нитору компьютера. Затем он подводит сварочную головку с вольфрамовым электродом на стык и в ручном режиме осуществляет контрольный оборот на 360° по стыку. Если совпадает положение воль- фрам–стык, то выполняется следующая операция. При подготовке к прихватке сварочная горелка автоматически возвращается в положение 0′. Пос- ле включения программы «Прихватка» сварочная горелка устанавливается в положение 0′′, после чего автоматически поворачивается на угол 240°, оста- навливается и при сварочном токе Iсв = 80 А спо- собом касания производится прихватка. На рис. 5 представлена циклограмма прихватки. После прихватки сварочная головка автомати- чески отклоняется на угол 60° для того, чтобы на мониторе можно было увидеть качество прих- ватки. Этот процесс длится 10 с, после чего сва- рочная горелка возвращается в положение 0′. Если прихватка некачественная (не совпадает с поло- жением вольфрам–стык или др.), то оператор вы- полняет коррекцию вольфрама на стык и процесс повторяется. Перед автоматической сваркой колпака с пат- роном в течение 10…15 с осуществляется продув- ка всей системы аргоном. Кнопкой «Пуск» по заданной программе свар- ки сварочная головка возвращается в положение Рис. 2. Общий вид специальной установки для приварки кол- пака с патроном П-89 в камере: 1 — головка для приварки колпака к патрону; 2 — головка для закачки гелия и приварки герметизации (сварки) отвода штуцера; 3 — головка для кон- троля патрона на непроницаемость гелием после полного цикла работ по герметизации Рис. 3. Общий вид планетарной сварочной головки для выполнения кольцевого шва при сварке колпака с патроном Рис. 4. Схема сварки колпака с патроном 34 8/2007 0′′, и на заданном режиме способом касания вы- полняется автоматическая аргонодуговая сварка колпака с патроном, после окончания которой еще в течение 10 с продолжается подача аргона. На рис. 6 представлена развернутая схема сварки кол- пака с патроном. На специальной установке головкой 2 (см. рис. 2) после сварки колпака с патроном осущес- твляется контактная сварка отвода штуцера для закачки гелия в патрон. Технология контактной сварки отвода шту- цера для закачки гелия в патрон П-89. После приварки колпака к патрону последний поступает на головку 2 (см. рис. 2) специальной установки, где происходит автоматическая закачка гелия в патрон через отвод штуцера, затем сплющивание отвода с усилием P и его контактная сварка, тех- нология которой отработана фирмой «Framatome ANP». Циклограмма контактной сварки отвода шту- цера (рис. 7) включает пять этапов: зажатие электродов в холодном состоянии (время τ0 — зажатие с усилием электродов P); предварительный нагрев при постепенном по- вышении температуры (линейно нарастающая функция предварительного нагрева в течение τ1 + + предварительный нагрев в течение τ2 с интен- сивностью Ip); переходной этап τ3 в нашем случае сокращен; сварка с линейным нарастанием Iсв (в течение τ4 + в течение τ5); поддержка зажатия электродов и проковки (τ6 — зажатие с усилием электродов P). Опыты, проведенные фирмой «Framatome ANR», подтвердили работоспособность этой спе- циальной установки для контактной сварки отвода штуцера с целью герметизации патрона П-89. Технология сварки образцов-свидетелей колпака с патроном в ИЭС им. Е. О. Патона. В ИЭС им. Е. О. Патона были проведены опыты по сварке образцов-свидетелей труб с имитацией технологии сварки патронов П-89. Сварку про- водили на установке АДСВ-6 с манипулятором сварочным универсальным марки М11010 и ис- точником питания ВСВУ-315У. Сварку выполня- ли на образцах труб из нержавеющей стали 08Х18Н10Т диаметром 75 мм с толщиной стенки 5,4 мм. Стыковые соединения образца-свидетеля полностью соответствовали чертежам патрона. Образцы-свидетели были получены на режимах сварки, указанных в табл. 1. Из сваренных образцов-свидетелей изготовле- ны макрошлифы, исследование которых показало, что с увеличением тока импульса Iи с 120 до 145 А при токе паузы Iп = 80 А ширина шва Bш сос- тавляет 6,8...7,5 мм, а глубина провара Hпр — 2,2...3,0 мм (рис. 8). Проведены испытания на статическое растяже- ние при 20 °С (ГОСТ 6996–66, тип ХIII) сварных соединений с различной глубиной проплавления, результаты которых представлены в табл. 2. Анализ свойств сварных соединений, выпол- ненных автоматической аргонодуговой сваркой образцов-свидетелей на трубах диаметром 75 мм из стали марки 08Х18Н10Т, применительно к пат- рону показал, что швы отличаются достаточно вы- сокой прочностью при минимальной глубине про- вара Hпр = 1,8…2,0 мм. Результаты исследований Рис. 5. Циклограмма прихватки колпака к патрону (Uд = = 13 В) Рис. 6. Развернутая схема сварки колпака с патроном (длина сварного шва Lш = 298,5 мм) Рис. 7. Циклограмма контактной сварки отвода штуцера для закачки гелия в патрон Т а б л и ц а 1. Режимы сварки образцов-свидетелей труб № образца Iи/Iп, А Вш, мм Нпр, мм 1 120/80 6,8...7,0 2,20...2,40 2 125/80 7,4...7,6 2,60...2,75 3 132/80 7,5...7,6 2,80...2,90 4 145/80 7,3...7,5 2,90...3,00 Пр и м е ч а н и е . vсв = 6 м/ч; Uд = 13 В; время импульса τи = = 0,2 с; время паузы τп = 0,3 с; расход аргона составлял 9 л/мин. 8/2007 35 свидетельствовали о том, что сварное соединение характеризуется стойкостью против межкристал- литной коррозии при испытании по методу АМ (ГОСТ 6032–4). Технология сварки колпака с патроном П- 89 на фирме «Framatome ANR». Были проведены опыты по автоматической аргонодуговой привар- ке колпака с патроном на натурных образцах с применением специальной установки фирмы «Fra- matome ANR» на режимах, приведенных в табл. 3. Исследования макрошлифов показали, что с увеличением тока импульса от 140 до 180 А при токе паузы 80 А глубина провара изменяется от 1,80 до 2,75 мм, а ширина шва — от 6,5 до 8,0 мм. Установлено, что оптимальная глубина про- вара Hпр = 2,4…2,6 мм, а ширина шва Bш = = 6,5…7,5 мм достигается при следующем режи- ме сварки: Iи = 160…180 А; Iп = 80 А; τи = 0,2 с; τп = 0,3 с; Uд = 13,5 В; vсв = 6 м/ч; расход аргона 15 л/мин. Дальнейшее повышение тока импульса до 200 А при токе паузы 80 А увеличивает ширину шва до 9,5 мм, проплавляя только толщину «уса» нахлес- точного соединения. Это объясняется малой (l = = 12 мм) длиной нахлестки, а также наличием за- зора (воздушной прослойки). Поэтому повышение тока импульса свыше 180 А не целесообразно. Контроль качества сварных соединений при герметизации патрона. Для контроля качества сварных соединений следует применять установки и аппаратуру, которые должны отвечать требо- ваниям ПНАЭ Г7-010–89. Допускается примене- ние установок и аппаратуры, не указанных в стан- дартах (например, полученных по импорту), при условии, что это обеспечивает выполнение всех требований ПНАЭ Г7-010–89 и согласовано с го- ловной материаловедческой организацией. Контроль качества замыкающего кольцевого шва при приварке колпака к патрону производится раз- работанной ИЭС им. Е. О. Патона автоматической системой контроля, а контроль на непроницаемость гелием — головкой 3 (см. рис. 2). При этом операции выполняются в следующей последовательности: создается вакуум внутри колпака головки 3, герметично установленного на колпак патрона с заваренным отводом штуцера (уровень вакуума ниже 400 Па); измеряется вакуум; заполняется гелием патрон при давлении 1⋅104 Па; измеряется давление гелия внутри патрона; Рис. 8. Влияние тока импульса Iи при токе паузы Iп = 80 А на провар Нпр и ширину шва Вш образцов-свидетелей, сва- ренных в ИЭС им. Е. О. Патона Т а б л и ц а 2. Механические свойства сварных соедине- ний образцов-свидетелей колпака патрона из стали 08Х18Н10Т № образца σв, МПа Содержание α-фазы в металле шва, об. % Вш, мм Нпр, мм 1 357,5...443,7 410,2 1,8...3,0 7,0 1,8...2,0 2 467,7...561,6 500,6 1,8...3,5 7,5 2,4...2,6 Пр и м е ч а н и е . Приведены результаты испытаний не менее трех образцов. Т а б л и ц а 3. Режимы приварки колпака с патроном на специальной установке фирмы «Framatome ANR» Обозначение образца Iи/Iп, А Вш, мм Нпр, мм Р1 160/80 7,5 2,4...2,6 Р2 160/80 7,5 2,4...2,6 Р3 140/80 6,5 1,8...2,0 Р4 150/60 6,5 — Р5 140/80 6,5 — Р6 180/80 8,0 2,75 Р7 180/80 8,0 — Р8 160/80 (Ремонтная сварка) — — Р9 200/80 9,5 2,60...2,75 Пр и м е ч а н и е . vсв = 6 м/ч; Uд = 13,5 В; τи = 0,2 с; τп = 0,3 с; расход аргона составлял 15 л/мин при длине сварочных кабе- лей и шлангов 35 м. 36 8/2007 подается сигнал о наличии утечки гелия в из- делии. При контроле герметичности скорость утечки гелия в обоих швах (автоматического аргоноду- гового кольцевого, выполненного при сварке кол- пака к патрону и контактного, выполненного при сварке отвода штуцера) не должна превышать 1⋅10–5 Па⋅м3⋅с–1. Технология исправления дефектов после сварки. Исправлению подлежат все дефекты (не- допустимые отклонения от установленных правил контроля показателей), выявляемые в сварных со- единениях при их неразрушающем контроле. При исправлении дефектов при приварке колпака к патрону допускается применение следующих тех- нологий: повторная автоматическая аргонодуговая пе- реварка стыкового кольцевого шва при приварке колпака к патрону; полное удаление сварного кольцевого шва ме- ханическим способом с заменой нового колпака и выполнением сварного соединения на автома- тизированной установке по принятой технологии сварки; удаление дефектного сварного шва механичес- ким способом с помощью специального приспо- собления в камере сварки патрона. Для исправления дефектов при контактной сварке отвода штуцера для закачки гелия приме- няются следующие технологии: повторная контактная сварка; полное удаление сварного кольцевого шва ме- ханическим способом с заменой нового колпака и выполнением сварного соединения на автома- тизированной установке по вновь принятой тех- нологии сварки; закачка гелия и контактная сварка отвода шту- цера. Таким образом, проведенные исследования технологии автоматической аргонодуговой сварки колпака с патроном и технологии контактной сварки отвода штуцера для закачки гелия в патрон П-89 позволили оптимизировать технические тре- бования к швам для выполнения сварочных работ на монтаже при захоронении ОЯТ на ЧАЭС. Technology of automatic argon-arc welding and equipment for sealing P-89 cartridges from steel 08Kh18N10T for Chernobyl NPP nuclear waste disposal have been developed. Development of the technology of automatic argon-arc welding of the cap to the cartridge and technology of test welding of the nozzle tap for helium pumping into the cartridge allowed optimization of technical requirements to welds for performance of welding operations in site. Поступила в редакцию 25.01.2007 ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ ТРЕНИЕМ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ Сваркой трением удается успешно соединять материалы, отличающиеся по своим механическим и теплофизическим характеристикам, а также материалы, вступающие в процессе совместного на- грева в химическое взаимодействие и образующие хрупкие интерметаллические соединения. В ИЭС им. Е. О. Патона разработаны технологии и режимы сварки трением различных металлов и сплавов в однородном и разнородном сочетании и созданы промышленные технологии сварки конк- ретных изделий из различных комбинаций металлов и сплавов, в том числе: • инструментальных сталей с конструкционными (составной концевой металлорежущий инстру- мент); • коррозионностойких сталей с конструкционными (валы химических насосов, ролики отделочных машин текстильного производства); • жаропрочных сталей с конструкционными (биметаллические клапаны двигателей автомобилей, роторы турбокомпрессоров дизелей); • легированных высокопрочных сталей с углеродистыми равного и неравного сечения (корпуса гидроцилиндров, штоки поршней, валы аксиально-поршневых гидромашин); • термически упрочненных и нагартованных алюминиевых сплавов (панели из сплава АМг6НПП со шпильками из сплава Д16Т); • меди и алюминия с металлокерамикой (контакты электроаппаратуры); • меди, бронзы и латуни со сталью (блоки цилиндров аксиально-поршневых гидромашин); • алюминия и его сплавов со сталью (биметаллические переходники для приборов авиакосмической техники); • алюминия с медью (переходники для электротехнической промышленности); титана со сталью. Контакты: 03680, Украина, Киев-150, ул. Боженко, 11 Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, отд. № 26 Тел.: (38044) 261 53 55, 261 58 01. Факс: (38044) 287 63 29, 287 42 54. E-mail: chvertko@paton.kiev.ua 8/2007 37