авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Исследование и разработка технологии ремонта разнородных сварных соединений узла крепления коллекторов теплоносителя к патрубкам корпусов парогенераторов пгв –

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Ходаков Дмитрий Вячеславович

Исследование и разработка технологии ремонта разнородных сварных соединений узла крепления коллекторов теплоносителя к патрубкам корпусов парогенераторов ПГВ – 440

Специальность 05.02.10 – Сварка, родственные процессы и технологии.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2012

Работа выполнена в ОАО «Научно-производственное объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения (ЦНИИТМАШ)».

Научный руководитель: кандидат технических наук, Старченко Евгений Григорьевич,

ОАО НПО «ЦНИИТМАШ», зам. генерального директора – директор ИСиК

Официальные оппоненты: доктор технических наук, Рымкевич Анатолий Иванович,

ОАО НПО «ЦНИИТМАШ», ведущий эксперт.

кандидат технических наук

Харин Валерий Павлович, ОАО «ЗиО-Подольск»

Ведущая организация: ОАО ОКБ «Гидропресс», Россия, г.Подольск.

Защита диссертации состоится «25» октября 2012 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 217.042.03 при ОАО ««Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения» по адресу: 115088, Москва, ул. Шарикоподшипниковская д.4, в малом конференц-зале.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО НПО «ЦНИИТМАШ».

Отзыв на реферат, в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 115088, Москва, ул. Шарикоподшипниковская д.4, диссертационный совет ЦНИИТМАШ.

Автореферат разослан « »сентября 2012.

Ученый секретарь совета,

Кандидат технических наук С.М.Петушков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы:

Развитие атомной энергетики и длительная эксплуатация действующих энергоблоков, а так же задача повышения срока их службы до 45-60 лет при повышении коэффициента использования установленной мощности за счет сокращения сроков ремонта, определили возросшие требования к надежности и безопасной работе оборудования и трубопроводов АЭС, которая во многом определяется правильным техническим обслуживанием и ремонтом.

По мере роста срока эксплуатации АЭС в связи с износом оборудования и ухудшением радиационной обстановки значительно осложняются техническое обслуживание и ремонт оборудования, увеличиваются трудозатраты и численность ремонтного персонала.

Начиная с 2007 года, одной из самых острых проблем на действующих АЭС является повреждения разнородных сварных соединений трубопроводов и оборудования, выполненного с использованием сварочных материалов типа 10Х16Н25АМ6 (электроды ЭА-395/9 и сварочная проволока Св-10Х16Н25АМ6). При этом систематизированные сведения о характере и причине возникновения вышеназванных повреждений отсутствовали. В связи с этим анализ и систематизация выявленных повреждений, определение характера и причины их образования, а так же разработка мероприятия по предотвращению их образования и устранению является актуальной задачей.

Цель и задачи работы:





Цель работы – исследование, разработка и внедрение эффективной технологии ремонта разнородных сварных соединений Ду 1100 узла приварки коллекторов теплоносителя из нержавеющей стали 08Х18Н10Т к патрубкам корпусов парогенераторов из стали 22К атомных энергоблоков ВВЭР-440.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

  • На основании металлографических и физико-химических исследований определить характер и причины массового повреждения разнородного сварного соединения
  • Разработать и экспериментально обосновать комплекс мероприятий, способствующих предотвращению образования таких повреждений
  • На основании сравнительных исследований механических свойств и коррозионной стойкости обосновать выбор сварочных материалов для выполнения разнородных (в том числе ремонтных) сварных соединений деталей атомноэнергетического оборудования из перлитных и аустенитных.
  • разработать и аттестовать технологию ремонта с использованием сварки поврежденных разнородных сварных соединений узла крепления коллекторов к корпусам парогенераторов ВВЭР-440 с использованием новейших достижений сварочной науки и техники
  • Внедрить разработанную технологию на отечественных и зарубежных АЭС с реакторами ВВЭР-440.

Методы исследований

Для исследований характера и причин образования повреждений в разнородных сварных соединений использованы теоретические и экспериментальные физико-химические методы исследования.

Для подтверждения достоверности полученных результатов исследований использовались:

  • методы неразрушающего контроля (внешний осмотр, КК, УЗК и РГК);
  • методы разрушающего контроля (металлография, испытания на растяжение, ударную вязкость и циклическую прочность);
  • испытания на склонность к МКК;

Научная новизна:

  1. Впервые определен характер и механизм повреждения сварных соединений деталей из сталей разного структурного класса (сталь 22К+сталь 08Х18Н10Т), выполненных с использованием электродов ЭА-395/9 после длительной эксплуатации;

Повреждения разнородных сварных соединений узла приварки коллекторов теплоносителя к корпусам парогенераторов ПГВ-440 во всех случаях имеют вид трещин, берущих начало со стороны контакта сварного соединения с теплоносителем и развивающихся вдоль линии сплавления сталь 22К – наплавленный металл ЭА-395/9 по первому слою предварительной наплавки.

Трещины носят коррозионный характер, инициирование и развитие которых проходит по механизму межкристаллитной коррозии; интенсивность процесса коррозии и степень развития трещины усугубляются наличием в зоне разнородного сварного соединения значительных растягивающих напряжений, прежде всего за счет разницы коэффициентов термического расширения основного и наплавленного металла.

  1. Впервые установлено, что главной причиной образования повреждений разнородных сварных соединений является склонность к МКК с возможностью усугубления этого процесса так же склонностью к образованию горячих трещин 1-го слоя предварительной наплавки, выполненной электродами ЭА-395/9.
  2. Показано, что сплавление 1 слоя предварительной наплавки, выполненного электродами ЭА395/9 и перлитного металла осуществляется через кристаллизационную прослойку, ширина которой составляет 0,08-0.10 мкм, в которой содержание Cr и Ni меняется от 0 до 10-12%Cr и 15-18%Ni. В зоне распространения трещин содержание Cr составляет около 2,5-5,0%, а Ni в пределах 1,5-4%, что соответствует химическому составу мартенситной структуры.
  3. Предложена модификация диаграммы Шеффлера, которая может быть использована для оценки коррозионной стойкости металла швов при выборе сварочных материалов для выполнения разнородных сварных соединений;
  4. Обоснована ограниченная пригодность наиболее широко используемого при выполнении первого слоя разнородных сварных соединений сварочного материала состава 10Х16Н25АМ6 (электроды ЭА395/9 и сварочная проволока Св-10Х16Н25АМ6).
  5. На основании сравнительных исследований стойкости к МКК различных зон разнородного сварного соединения обосновано исключение технологической операции термообработки после выполнения первого слоя предварительной наплавки.

Практическая значимость работы:

Разработана и аттестована технология ремонта разнородных сварных соединений №23 (76,77) узла приварки теплоносителя к корпусу парогенератора ПГВ-440 из стали 08Х18Н10Т к патрубку из стали 22К с использованием сварочных материалов типа 07Х25Н13 без предварительной наплавки на перлитную кромку и последующей термообработки. Разработанная технология может применяться с использованием ручной электродуговой сварки (электроды ЗиО-8) или автоматической аргонодуговой сварки с использованием присадочной проволоки Св-07Х25Н13 (ГОСТ 2246).

Разработанная технология оформлена в виде Типовой Технологической инструкции «Ремонт разнородных сварных соединений приварки переходных втулок из стали 08Х18Н10Т к патрубкам Ду1100 из стали 22К узла крепления коллекторов к патрубкам ПГВ-4М, ПГВ-4Э, ПГВ-213 энергоблоков ВВЭР-440», согласованной и утвержденной ОКБ «Гидропресс», ОАО «ЗИО-Подольск», Нововоронежской и Кольской АЭС и утвержденной ОАО «Концерн Росэнергоатом».

С использованием этой инструкции в качестве РД успешно выполнен ремонт 15 сварных соединений приварки коллекторов теплоносителя на парогенераторах ВВЭР-440 Кольской и Нововоронежской АЭС, и запланированы дальнейшие ремонтные работы на отечественных и зарубежных АЭС.

Апробация работы:

Основное содержание диссертации Ходаков Д.В. доложено на 5 конференциях, изложено в 6 научных статьях, опубликованных в рецензируемых научных журналах и изданиях.

Структура и объем работы:

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, изложена на 113 листах, включая 54 рисунка, 19 таблиц и список литературы из 45 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ:

Во введении раскрыта актуальность работы, обоснована ее цель, сформулирована научная новизна и основные положения, выносимые на защиту. Приводятся данные об использовании результатов диссертационной работы.

Глава 1 посвящена анализу особенности технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) разнородных сварных соединений узла приварки коллекторов теплоносителя к корпусам парогенераторов атомных энергоблоков ВВЭР-440.

Коллекторы являются важнейшей частью парогенераторов ПГВ-440, они предназначены для раздачи теплоносителя по теплообменным трубкам. На рис. 1 представлен эскиз конструкции сварного соединения узла приварки коллекторов теплоносителя к патрубку Ду-1100 парогенератора ЗПГ-1 Нововоронежской АЭС.

 Конструкция узла крепления-0

Рисунок 1 - Конструкция узла крепления теплоносителя к патрубку парогенератора АЭС с ВВЭР-440 :

Шов приварки коллектора к корпусу парогенератора (здесь и далее шов №23) представляет собой сварное соединение деталей из различных по структурному классу сталей: патрубок из перлитной стали 22К и коллектор из аустенитной нержавеющей стали 08Х18Н10Т. Переход от перлитной стали к аустенитной осуществлялся через предварительную наплавку на кромки патрубка, выполняемой в два слоя (первый слой - электродами ЭА-395/9 (10Х16Н25АМ6), второй слой – электродами ЭА-400/10Т(04Х19Н11М3).

Эксплуатация таких сварных соединений в энергетических установках связана с наличием присущих только им особенностям, которые могут оказывать отрицательное влияние на их служебные свойства:

- сложно-напряженное состояние при эксплуатации, в том числе из-за разницы коэффициентов линейного расширения;

- возможность появления в сварном соединении ослабленных зон в виде хрупких прослоек и обезуглероженного слоя;

- сложные процессы коррозии из-за разницы электрохимических потенциалов в контакте разнородных сталей, приводящих при постоянном контакте с теплоносителем к развитию гальванической коррозии.

- активизация при проведении термообработки «вредных» диффузионных процессов приводящих к сенсибилизации МКК.

Длительный период эксплуатации (до 60 лет), сложность проведения и ограниченность объема неразрушающего контроля (радиографического и ультразвукового) усугубляют эксплуатационное состояние сварных соединений.

В период ППР-2007 энергоблока №3 НВ АЭС при эксплуатации и УЗК контроле металла парогенератора 3ПГ-1 впервые были выявлены дефекты в виде кольцевых трещин в разнородном сварном соединении №23 приварки холодного коллектора к патрубку Ду 1100. В том же году подобное повреждение шва №23 (76) было выявлено на Кольской АЭС.

Для устранения повреждения в срочном порядке была разработана технология ремонта, полностью повторяющая заводскую при выполнении шва №23 на ЗиО.

В дальнейшем стало ясно, что такие повреждения имеют практически все парогенераторы ПГВ-440 после длительной эксплуатации. Поэтому в 2009 году было принято решение провести ремонты всех сварных соединений №23 (76,77) путем полной вырезки всех швов и их восстановлением с использование сварки, то есть ремонт стал выполняться в плановом порядке. К настоящему времени было выполнено 15 ремонтов. Динамика проведения ремонтов представлена на рисунке 2.

Согласно Земзину В.Н. работоспособность разнородных сварных соединений в первую очередь определяется правильным выбором сварочных материалов.

Согласно ПН АЭ Г-7-009-89, для выполнения разнородных соединений толщиной до 10 мм без предварительной наплавки можно использовать как сварочные материалы типа 10Х16Н25АМ6 (электроды ЭА-395/9 или ЦТ-10, или сварочная проволока Св-10Х16Н25АМ6), так и типа 07Х25Н13 (электроды ЗиО-8 или ЦЛ-25/1, или ЦЛ-25/2,или сварочная проволока Св-07Х25Н13).

 Динамика ремонтов шва №23 на-2

Рисунок 2 - Динамика ремонтов шва №23 на Нововоронежской и Кольской АЭС.

При сварке деталей из сталей аустенитного класса с деталями из углеродистых и кремнемарганцовистых сталей номинальной толщиной свыше 10 мм на кромках деталей из углеродистых и кремнемарганцовистых сталей должна выполнятся предварительная наплавка в 2 слоя: первый слой – сварочными материалами типа 10Х16Н25АМ6, второй слой сварочными материалами типа 04Х19Н11М3.

В рамках этой работы анализировался также опыт зарубежного энергетического и атомного машиностроения. Приходится констатировать, что в части материалов, используемых для выполнения 1 слоя предварительной наплавки на сварочные кромки, отечественная и зарубежная технологии отличаются диаметрально. Наиболее широко распространенный в отечественной промышленности однофазный, аустенитный и склонный к образованию горячих трещин состав типа 10Х16Н25АМ6 для предварительной наплавки кромок за рубежом не применяется вовсе, а применяется двухфазный аустенитно-ферритный состав типа 07Х25Н13 (Е309), который в зависимости от назначения модифицируется путем изменения содержания углерода и дополнительным легированием: Mo, Si, Nb и др. Наличие в нем ферритной фазы предотвращает образование горячих трещин.

Глава 2 посвящена определению характера и причины образования повреждений сварных соединений приварки коллекторов к корпусу парогенераторов ПГВ-440, которое выполнялось путем исследования шлифов, вырезанных из поврежденных швов №23 парогенераторов ВВЭР-440 Нововоронежской и Кольской АЭС.

При исследовании макроструктуры на шлифах обнаружены магистральные трещины, которые имеют одинаковое расположение и направление – от корня шва вверх по зоне сплавления.

 А Б нешний вид-3  А Б нешний вид трещины-4

А Б

Рисунок 3 Внешний вид трещины в разнородном сварном соединении №23:

А) внутренняя, контактирующая с теплоносителем поверхность сварного соединения (зона инициирования трещины);

Б) характер распространения трещины по зоне сплавления;

При металлографических исследованиях вырезанных шлифов особое внимание уделялось изучению зоны сплавления, которая включает в себя основные металлы 22К и 08Х18Н10Т, предварительную двухслойную наплавку и присущую разнородным сварным соединениям кристаллизационную прослойку.(рис.4)

 сследование зоны сплавления-5

Рисунок 4 Исследование зоны сплавления разнородного сварного соединения.

Из определения химического состава структуры зон сплавления, по которой распространяется трещина, следует:

  • в зоне сплавления в металле 1ого слоя предварительной наплавки четко выявляется зона классической кристаллизационной прослойки, ширина которой составляет 0,08-0,010 мкм.
  • В зоне распространения трещины содержание Cr составляет около 2,0-5,0%, а Ni в пределах 1,5-4,0%, что соответствует химическому составу мартенситной структуры.
  • В зоне кристаллизационной прослойки выявляют зоны повышенной твердости, которые могут быть классифицированы как структурные включения игольчатого мартенсита.

Металлографический анализ микроструктуры представленных образцов на шлифах в плоскости поперечного сечения сварного соединения (рис.5), исследование методами сканирующей электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа, замеры микротвердости структуры позволяют констатировать следующие особенности развития трещин:

  1. Трещины можно разделить на магистральные, имеющие большой размер и распространяющиеся вдоль линии сплавления по первому слою предварительной наплавки, выполненному электродами ЭА-395/9, и сателлитные микротрещины, как правило, несвязанные друг с другом и распространяющиеся перпендикулярно магистральной трещины по дендритам наплавленного металла..
  2. Трещины носят коррозионный характер, инициирование и развитие которых проходит по механизму межкристаллитной коррозии; интенсивность процесса коррозии и степень развития трещины усугубляются наличием в зоне разнородного сварного соединения значительных растягивающих напряжений, прежде всего за счет разницы коэффициентов термического расширения основного и наплавленного металла.

  • Рисунок 5 Общий вид характера распространения межкристаллитных трещины в первом слое предварительной наплавки выполненной электродами ЭА-395/9.

Таким образом, главной причиной образования повреждений разнородного сварного соединения №23 является низкая коррозионная стойкость в сочетании со склонностью к образованию горячих трещин 1-го слоя предварительной наплавки, выполненной электродами ЭА-395/9., что при отсутствии защиты корневой части сварного соединения №23 (в первую очередь, имеющую высокую склонность к МКК зоны сплавления основного металла и первого слоя наплавки - ЭА-395/9) от контакта со средой в кармане узла приварки коллектора к патрубку парогенератора, что в сочетании с циклическим нагружением, вызванным разницей коэффициентов линейного расширения между аустенитными и перлитными металлами сварного соединения в условиях многолетней эксплуатации (20 и более лет) вызвало образование и развитие трещин.

Аргументами в пользу этой концепции являются:



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.