Диссертация (1026149), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Волгодонск.АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основное положения и результаты диссертационнойработы докладывались на семи Всероссийских и Международных конференциях,изложены в десяти научных статьях, опубликованных в рецензируемых научныхжурналах и изданиях. По результатам работы были сделаны доклады:8- на НТС Института Сварки и Контроля ОАО НПО «ЦНИИТМАШ», Головной материаловедческой организации в атомной энергетике (г. Москва, 2014 г.);- на объединѐнном НТС ВИТИ НИЯУ МИФИ и Филиала ЗАО «АЭМтехнологии» (г.
Волгодонск, 2014 г.);- на научном семинаре кафедры технологий сварки и диагностики МГТУимени Н.Э.Баумана (г. Москва, 2014).9Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИССЛЕДОВАНИЯ1.1. Изготовление оборудования АЭС с применением ЭШСЭлектрошлаковая сварка (ЭШС) листовых заготовок перлитных сталейприменяется в производстве днищ и эллипсоидов некоторых сосудов давленияАЭС, Таблица1.Таблица 1.Номенклатура изделий с электрошлаковыми сварными швамиЁмкость АЭУСтальРеактор ВВЭР-1000Реактор АСТ-500Компенсатор объѐмаПарогенераторГидроѐмкость САОЗПринципиальная15Х2НМФА10ГН2МФА22КтехнологическаяИзделиеТолщина листа, ммДнище240Эллипсоид330Днище120Эллипсоид79Днище190Днище120Днище120схемаизготовленияприменением ЭШС: входной контроль листовых заготовок; сборка листовых заготовок под ЭШС; предварительный подогрев сборки (карты) перед сваркой; ЭШС карты; послесварочный высокий отпуск; контроль качества сварного соединения; термообработка (нормализация + высокий отпуск); нагрев заготовки под штамповку, штамповка; отжиг днища или эллипсоида после штамповки; контроль качества сварного соединения;изделийс10 улучшение (закалка + высокий отпуск); заключительный контроль качества днища или эллипсоида.На стадии входного контроля проводится отбраковка дефектных листов.Сборка листовых заготовок под ЭШС выполняется при горизонтальномрасположении с расширяющимся зазором из расчѐта 2-3 мм на погонный метрстыка.Всобранномвидекартафиксируетсяприварнымискобовымикреплениями.Предварительный и сопутствующий подогрев осуществляется панельныминагревателями непосредственно на сварочном стенде.
Всего при нагреве используется 30-40 панелей, объединѐнных в две зоны по четыре секции в каждой, чтодаѐт возможность достаточно гибко варьировать температурное поле карты.Тепловой режим контролируется хромель-алюмелевыми (ХА - градуировка)термопарами, равномерно расположенными по длине стыка на расстоянии 200 ммот кромки разделки.К сочетанию сварочных материалов предъявляется требование обеспеченияравнопрочности основного и наплавленного металла.В процессе заполненияразделки через каждый погонный метр заваренного участка шва контролируютсясредняя скорость сварки, скорость подачи электродных проволок, ток инапряжение.По окончании сварки карта до посадки в печь находится на стенде инепрерывно подогревается. После проведения отпуска карты для снятияостаточных напряжений проводится неразрушающий контроль качества сварногосоединения в следующем объѐме: магнитопорошковая дефектоскопия (МПД); цветная дефектоскопия (ЦД); ультразвуковой контроль (УЗК); рентгенографическая дефектоскопия (РГД).Нормализация перед штамповкой применяется для заготовок из стали15Х2НМФА толщиной 240 и 330 мм.
Температура нагрева заготовки под штамповку 1050…1100 0С, а к моменту деформирования не опускается ниже 950 0С [1].11Окончательный уровень механических свойств, сформированный послеулучшения и технологических высоких отпусков, определяется на пробахконтрольных сварных соединений, проходящих технологический цикл обработкиидентичный основному изделию (за исключением штамповки).
Планки под пробыконтрольных сварных соединений вырезаются из листов основного металла исвариваются на одинаковых режимах и сварочных материалах. Различиезаключается в разных тепловых схемах предварительного и сопутствующегоподогревов, вследствие несоизмеримости геометрических размеров контрольныхпроб и изделия.
Длина пробы не превышает 1000…1500 мм, тогда как длина шваднищнаходится в пределах 5000…7000 мм.По этой причине контрольныепробы имели значительно меньшую дефектность, чем карты соответствующихднищ.При относительно невысокой плотности теплового потока q при ЭШСтребуется выполнение сварки на значительно более высоких удельных погонныхэнергиях, чем при электродуговой сварке, при которой, как известноq/(Vc·S) = 12,5…41,5 кДж/см2,где Vc – скорость сварки;S – площадь теплообмена.При ЭШС аналогичный показатель достигает 104…208 кДж/см2 [2], приэтом плотность энергии не превышает 10 Вт/см2 [3].Среднее теплосодержание шлаковой ванны≈ 450 кал/г·см, в металли-ческой ванне ≈ 390 кал/г·см [4]. Высокие тепловложения приводят на практике ксущественному перегреву основного металла: увеличению ЗТВ, росту зерна в ней,крупнокристаллической литой структуре шва [5, 6].
Распределѐнный тепловойисточник создаѐт неравномерное температурное поле, вызывая, тем самым,довольно высокие напряжения и деформации в свариваемом изделии [7].При сварке штатных изделий АЭСкорпусные теплоустойчивые сталипоказали существенно разный уровень технологической свариваемости взависимости от способа выплавки.121.2. Технологическая свариваемость изделий из стали 10ГН2МФАЗа период с 1980 по 1990 г.г. в ПО «Атоммаш» было изготовлено свыше 300днищ различного корпусного оборудования с применением ЭШС.
Заготовки подднища сваривались из корпусных сталей 15Х2НМФА, 10ГН2МФА, 22К.Качественная картина производства днищ представлена в Таблице 2.Таблица 2.Анализ производства днищ АЭУ из корпусных сталей в ПО «Атоммаш»Технологическая свариваемость заготовок днищ из этих сталей имеетсущественные отличия. Практически не возникало вопросов при сварке карт изкотельной стали 22К.В сварных соединениях из стали 10Г2НМФА наблюдалась в сравнительнонебольших объѐмах дефектность такого рода:- на днищах парогенератора, = 120 мм, обнаруживались поднаплавочныетрещины.
Трещины возникали после нанесения антикоррозионной наплавки изаустенитной стали 08Х18Н10Т на поверхность сварного соединения. По происхождению трещины напоминали хорошо известные подваликовые. Однако, вотличие от них, они располагались в металле шва под ЗТВ от электродуговойленточной наплавки на расстоянии 5…12 мм от линии сплавления ( Рис.1.1).13- в ряде случаев наблюдались массовые скопления (Рисунок 1.2) полосповышенной травимости на поверхностях швов, прилегающих кНаплавкаМеталл шваРисунок 1.1. Поднаплавочные термические трещины (показаны белымистрелками, сталь 10Г2НМФА, = 120 мм, поперечный макротемплет, 1хРисунок 1.2.
Полосы повышенной травимости (показаны стрелками).сталь 10Г2НМФА, = 120 ммформирующим устройствам. Дефекты залегали на глубину до 7 мм и придеформациях штамповки заготовок в днища раскрывались, образуя сетку мелкихповерхностных трещин. При анализе было установлено, что полосы представляютсобой неоднородную структуру Si – Mn мартенсита. После механическойзачистки усилений шва удавалось устранить негативное влияние полосповышенной травимости на результаты штамповки.- на днищах ГЕ САОЗ, = 79 мм, при нанесении плакирующего слоя посходной с днищами ПГВ технологии имели место трещины повторного нагрева.Принципиальное отличие от термических поднаплавочных состоит в их релаксационной природе.
Трещины повторного нагрева образуются в процессе высокогоотпуска 550…650 0С в зоне снятия максимальных остаточных растягивающих14напряжений под наплавленным слоем или в основном металле [8].В ЭШС швах из стали 10ГН2МФА не отмечались дефекты типа горячихкристаллизационных трещин в шве и горячих в ОШЗ.ЦНИИТМаштехнологиясваркииприменяемыеРазработанная всварочныематериалыобеспечили хорошее формирование и эффективную десульфурацию металла шва,как на чистом флюсе 48-ОФ-6 (Рис.1.3), так и на смеси 48-ОФ-6 + АН-8.Рисунок 1.3. Серный отпечаток ЭШС соединения. Карта днищапарогенератора, зав. №15, = 120 мм1.3. Технологическая свариваемость изделий из стали 15Х2НМФАИз стали 15Х2НМФА сваривались заготовки технологических эллипсоидов ( = 330 мм) и днищ корпуса реактора ( = 250 мм) ВВЭР – 1000, а такжеднища, крышки ( =120 мм) и эллипсоиды ( = 79 мм) для проекта АСТ – 500.Всего было заварено 10 эллипсоидов из листовых заготовок толщиной 330 мм.Сварка велась тремя электродами с колебаниями на постоянном токе обратнойполярности.
На двух из них обнаружены несплошности в зоне сплавления повыходам сульфидных строчек основного мартеновского металла (Рис.1.4). Посленебольшого ремонта эти два, как и остальные, признаны годными.По проекту АСТ-500 изготовлены днища, крышки и эллипсоиды на трикомплекта. Отмечено два случая дефектности: на днище зав. № 2.2 ( = 120 мм) иэллипсоиде зав.
№ 3 ( = 79 мм). Дефектами являлись несплошности по сульфидным строчкам в листах основного металла мартеновской (№ 2.2) и электродуго-15вой (№ 3) выплавки. Неразрушающий контроль после ремонта изделий показалположительный результат. Сварка днищ и крышек велась двумя электродами сколебаниями, а эллипсоидов - двумя электродами без колебаний.Рисунок 1.4. Сульфидные строчки (показаны стрелками) в ОШЗ.Эллипсоид корпуса реактора, = 330 мм, поперечное сечениепосле термообработки, 0,5хНаибольшие проблемы возникли при ЭШС заготовок днищ корпуса реактора излистовых заготовок = 240 мм (Таблица 2).
Из десяти штатных заготовокгодными по результатам контроля после сварки и последующей термообработкии штамповки были признаны только три.Сваркаднищзав.№№2,3осуществляласьтремяэлектроднымипроволоками без колебаний на режимах. Общая протяжѐнность шва составляла5,5 м. Контроль заготовок после сварки и термообработкине проводился.Радиографическим контролем (РГК) отштампованных заготовоквыявленыдефекты на 18 из 25 участков, на которые был размечен шов. Дефекты быликлассифицированыкакгорячиекристаллизационныетрещины(ГКТ),ориентированные под углами 400…500 к оси шва.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
