Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ условий работы высокоответственных стыковых соединений толстостенных труб, выявление причин их отказов и возможность восстановительного ремонта 10
1.1. Особенности изготовления, работы и ремонтного обслуживания ответственных трубопроводов на АЭС 10
1.2. Анализ методов контроля для выявления дефектов в элементах АЭС 17
1.2.1. Основные методы диагностического контроля оборудования, используемые при работе АЭС 19
1.2.1.1. Виброакустический метод контроля 19
1.2.1.2. Метод эмиссии волн напряжения - акустической эмиссии 20
1.2.1.3. Телевизионный эксплуатационный контроль за работой оборудования 21
1.2.2. Периодический контроль за состоянием металла оборудования, трубопроводов АЭС 23
1.2.3. Основные методы неразрушающего периодического контроля за состоянием металла оборудования и трубопроводов 25
1.2.3.1. Внешний осмотр и измерения 26
1.2.3.2. Капиллярные методы 27
1.2.3.3. Ультразвуковой метод контроля (УЗК) 28
1.2.3.4. Радиографический метод контроля 30
1.3. Существующие методы ремонта дефектных мест трубопроводов 32
1.4. Особенности технологических процессов, используемых при изготовлении, монтаже и ремонте высокоответственных сварных соединений трубопроводов 39
1.4.1. Общие положения по сварке нержавеющих сталей 40
1.4.2. Изготовление сварных соединений труб для АЭС 41
1.4.3. Заводская и монтажная технология сварки трубопроводов 0325x16 мм изстали08Х18Н10Т 43
1.4.4. Существующая ремонтная технология сварки трубопроводов 0325х16ммизсталиО8Х18Н1ОТ 48
1.5. Анализ требований к оборудованию, предназначенному для ремонта опускных трубопроводов 50
1.5.1. Обзор отечественных и зарубежных сварочных автоматов для сварки неповоротных стыков труб 54
1.6. Основные результаты и выводы по главе 1 61
ГЛАВА 2. Разработка и обоснование технологических параметров сварочного процесса, обеспечивающего получение качественного стыка опускных трубопроводов 64
2.1. Причины возникновения межкристаллитного коррозионного растрескивания в околошовной зоне сварных соединений трубопроводов 64
2.1.1. Методика металлографического исследования характера дефекта сварных соединений 65
2.1.2. Результаты исследования характера дефекта сварных соединений 66
2.1.3. Факторы, влияющие на МКРН сварных швов 71
2.1.4. Влияние остаточных напряжений на МКРН 72
2.1.5. Влияние содержания кислорода в теплоносителе на МКРН 73
2.1.6. Влияние сенсибилизации стали на МКРН 73
2.2. Разработка расчетного метода, модели и программы для анализа
тепловых процессов при сварке трубопроводов 76
2.2.1. Разработка основных положений расчетного метода тепловых процессов применительно к многопроходной сварке неповоротных стыков трубопроводов 76
2.2.2. Расчетная модель для анализа тепловых процессов при сварке трубопроводов 79
2.3. Численные исследования термических циклов и температурных полей при сварке опускных трубопроводов 90
2.4. Отработка технологических режимов сварки на натурных образцах с получением качественного сварного стыка 101
2.4.1. Выполнение экспериментальных сварных соединений труб 0325x16 мм '.. 109
2.4.2. Сравнительные результаты контроля качества образцов, выполненных ручной и автоматической сваркой 113
2.4.3. Металлографические исследования экспериментальных сварных соединений 115
2.4. Основные результаты и выводы по главе 2 121
ГЛАВА 3. Разработка элементов конструкции сварочного автомата, обеспечивающего необходимые режимы 124
3.1. Требования и конструктивные особенности автомата, обеспечивающие выполнение условий технологического процесса 125
3.1.1. Параметры, контролируемые в процессе сварки 126
3.1.2. Требования к компоновке и изготовлению узлов сварочного комплекса 128
3.2. Конструктивные особенности исполнительных механизмов сварочной головки 136
3.2.1. Малогабаритные планетарные редуктора 136
3.2.2. Исполнительные механизмы, обеспечивающие поддержание контролируемых параметров сварки 145
3.2.2.1. Исполнительный механизм перемещения сварочной головки 145
3.2.2.2. Исполнительный механизм подачи присадочной проволоки 147
3.2.2.3. Исполнительный механизм радиального перемещения 152
3.2.2.4. Исполнительный механизм поперечных колебаний электрода 153
3.2.2.5. Сварочная горелка 156
3.3. Источник питания сварочного комплекса СА673 165
3.4. Основные результаты и выводы по главе 3 171
ГЛАВА 4. Компоновка автомата для сварки орбитальных стыков труб с дистанционным управлением и оперативной системой контроля 173
4.1. Системы дистанционного программного управления в сварочных автоматах и обоснование необходимости их применения 173
4.2. Датчики, используемые для контроля различных параметров при дуговой сварке 178
4.3. Контроль и корректировка параметров сварки с помощью автоматической системы управления 183
4.4. Аппаратура управления и контроля основных параметров сварки 198
4.5. Компоновка телевизионной системы на сварочной головке и осуществление визуального контроля 203
4.6. Система оперативного контроля и регистрации параметров процесса сварки 211
4.7. Некоторые положения системы человек-оператор, примененной в модели дистанционного управления сварочным автоматом 216
4.8. Основные результаты и выводы по главе 4 219
Общие выводы и результаты по работе 221
Список литературы
- Основные методы диагностического контроля оборудования, используемые при работе АЭС
- Основные методы неразрушающего периодического контроля за состоянием металла оборудования и трубопроводов
- Методика металлографического исследования характера дефекта сварных соединений
- Конструктивные особенности исполнительных механизмов сварочной головки
Введение к работе
Развитию атомной промышленности в нашей стране всегда уделялось большое внимание. Это было обусловлено необходимостью обеспечения обороны страны и большим спросом достижений атомной науки и техники в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве, медицине, геологии, для контроля загрязнения атмосферы и др.
Отечественная ядерная техника достигла крупных успехов в создании атомных реакторов различного назначения.
К началу нового тысячелетия доля ядерной энергетики в производстве электроэнергии в Российской Федерации составила 14 %, а атомные электростанции (АЭС) имеют 30 действующих реакторов различной мощности. В настоящее время успешно эксплуатируются атомные энергетические корпусные реакторы с водяным теплоносителем ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и бескорпусные канального типа РБМК-1000.
Реакторы типа ВВЭР используются в нашей стране на АЭС с 1964 года. В настоящее время они эксплуатируются на Нововоронежской, Кольской, Балаковской, Ростовской и Калининской АЭС.
Применительно к энергетическим установкам бескорпусные канального типа использованы на первой в мире АЭС в г. Обнинске (1954 г.), Сибирской АЭС (1958 г.), Белоярской АЭС (1964 г.), на мощных АЭС нового поколения: Ленинградской АЭС (1973 г.), Курской и Смоленской АЭС (1975 г.).
Дальнейшее развитие ядерной энергетики, ее перспективы связывают со строительством реакторов на быстрых нейтронах типа БН-350.
Другим важным направлением создания ядерных энергетических установок является применением их на судах морского флота. Использование этих установок дает возможность при длительной автономии иметь неограниченный район плавания. Особенно эти качества важны для ледоколов, ко торые, не пополняя топлива, могут работать всю навигацию. Начиная с 1959 г. эксплуатируется первый в мире атомный ледокол «Ленин», с 1975 г. - ледокол «Арктика», с 1977 г. - ледокол «Сибирь», с 1980 г. - ледокол «Россия».
Ядерные энергетические установки широко используются в военно-морском флоте высокоразвитых стран для надводного и подводного флота. На ближайшее будущее в России запланировано строительство новых поколений судовых атомных двигателей для гражданского и военно-морского флотов.
Перспективными планами и программами до 2020 года основная ставка по развитию энергетического потенциала страны делается на атомные электростанции. Намечено строительство 34 энергоблоков на действующих АЭС и вновь построенных: Башкирская АЭС - 2 блока, Приморская АЭС - 2 блока, Архангельская АТЭЦ - один блок, Хабаровская АТЭЦ - один блок.
В эти же сроки будут реконструироваться и ремонтироваться - 24 блока.
Известно, что к объектам атомной техники предъявляются самые высокие требования по качеству их изготовления с целью обеспечения жестких требований ядерной безопасности.
Создание и обслуживание ядерной промышленности - сложный трудоемкий процесс, требующий ответственного совместного труда многих специалистов высокой квалификации. Интенсивное развитие ядерной техники обеспечивалось успехами в обрабатывающей промышленностиии, строительно-монтажном производстве, сварке и др. С помощью сварки были решены принципиальные проблемы в области энергетического реакторострое-ния и ядерной техники в целом. Такая возможность появилась в результате разработки новых способов сварки, создании новых металлов и сплавов, включая сварочные материалы, а также создания принципиально нового сварочного оборудования и технологических процессов.
Значительный объем сварочных работ на всех объектах приходится на монтаж и сварку трубопроводных коммуникаций - к ним относятся трубопроводы контуров ядерных установок и реакторов, технологические трубопроводы, магистральные трубопроводы, сантехнические и другого назначения.
Трубопроводные коммуникации и конструкции являются сложными и ответственными инженерными сооружениями. Их протяженность исчисляется тысячами метров. Так, например, только на одном реакторе типа РБМК насчитывается до 250 тыс., а ВВЭР до 100 тыс. сварных стыков труб.
Техническая политика интенсивной индустриализации монтажного производства и поточного строительства позволила на передовых предприятиях довести уровень автоматизации сварки и предмотажного изготовления трубопроводов до 60-65 %. В большинстве случаев сварка ведется непосредственно при монтаже с выполнением стыков труб в неповоротном положении. При этом уровень механизации сварочных работ достигает 35 %.
В настоящее время наметился повышенный спрос на автоматизированную сварку и наплавку для ремонта ответственных конструкций в атомной энергетике, на железнодорожном транспорте, в химическом машиностроении и других отраслях промышленности. Это объясняется тем, что построенные в семидесятых- восьмидесятых годах объекты машиностроения исчерпывают свой ресурс и требуют замены, но из-за недостаточного финансирования их полная замена на новые не представляется возможным, и возникла потребность в их капитальном восстановлении и продлении срока эксплуатации не в ущерб их работоспособности и надежности.
Для обеспечения надежной и безопасной эксплуатации ответственных объектов, таких как атомная электрическая станция, требуется выполнение специальных мероприятий, направленных на профилактику, раннее обнаружение дефектов в работе оборудования и своевременное их устранение с минимальными затратами. Серьезные аварии и повреждения на оборудовании и ответственных трубопроводах влекут за собой не только значительные потери времени, средств и материальных ресурсов на восстановление их работоспособности, но и вызывают большие трудности в организации аварийных ремонтных работ из-за наличия высоких полей излучения и ограниченного доступа к ремонтируемому оборудованию. Поэтому основным способом ре-монтно-восстановительных работ признано проведение профилактики трубопроводов, особенно сварных стыков по выявлению в них эксплуатационных дефектов типа трещин с последующей заменой участка трубопровода механической вырезкой и сваркой встык вставки.
Основным направлением выполнения ремонтно-восстановительных сварочных работ в специфических условиях АЭС является применение автоматизированного сварочного оборудования, реализующего получение качественных сварных швов на основе технологических процессов с минимальным тепловложением, повышенной информативностью и устойчивостью систем дистанционной настройки, управления и контроля, а также систем адаптации.
Автор благодарит сотрудников НИКИМТа, которые помогали ему в разработке сварочного комплекса СА673 и специалистов Смоленской и Курской АЭС за высказанные деловые замечания и предложения, позволившие улучшить конструкцию, повысить надежность и расширить технологические возможности разработанного оборудования.
Особую благодарность автор выражает Рощину Владиславу Васильевичу за помощь в решении сложных вопросов технологии сварки и Хаванову Владимиру Александровичу за помощь в организации работы и вопросах информации о современных тенденциях развития сварочной науки.
Основные методы диагностического контроля оборудования, используемые при работе АЭС
Метод эмиссии волн напряжения - акустической эмиссии Метод неразрушаю ще го контроля акустической эмиссии используется в качестве средства для непрерывного и дистанционного контроля и раннего обнаружения дефектов типа усталостных трещин в металле и соединениях корпусов, оборудования и крупных трубопроводов. Он построен на принципе регистрации упругих волн напряжений (акустической эмиссии), сопровождающих процесс деформирования и образования трещин, надрывов в металле при его нагружении [21]. Метод контроля наиболее пригоден для наблюдения за элементами конструкции, находящимися при эксплуатации под давлением, т.е. в нагруженном состоянии, как, например: компенсаторов объема, гидроемкостей, барабан-сепараторов и трубопроводов. При деформации или разрушении металла в элементе оборудования или трубопроводе, часть запасенной энергии из-за нарушения внутренних связей выделяется в виде упругих волн, которые распространяются в металле на значительные расстояния, прежде чем затухнут. Для регистрации этих упругих волн используется пьезоэлектрические преобразователи, размещенные на контролируемом оборудовании, в которых генерируется выходной электрический сигнал, пропорциональный амплитуде и длине пришедшей волны [21]. Этот метод позволяет не только обнаружить ранние стадии образования дефектов (трещин, надрывов), но также определить примерное место (координаты) этих дефектов при соответствующем анализе скорости и времени получения сигналов с разных мест контролируемого оборудования. Прибор, разработанный на этом принципе, называется акустикоэмис-сиониый регистратор кинетики трещинообразования [20]. Он регистрирует упругие волны, распространяющиеся в контролируемом оборудовании при возникновении в металле пластической деформации или трещин. Акустическая эмиссия от металла оборудования передается через металлический зву-копровод (стержень диаметром 3 мм и длиной до 2 м) на пьезоэлектрический преобразователь, который вырабатывает электрический сигнал. Усиленный предусилителем, сигнал по кабелю связи длиной до 100 м передается на преобразователь сигналов, где в цифровом виде поступает на ЭВМ для анализа информации. Типичный диапазон частот, на которых реализуется этот метод 0,3 - 3 МГц. Полезный сигнал выделяется из шумов полосовым усилителем с коэффициентом 108 [21]. Результаты измерений регистрируются счетчиками. Пороговое устройство позволяет осуществлять амплитудную селекцию сигналов акустической эмиссии из шумов фона.
Метод акустической эмиссии, при котором сам зарождающийся дефект является активным источником акустического поля, относится к наиболее перспективным методам неразрушающего дистанционного контроля для прогнозирования состояния сварной конструкции в целом. Однако требуется кропотливая работа для выделения из общего «шумового» фона «полезных» сигналов, характеризующих источники зарождающихся дефектов. В последние годы расширилась область применения метода акустической эмиссии, но вопросы повышения чувствительности самого метода остаются актуальными.
Телевизионные средства дистанционного наблюдения обеспечивают непрерывный визуальный контроль за состоянием ответственных конструкций в период эксплуатации [10, 22]. Одна из главных особенностей эксплуатации АЭС - недоступность (или ограниченная доступность) оборудования и трубопроводов для наблюдения и осмотра из-за наличия ионизирующего излучения. Поэтому для наблюдения за состоянием и работой ответственных устройств используется разветвленная система телевизионного наблюдения, выполненная на базе промышленных телевизионных установок ПТУ-26М и ПТУ-49 отечественного и импортного производства. Телевизионные установки, используемые на АЭС, оснащаются специальными видеоконтрольными устройствами, а передающие камеры должны быть герметичными и иметь дистанционное управление. Передающие камеры и весь оптический тракт выполнены из радиационно-стойкого стекла. Видеоконтрольные устройства (мониторы) расположены, как правило, на значительном расстоянии от контролируемого объекта в относительно комфортных для оператора условиях. Объективы телекамер имеют переменное фокусное расстояние, что позволяет рассматривать объект с различным от 1 до 10 кратным увеличением и разрешающей способностью до 0,5 мм. Кроме того телекамеры снабжены светочувствительной оптикой, приводами панорамного обзора и устройствами дополнительной подсветки. При необходимости системы снабжаются видеомагнитофонами для записи изображения. По телевидению можно наблюдать состояние оборудования и трубопроводов в период эксплуатации, а при возникновении отказов и нештатных ситуаций дать оценку масштаба возникшей опасности. Хорошо наблюдаются течи и трещины с выделением паровых выбросов в окружающую среду. Можно сделать заключение о необходимом характере восстановительно-ремонтных работ.
Телевизионное наблюдение является высокоинформативным средством дистанционного контроля и диагностики в период работы, но обеспечить его установку и наблюдение за каждым элементом конструкции и трубопровода не представляется возможным из-за большой их насыщенности, затес-ненности и скрытости защитными кожухами и экранами.
Основные методы неразрушающего периодического контроля за состоянием металла оборудования и трубопроводов
Ультразвуковой метод контроля (УЗК) [25, 30, 31] широко используется при периодическом контроле металла оборудования и трубопроводов на АЭС. Метод основан на способности ультразвуковых волн с частотой 0,5-22 МГц отражаться от поверхности раздела различных сред. Регистрируя с помощью приемника отраженный или ослабленный (в зависимости от способа регистрации) сигнал акустической волны, можно судить о наличии дефектов в сварном шве. При контроле используются ультразвуковые импульсные дефектоскопы с пьезоэлектрическими преобразователями, стандартные эталонные образцы-свидетели для настройки дефектоскопа и вспомогательные приспособления для соблюдения параметров сканирования и измерения характеристик выявленных дефектов. Методом УЗК выявляются трещины, непрова-ры, поры, неметаллические и металлические включения и др. В зависимости от доступности к месту контроля сварного шва и залеганию возможного дефекта используют три основных метода УЗК, различающихся по признаку обнаружения дефекта: теневой, зеркально-теневой и эхо-метод. Признаком обнаружения дефекта при УЗК является прием эхо-сигнала, амплитуда которого превышает заданный уровень, от отражателя, расположенного в металле шва. Используют основные измеряемые характеристики дефекта: максимальную амплитуду эхо-сигнала от дефекта, координаты расположения дефекта в шве, условные размеры дефекта, количество дефектов на определенной длине шва.
Чувствительность дефектоскопов регулируется в широких пределах и обеспечивает выявление дефектов в аустенитных сталях с эквивалентной площадью 2-3 мм2 на глубине до 100 мм.
Для УЗК сварное соединение должно быть подготовлено к контролю. Форма и размеры околошовной зоны должны позволять перемещать преобразователь в пределах, обеспечивающих прозвучивание акустической осью преобразователя сварного соединения. Для обеспечения надежного контакта с преобразователем поверхность соединения не должна иметь вмятин, неровностей, брызг, краски, загрязнений и шероховатость поверхности должна быть не ниже Rz40 мкм. УЗК может осуществляться либо вручную по месту размещения оборудования, либо дистанционно и даже автоматически. На АЭС с серийными реакторами ВВЭР-440 применяется унифицированная система для эксплуатационного контроля сварных швов корпуса типа УСК-213, разработанная НИКИМТом. На АЭС также используются переносные дефектоскопы типа ДУК-66П, ДУК-13ИМ, ДУК-72Ц и др. В последнее время внедряются импортные ультразвуковые дефектоскопы: фирмы «Хитачи» ИТ1800 (с частотой 0,4-10 МГц, измеряемая толщина 1,5-1000 мм), ДТ2000 (с частотой 0,2-15 МГц, измеряемая толщина до 6000 мм), фирмы «Кэнон» М60 (с частотой 2-50 МГц, измеряемая толщина 0,8-500 мм) [24].
Разработанные современные портативные ультразвуковые дефектоскопы снабжены встроенными компьютерами, жидкокристаллическими экранами и принтерами, обеспечивающими скоростную обработку результатов измерений, объемную картину изображения дефектов, их непрерывную индикацию и регистрацию. Однако они не исключают, тем не менее, присутствие рабочего-оператора на месте проведения работ, требуют тщательной подготовки поверхности (требование чистоты и шероховатости) и наличие эталонных образцов-свидетелей. Все это повышает дозозатраты исполнительного персонала АЭС, производящего периодический контроль.
Радиографический метод контроля [25, 32, 33] применяют для выявления в сварных соединениях трещин, пор, шлаковых, вольфрамовых, окисных и др. включений. Он также используется для выявления прожогов, подрезов, оценки величины выпуклости и вогнутости корня шва, недоступных для внешнего осмотра и других методов неразрушающего контроля. В основе радиационных методов обнаружения дефектов лежит свойство ослабления ионизирующих излучений веществом и способы регистрации интенсивности излучения за просвечиваемым объектом. В качестве источников излучения для радиографического контроля на АЭС в основном используют портативные и передвижные гамма-дефектоскопы типа «Гаммарид», а в качестве регистраторов излучения - рентгеновскую пленку. При просвечивании контролируемого объекта на рентгеновскую пленку расположение, форма и размеры внутренних дефектов определяются по фотографическому изображению теневой проекции изделия - рентгеновскому снимку. Рядом на снимке размещают стандартизованный эталон чувствительности (с проволочной, кана-вочной или пластинчатой формой). Основным показателем качества выполненного снимка является относительная чувствительность, которая определяется сравнением с изображением на снимке деталей эталона. Чувствительность метода зависит в основном от следующих факторов: энергии прямого излучения, плотности и толщины просвечиваемого металла, формы и места расположения дефекта по толщине контролируемого металла и др.
Методика металлографического исследования характера дефекта сварных соединений
Аустенитные хромоникелевые нержавеющие стали широко применяются в реакторостроении. Они хорошо свариваются, имеют высокие прочностные свойства, пластичность и коррозионную стойкость. Из этих сталей, как правило, изготавливают основные конструктивные элементы энергоблоков атомных электростанций: трубопроводы первого и второго контура, технологические каналы, коллекторы, парогенераторы, системы водяных коммуникаций, опускные трубопроводы и др.
Сварные соединения энергоблоков АЭС эксплуатируются в сложных условиях воздействия высоких давлений, температуры, радиации, вибрационных и термоциклических нагрузок агрессивной среды. При этом ограничены условия для эксплуатационного контроля СС и производства ремонта. Основными недостатками сталей данного класса являются склонность при определенных условиях к МКК и межкристаллитному растрескиванию (МКР).
В работах [56, 57] приводятся многочисленные примеры МКР сенсибилизированной аустенитной стали типа Х18Н10 в воде высокой чистоты при промышленном ее использовании в США и др. странах. В связи с применением в отечественной атомной промышленности стабилизирования титаном или ниобием сталей этого типа и введением практически 100%-ного контроля сварных изделий из нее на склонность к МКК проблема ее МКР считалась не актуальной чем за рубежом. Однако, многочисленные наблюдения за состоянием трубопроводов и постоянный контроль стыков в процессе эксплуатации энергоблоков АЭС в России подтвердили факт МКР под воздействием растягивающих напряжением, т.е. МКРН. Так, например, в настоящее время на ряде АЭС с реакторами кипящего типа РБМК обнаружены многочисленные случаи образования дефектов в ОШЗ сварных стыков опускных трубопроводов Dy300 (0325x16 мм), изготовленных из стабилизированной стали марки 08Х18Н10Т после эксплуатации в течение 80-120 тыс. часов (9-10 лет).
На образцах, вырезанных из сварных стыков после эксплуатации, дефекты в виде трещин расположены на расстоянии 0,1-0,5 мм от линии сплавления, вдоль корня шва по основному металлу на глубину 5-6 мм. Они растут от внутренней поверхности трубы и имеют вид ветвящейся трещины.
Было высказано предположение, что трещины образуются в результате МКР, необходимыми условиями которого являются: высокий уровень напряжений ( 0"о2); содержание кислорода в воде 0,1-8 мг/кг и сенсибилизация границ зерен. Под сенсибилизацией понимается снижение концентрации хрома на границах зерен вследствие образования карбидов Ме2зСб Для детального исследования и анализа причин появления трещин и выработки приемов их устранения или ремонта, были проведены соответствующие исследования.
Для исследования использовали образцы размером 40x16x3 мм. Образцы с фрагментами трещин вырезали из сварных стыков опускных трубопроводов поперек сварного шва. Микроструктуру сварного шва исследовали поеле эксплуатации в течение 80 тыс. часов. Микрошлифы травили электролитически в водном растворе 10 % щавелевой кислоты. Длительность травления составляла до 90 с. При электролитическом травлении в щавелевой кислоте на поверхности стали, возникают структуры травления, по которым можно оценить степень сенсибилизации материала [58]. Структуры травления классифицируются по типам: канавочная структура, соответствующая сенсибилизированной границе с выделениями карбида хрома и ступенчатая структура, соответствующая несенсибилизированной границе. Степень сенсибилизации стали оценивали как отношение длины границ с каиавочной структурой к общей длине границ. Это отношение получали при непосредственном замере длины границ или по числу пересечений границ с расчетной сеткой. В последнем случае производили совмещение микрофотографии с увеличением х400 с расчетной сеткой. Степень сенсибилизации (в %) вычисляли как отношение числа пересечений линий решетки с границами зерен с каиавочной структурой к общему числу пересечений решетки с границами зерен (каиавочной или ступенчатой структурой) [59]. При исследовании микроструктуры использовали световой металлографический микроскоп «Не-офот21».
Образцы вырезали из сварных стыков опускного трубопровода 0325x16 из стали 08Х18Н10Т, забракованных по данным радиографического контроля при проведении планово предупредительных работ. Сварное соединение было изготовлено в заводских условиях с режимами, соответствующими варианту 6 в табл. 2.1. Ранее на рис. 1.8 представлена схема заполнения разделки и реализуемые при этом термические циклы в прикорневой части металла ОШЗ (точка А).
Конструктивные особенности исполнительных механизмов сварочной головки
Для сварки в стесненных условиях рабочего пространства АЭС сварочная головка должна иметь минимально возможные габариты, вес и иметь минимальный люфт на конце электрода при перемещении по свариваемому стыку.
Основными механизмами, реализующими необходимые технологические параметры процесса сварки стыков трубопроводов, являются: - механизм перемещения сварочной головки вдоль стыка труб по кольцевой направляющей; - механизм подачи присадочной проволоки; - механизм, обеспечивающий радиальное перемещение с АРНД; - механизм, обеспечивающий колебания электрода поперек разделки.
Все указанные устройства имеют в своей структуре электромеханические приводы, в состав которых входят высокооборотные малогабаритные электродвигатели типа ДПР-52 и ДПР-72 [78] с постоянными магнитами статора. Для снижения числа оборотов до скоростей, обеспечивающих параметры режима технологического процесса необходимо применять редуктора. В исполнительных механизмах были применены малогабаритные планетарные редуктора, хотя червячные имеют большое передаточное отношение, хорошую плавность хода и являются самотормозящими (не передают крутящий момент с выходного вала), но обладают низким к.п.д. и значительными габаритными размерами.
В середине девяностых годов нами были проведены научно-исследовательские, конструкторско-технологические и экспериментальные работы по разработке и внедрению (в первую очередь на сварочных автоматах) малогабаритных планетарных редукторов. На рис. 3.5 представлен ряд малогабаритных планетарных редукторов для электродвигателей различной мощности от 0,6 до 150 Вт.
Проведенные работы определили: - кинематическую схему планетарных редукторов; - оптимизированный ряд передаточных отношений; - модуль зубчатых передач - 0,4 и 0,6 мм; - материал зубчатых колес - сталь 40Х (ГОСТ 4543-71) с термической обработкой до твердости 42-47 HRC,; - степень точности изготовления зубчатых колес (ГОСТ 9178-81) - 7-І7 и шероховатостью поверхности зубьев - "V; - эксплуатационную смазку - ЦИАТИМ-203 (ГОСТ 8773-731.
При серийном изготовлении планетарных редукторов на Опытном производстве НИКИМТа был разработан специальный инструмент, обеспечивающий стабильное качество и гарантированный ресурс: - протяжка для внутреннего зацепления корпуса; - расточная головка для цапф водил.
Проведенные ресурсные испытания определили продолжительность гарантированной безотказной работы редуктора не менее 1000 часов машинного времени, что их ресурс в 4,5 раз выше, чем редукторов с червячными передачами. Известно, что планетарные передачи по сравнению с обычным цилиндрическим и червячными передачами более компактны, бесшумны. менее инерционны, обладают меньшей массой и большим ресурсом при сравнительно высоком к.п.д. [79]. Это связано с использованием в планетарных редукторах эффекта многопоточности и применением внутреннего зацепления.
В разработанной сварочной головке планетарные редуктора исполнительных механизмов расположены параллельно друг другу и оси ремонтируемой трубы. Это в наибольшей степени отвечает требованиям условий ремонта в части минимизации габаритных размеров головки и снижения ее веса.
Исследование скоростей механизмов сварочных автоматов, применяемых для различных пространственных перемещений горелки при сварке, а также их силовых характеристиках, дало предпосылку для построения параметрических рядов унифицированных редукторов для большинства механизмов.
Кинематическая схема редукторов решена таким образом, чтобы каждый планетарный редуктор ряда отличался от предыдущего и последующего количеством ступеней и числом зубьев центрального колеса и сателлитов, которые установлены в наружный неподвижный зубчатый корпус с одним и тем же числом зубьев. При участии автора было найдено такое передаточное отношение зубчатых колес, чтобы оно удовлетворяло условию сборки планетарной передачи [79] и скоростям вращения при построении требуемых передаточных чисел редукторов для конкретных механизмов [80].
В основу построения параметрического ряда конструкции планерных редукторов приняли схему с плавающим водилом. Схема имеет в каждой ступени кинематический вариант зацепления, приведенный на рис. 3.6.
