Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности выполнения ремонта разнородных сварных соединений узла приварки коллекторов теплоносителя к корпусам парогенераторов атомных энергоблоков ВВЭР-440 (литературный обзор)
1.1 Назначение, конструкция, технология изготовления и условия эксплуатации разнородных сварных соединений (швов №23).
1.2 Особенности сварки комбинированных конструкций из сталей перлитного и аустенитного класса (разнородных сварных соединений)
1.3 Сварочные материалы для выполнения разнородных сварных соединений оборудование и трубопроводов АЭС
1.4 Динамика обнаружения повреждений и проведение ремонтов 25
разнородных сварных соединений приварки коллекторов теплоносителя к патрубкам парогенераторов ПГВ-440.
1.5 Выводы и конкретизация задач исследования. 26
Глава 2. Определение характера и причин образования повреждений сварных соединений приварки коллекторов к корпусу парогенераторов ПГВ-440 .
2.1 Методика обнаружения повреждения в шве №23 (77,76) сварных 29
соединений приварки коллекторов к корпусу парогенераторов ПГВ- 440.
2.2 Методика исследования характера и причин образования повреждений сварных соединений №23 (76,77)
2.2.1 Внешний осмотр. 31
2.2.2. Фрактографическое исследование. 33
2.2.3 Определение химического состава 35
2.2.4 Оптическая металлография и измерение микротвердости. 35
2.2.5 Сканирующая электронная микроскопия 37
2.3 Определение характера повреждения швов№23 (76,77)
2.3.1. Исследование макроструктуры 37
2.3.2 Исследование микростурктуры 42
2.4 Определение причины повреждений разнородных сварных 46
соединений (23 шов)
2.5 Выводы по Главе 2 48
Глава 3. Сравнительные исследования коррозионной стойкости отечественных и зарубежных сварочных материалов, используемых для выполнения первого слоя предварительной (силовой) наплавки на сварочные кромки перлитных деталей разнородных сварных соединений оборудования АЭС .
3.1 Аналитический сравнительный анализ коррозионной стойкости 50 сварочных материалов, используемых для выполнения первого слоя предварительной наплавки на кромки перлитных деталей разнородных сварных соединений.
3.2 Сравнительные экспериментальные исследования коррозионной стойкости сварочных материалов, используемых для выполнения первого слоя предварительной наплавки на кромки .
3.3 Выводы по Главе 3. 64
Глава 4. Исследование работоспособности ремонтных разнородных сварных соединений коллектор теплоносителя (сталь 08Х18Н10Т) - патрубок парогенератора (сталь 22К), выполненных сварочными материалами типа 07Х25Н13 .
4.1 Металлографические исследования и измерения твердости. 65
4.2 Определение механических свойств ремонтных сварных соединений.
4.3 Малоцикловые испытания образцов разнородного сварного соединения стали 08Х18Н10Т и 22К.
4.4 Выводы по Главе 4. 80
Глава 5. Разработка и внедрение технологии ремонта сварных швов №23 (76, 77) узла приварки коллекторов теплоносителя из стали 08Х18Н10Т к патрубкам ДуПОО из стали 22К парогенераторов атомных энергоблоков ВВЭР-440.
5.1 Определение основных требований и принципов для разработки технологии ремонта швов №23 (76,77) ПГВ-440.
5.2 Подготовка к ремонту, вырезка дефектных швов и их восстановление с использованием сварки.
5.3 Производственная аттестация технологии ремонта (восстановления) швов №23 (76,77)
5.4 Совершенствование технологии ремонта разнородных сварных соединений узла крепления коллекторов теплоносителя к патрубкам корпусов парогенераторов ПГВ - 440 и дальнейшие перспективы ее использования .
5.4.1 Основные направления и результаты совершенствования технологии ремонта.
5.4.2 Вырезка темплета и подготовка кромок. 98
5.4.3 Предварительная наплавка кромок и последующая 100
термическая обработка.
5.4.4 Антикоррозионная защита корня и переход на аустенитно- 101 ферритные сварочные материалы типа 07Х25Н13.
5.4.5 Автоматизация технологии ремонта 102
5.5 Выводы по Главе 5 103
Общие выводы: 104
Список источников
- Сварочные материалы для выполнения разнородных сварных соединений оборудование и трубопроводов АЭС
- Методика исследования характера и причин образования повреждений сварных соединений №23 (76,77)
- Сравнительные экспериментальные исследования коррозионной стойкости сварочных материалов, используемых для выполнения первого слоя предварительной наплавки на кромки
- Совершенствование технологии ремонта разнородных сварных соединений узла крепления коллекторов теплоносителя к патрубкам корпусов парогенераторов ПГВ - 440 и дальнейшие перспективы ее использования
Введение к работе
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:
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.
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.
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.
Предложена модификация диаграммы Шеффлера, которая может быть использована для оценки коррозионной стойкости металла швов при выборе сварочных материалов для выполнения разнородных сварных соединений;
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).
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.
Сварочные материалы для выполнения разнородных сварных соединений оборудование и трубопроводов АЭС
Оборудование атомных электростанций, исходя из условий эксплуатации, изготавливается из сталей различного структурного класса, поэтому при производстве атомно-энергетического оборудования неизбежно возникает необходимость выполнять разнородные сварные соединения и, прежде всего, сварку деталей из сталей перлитного и аустенитного класса. [5] Согласно В.Н. Земзину [6] при сварке между собой деталей из стали перлитного и аустенитного класса кроме общих положений свариваемости необходимо учитывать дополнительные факторы, определяющие выбор сварочных материалов, способы, режим сварки, а так же условия эксплуатации и требования к работоспособности изделия, а именно: - химическую и структурную неоднородность состава металла шва, образующуюся за счет проплавлення при сварке основного металла другого легирования, чем наплавленный металл; - развитие в зоне сплавления (под зоной сплавления условно понимают область, включающую границу сплавления и непосредственно примыкающие к ней участки шва и околошовной зоны переменного состава разнородных материалов) малопрочных и хрупких прослоек переменного состава; - образование диффузионных прослоек, обусловленное диффузионным перераспределением в них легирующих элементов, и прежде всего углерода с образованием обезуглероженной зоны в перлитном металле и науглероженной зоны в металле шва вблизи линии сплавления; - наличие остаточных напряжений в соединениях разного структурного класса, вызванные разницей коэффициентов линейного расширения, которые не могут быть сняты термической обработкой.
К вышеназванному следует добавить активизацию при проведении термообработок «вредных» диффузионных процессов приводящих к сенсибилизации МКК, а так же сложные процессы коррозии из-за разницы электрохимических потенциалов в контакте разнородных сталей, приводящих при постоянном контакте с теплоносителем к развитию гальванической коррозии.[7]
Длительный период эксплуатации (до 60 лет), сложность проведения и ограниченность объема неразрушающего контроля (радиографического и ультразвукового) усугубляют эксплуатационное состояние сварных соединений.
Свариваемость разнородных сварных соединений должна изучаться с учетом исследований Г.Л.Петрова [8] и А.А. Ерохина[9], в которых показано, что состав металла шва в пределах одного слоя для большинства методов дуговой сварки и применяемых материалов является полностью однородным за исключением узкого участка, примыкающего к границе сплавления и характеризующегося изменением содержания входящих в него элементов от состава основного металла до состава металла шва.
Этот участок шва (рис. 1.3) располагающийся, вблизи границы сплавления и характеризующийся переменным химическим составом принято называть «кристаллизационной» прослойкой. [6]
Расстояние от границы спладления Рисунок 1.3 - Схема определения ширины хрупких кристаллизационных прослоек в зоне сплавления: 1 — основной металл (низколегированная сталь перлитного класса); 2 — аустенитный шов; 3 — зона кристаллизационных прослоек [6].
Структура и свойства кристаллизационных прослоек зависят от сочетания составов основного металла и шва, а их протяженность, определяемая долей участия в зависимости от способа и режима сварки и следовательно разбавления колеблется в пределах 0,05-0,6мм.[10,11] В соединениях сталей одного структурного класса свойства кристаллизационных прослоек являются промежуточными между свойствами основного металла и металла шва и не влияют на работоспособность конструкции. В отличие от этого в зоне сплавления наиболее распространенных сварных соединений перлитных сталей с аустенитным швом кристаллизационные прослойки, содержащие 3 - 12 % Сг и 2 - 7% Ni, имеют структуру высоколегированного мартенсита и являются хрупкими.
Оценку структуры и возможные свойства различных участков разнородного шва наиболее удобно выполнять с помощью показанной структурной диаграммы, предложено Шеффлером [6,12,13], на которую наносятся основные и сварочные материалы, при этом, в соответствии с правилами построения подобных диаграмм, все аустенизирующие элементы приводятся с соответствующими коэффициентами к эквивалентному содержанию никеля [%№], а все ферритизирующие элементы к эквивалентному содержанию хрома. [%Сг]. (рис. 1.4) 8 12 16 20 2к 28 32 М НО
Определение с помощью структурной диаграммы фазового состояния металла аустенитных швов при сварке малоуглеродистой стали. Эта диаграмма позволяет прогнозировать состав возможных структур при сварке в зависимости от запаса аустенитности сварочных материалов и доли участия основного металла в зависимости от глубины проплавлення определяемым способом и режимом сварки. Рассмотрение диаграммы показывает, что даже если основной металл и металл сварочных материалов в исходном состоянии не содержат хрупких закалочных структур, то промежуточные составы металла швов при определенных степенях проплавлення могут иметь мартенситную структуру, склонную к образованию холодных трещин. Выявление предельных степеней проплавлення (доли участия) являются основной задачей использования структурной диаграммы.
Вышеприведенные рассуждения касаются только основной части металла шва. Что касается «кристаллизационных» прослоек, то полностью исключить образование в них мартенситных прослоек невозможно. Однако выбор сварочных материалов с большим запасом аустенитности позволяет сделать их значительно более тонкими и несплошными. Изменение структуры металла шов разнородных сварных соединений в зависимости от проплавлення приводит к неизбежному изменению механических свойств металла шва. [14,15,16] Zau-; На структуру и свойства зоны сплавления рассматриваемых соединений влияют так же «диффузионные» прослойки, вызванные миграцией углерода на линии раздела в более легированную составляющую соединения. Развитие этого процесса приводит к образованию обезуглероженной прослойки со стороны перлитной стали и науглероженной - со стороны аустенитного металла шва.
Важным фактором, который следует учитывать при выполнении разнородных сварных соединений, являются остаточные напряжения. Основными источниками возникновения внутренних напряжений при сварке разнородных сталей является различие коэффициентов линейного расширения свариваемых сталей (таблица 1.2), приводящие к образованию остаточных напряжений непосредственно после сварки. [6,14]
При нагревании разнородных сварных соединений до высоких температур (как правило, при отпуске после сварки) возникают специфические, присущие разнородным сварным соединениям особенности.
В отличие от однородных сварных соединений, в сварных соединениях сталей разного структурного класса на стадии нагрева и высокотемпературной выдержки произойдет снятие сварочных остаточных напряжений. Однако при последующем охлаждении в соединениях возникают новые внутренние напряжения, обусловленные разностью коэффициентов линейного расширения свариваемых материалов (рис 1.5).
Методика исследования характера и причин образования повреждений сварных соединений №23 (76,77)
Исследования выполнялись при помощи цифровой системы для оптической металлографии на базе микроскопа "Neophot", а так же стереомикроскопа "Olympus" CZ 61с цифровой фотокамерой С5060), а измерения микротвердости производились при помощи микротвердомера ПМТ-3, предназначенный для измерения микротвердости металлов методом вдавливания алмаза в испытуемый материал, на шлифах подготовленных к металлографическим исследованиям. Результаты исследований представлены в разделах 2 и 3. Таблица 2.1 Результаты химического анализа основного металла и металла шва в сварном соединении № 23х-1 парогенератора ЗПГ-1 НВ АЭС
Сканирующая электронная микроскопия выполняется для исследования и анализа микроструктуры представленных образцов, методом сканирующей электронной микроскопии. Для проведения таких исследований был использован сканирующий растровый электронный микроскоп "JSM-6060A").
Растровый электронный микроскоп (РЭМ) является одним из наиболее универсальных приборов для исследования и анализа микроструктурных характеристик твердых тел. Основной причиной широкого использования РЭМ является высокое разрешение при исследовании массивных объектов, достигающее в серийных приборах Юнм. Другой важной чертой получаемых с помощью РЭМ изображений является их объемность, обусловленная большой глубиной фокуса прибора, что дает возможность получить более полную информацию об образце. Принцип работы РЭМ заключается в сканировании поверхности образца сфокусированным электронным пучком и анализе или низкоэнергетичных вторичных электронов или отраженных от поверхности электронов. Регистрация вторичных и/или отражённых (обратно-рассеянных) электронов позволяет получать информацию о рельефе поверхности, о фазовом различии и кристаллической структуре приповерхностных слоев. Анализ рентгеновского излучения, возникающего в процессе взаимодействия пучка электронов с образцом дает возможность качественно и количественно охарактеризовать химический состав приповерхностных слоев. Для анализа элементного состава применяется рентгеноспектральный микроанализ, в котором детектируется характеристическое рентгеновское излучение вещества, возникающее при облучении поверхности образца электронами.
2.3 Определение характера повреждения швов№23 (76,77) 2.3.1. Исследование макроструктуры
Исследование макроструктуры образцов сварных соединений выполнялось на 3 шлифах вырезанных из разных участков швов. На всех трех шлифах (рис. 2.6, 2.7 и 2.8) обнаружены магистральные трещины, которые имеют одинаковое расположение и направление - от корня шва вверх по зоне сплавления. Анализ изображений позволяет заключить, что образец №23х-1 заметно отличается от других образцов. Во-первых, глубина проникновения трещины в образце №23х-1 составляет 48 мм, а в образцах №23х-2 и №23г он составляет всего 14 мм, т.е. в 3 раза меньше. Во-вторых, в образце №23х-1 переходная наплавка, выполненная электродом ЭА-395 неравномерна по толщине, а в значительной части сварного соединения полностью переплавлена(рис. 2.10). В образцах №23х-2 и №23г переходная наплавка присутствует вдоль всей линии сплавления (рис. 2.7 и 2.8).
Для подтверждения этого были проведены дополнительные исследования образца №23х-1 на сканирующем электронном микроскопе с энергодисперсионной приставкой (рис 2.9 и 2.10). На рисунке 2.9 приведено изображение в обратнорассеянных электронах участков, выделенных на рисунке 2.10. На рис. 2.9 а приведен участок с полноценным переходным покрытием, что подтверждается данными химического состава (микрорентгеноспектральный анализ).
Из рассмотренных данных представленных на рисунках 2.6-2.10 следует, что имеются участки, где предварительная наплавка на кромки патрубка корпуса сделана не качественно. В некоторых местах этой наплавки выявлены нарушения технологии, заключающиеся в полном переплаве первого слоя предварительной наплавки. Это свидетельствует о том , что наплавка первого слоя на перлитную кромку патрубка велась при больших значениях сварочного тока на форсированных режимах, что привело к большому местному разбавлению и как следствие, образование мартенситных прослоек.
На рис. 2.9 б хорошо виден участок, на котором заканчивается переходная наплавка и основной металл контактирует непосредственно с металлом шва. На некоторых участках наплавка переплавлена полностью, а иногда присутствует, но толщина ее составляет десятые доли мм (рис. 2.10). По распределению элементов вдоль линии перпендикулярной линии сплавления можно заключить, что толщина переходной наплавки составляет не более 0,3 мм.
На шлифе образца №23х-2 (рис.2.7) четко прослеживается видоизмененный слой металла околошовной зоны со стороны низколегированной стали (обезуглероженный слой), характерный для разнородных сварных соединений и возникающий за счет диффузии углерода из углеродистой стали.
Макроструктура образца №23г а) начало трещины; б) конец трещины 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. Кроме того результаты исследования представленные на рисунках 2.9-2.10 позволяют определить толщину кристаллизационной прослойки при наплавке электродом ЭА-395/9 диаметром 4 мм на сталь 22Ктолщина такой прослойки составляет 80-100 мкм (0,08-0,010мм)
Сравнительные экспериментальные исследования коррозионной стойкости сварочных материалов, используемых для выполнения первого слоя предварительной наплавки на кромки
Поверхность Z-образного загиба образцов металла наплавки электродом Electronix ЦЛ-25/3 (03Х25Н13) после испытаний на стойкость к МКК (Метод АМУ ГОСТ 6032-2003) А - вид со стороны наплавки на перлитную основу,Б - вид с противоположной стороны; 31 - нетермообработанное состояние, 321, 331 -после отпуска 640 С длительностью 1 и 8 часов соответственно. Наплавка электродом ЗИО-8 (07Х25Н13) (табл. 3.3, рис. 3.5): - внутренняя поверхность образцов, не подвергнутых отпуску, (зона «перемешивания») при испытании методом АМУ на стойкость к МКК сохраняет пассивность: остается светлой и блестящей без следов растрава; прослеживается склонность к МКК в локальных участках поверхности; - после последовательных режимов термообработки (640С, 1 и 8 часов) на внутренней поверхности металла обнаружена сильная склонность к МКК (трещины МКК поражают всю поверхность загиба), вероятнее всего, из-за образования карбидов и снижения содержания Сг за счет перемешивания с основным металлом имеет недостаточную стойкость к МКК. - на внешней поверхности образцов, противоположной линии сплавления и отстоящей на Змм от линии сплавления, ни в одном из исследованных структурных состояний металла электрода ЗИО-8 практически не обнаружена склонность к МКК (отдельные локальные участки слабой склонности к МКК обусловлены неполным удалением металла зоны «перемешивания»).
Наплавка электродом Electrinox 309L-16 (02Х25Н13) (табл. 3.4, рис. 3.6): внутренняя поверхность образцов - зона перемешивания с металлом основы без термообработки, в состоянии отпуска биметаллических темплетов при 640 С в течение 1 и 8 часов не проявляет склонности к МКК при испытании по методу АМУ ГОСТ 6032-2003, естественно, сохраняя высокую пассивность. металл верхнего слоя образцов (противоположный зоне наплавки) не проявляет склонности к МКК во всех исследованных состояниях, что связано с низким содержанием углерода. Результаты выполненных испытаний свидетельствуют о необходимости разработки отечественного электрода -аналога зарубежных электродов типа E309L. Полученные результаты позволяют констатировать, что стойкость к МКК металла наплавок, выполненных исследуемыми электродами, имеет существенные различия и определяется составом металла наплавки, режимом последующей термообработки и направлением изгиба.
Выполненные исследования свидетельствуют о неудовлетворительной стойкости к МКК (в том числе и без термообработки) и подтверждают концепцию о межкристаллитном механизме разрушения первого слоя предварительной наплавки, выполненной электродами ЭА-395/9 (10Х16Н25АМ6) в разнородных сварных соединениях в условиях эксплуатации при контакте со средой теплоносителя.
Металл, наплавленный электродами ЗиО-8 (07Х25Н13), не подвергнутый термообработке, имеет высокую коррозионную стойкость всех зон. Однако, после проведения термообработки зона сплавления, где происходит перемешивание металла электродов с основным металлом приобретает склонность к МКК из-за снижения содержания Сг в наплавленном металле за счет разбавления, и особенно на границах зерен за счет образования карбидов хрома. Ввиду достаточно высокого содержания хрома в электродах типа 07Х25Н13 (ЗиО-8) внешняя сторона образцов, которая не перемешивается с основным металлом, сохраняет коррозионную стойкость, даже после термообработки.
Металл, наплавленный электродами Elictrinox 309L-16 (02Х25Н13) сохраняет высокую коррозионную стойкость после термообработки, в том числе и в зоне перемешивания. Это связано с тем, что при низком содержании углерода на образование карбидов на границах зерен «затрачивается» намного меньшее количество растворенного хрома и его остаточное количество во всех случаях больше 13%, вследствие чего обеспечивается требуемая коррозионная стойкость всех зон. (рис.3.7) 800
Зависимость стойкости против МКК от температуры, времени и содержания углерода. Нестабилизированные стали, содержащие 18%Сги9-12%№[37].
Кроме сравнительного анализа стойкости к МКК были рассмотрены и другие свойства сварочных электродов. Их обобщенные сравнительные характеристики приведены в табл.3.5.
Сравнение сварочных материалов, используемых для наплавки первого слоя разнородных сварных соединений Типнаплавленногометалла Сварочно-технологические свойства Кристаллизацияидиффузионныепрослойки Коррозионная стойкость. Стоимость технологичность свариваемость общая мкк 10X16H25AM6 (ЭА-395) удоволетв. удоволетв. отличная плохая плохая высокая
Как следует из табл.3.5 металл, наплавленный электродами ЗИО-8 (07Х25Н13) и особенно Electrinox 309L-16 (02Х25Н13) превосходит состав 10Х16Н25АМ6 по коррозионной стойкости за счёт высокого содержания хрома и низкого содержания углерода. Сварочно-технологические свойства также выше в связи с отсутствием склонности к образованию горячих трещин. Существенным недостатком сварочных электродов ЭА-395/9 является также высокая стоимость из-за содержания 25%Ni и -6% дефицитного Mo. Вероятно также, что по этим причинам состав 10Х16Н25АМ6 не применяют зарубежом при выполнении разнородных сварных соединений.
Совершенствование технологии ремонта разнородных сварных соединений узла крепления коллекторов теплоносителя к патрубкам корпусов парогенераторов ПГВ - 440 и дальнейшие перспективы ее использования
Начиная с 2007 года, в разнородных сварных соединениях приварки коллекторов теплоносителя из стали 08Х18Н10Т к патрубкам парогенераторов ПГВ-440 из стали 22К Нововоронежской АЭС и Кольской АЭС выявлялись и продолжают выявляться повреждения, обнаруживаемые при эксплуатационном УЗК.
Как показали исследования, выполненные в ОАО НПО ЦНИИТМАШ повреждения металла разнородных сварных соединений приварки коллекторов теплоносителя из стали 08Х18Н10Т к патрубкам парогенераторов ПГВ-440 представляют собой кристаллизационные трещины максимальной высотой до 55 мм. Наиболее опасные магистральные трещины развиваются с внутренней поверхности сварного соединения по зоне вблизи линии сплавления (кристаллизационной прослойке) со стороны первого слоя наплавки (ЭА-395/9) по механизму межкристаллитного растрескивания, который ввиду строго локального развития может быть классифицирован как ножевая коррозия (разновидность МКК). Кроме того, основная часть предварительной наплавки, выполненной электродами ЭА-395/9, подвергается разрушению по механизму межкристаллитной коррозии (по границам дендритов). Такие трещины расположены, как правило, перпендикулярно линии сплавления.
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 от контакта со средой в кармане узла приварки коллектора к патрубку парогенератора, 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) вызывает образование и развитие трещин.
Сравнительные исследования коррозионной стойкости сварочных материалов используемых для выполнения первого слоя предварительной наплавки показали, что металл наплавленный электродами типа 07Х25Н13, и особенно 02Х25Н13 существенно превосходит состав 10Х16Н25АМ6 по коррозионной стойкости за счет высокого содержания Сг и низкого содержания углерода.
При необходимости выполнения разнородных сварных соединений в узлах сопряжения оборудования и трубопроводов для предварительной наплавки ответных деталей из перлитных (углеродистых и низколегированных) сталей могут быть рекомендованы составы типа 07Х25Н13 и 02Х25Н13, не склонные к растрескиванию и МКК. Уменьшение содержание углерода в составе 07Х25Н13 до состава 02Х25Н13 делает такой состав наиболее коррозионностойким.
Сразу после образования повреждения сварных соединений приварки коллекторов теплоносителя к корпусам парогенераторов была разработана технология ремонта, полностью повторяющая заводскую технологию выполнения швов №23. На основании проведенных исследований, полученных в этой работе, разработана новая 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 без последующей термообработки.
Для подтверждения возможности применения новой технологии ремонта с использованием сварочных материалов типа 07Х25Н13 была выполнена её аттестация путем исследования работоспособности отремонтированных сварных соединений по предложенной технологии сварки, которые включали следующие испытания:
1) Металлографические исследования и замеры твёрдости различных зон сварных соединений.
2) Определение механических свойств ремонтных сварных соединений при нормальной и рабочей температурах при испытаниях на растяжение при температурах +20С и +350С
3) Определение сопротивления малоцикловой усталости отремонтированных сварных соединений.
4) Сравнительные исследования коррозионной стойкости сварочных материалов, используемых для ремонта.
8. Металлографические исследования макрошлифов показали высокое качество разнородного ремонтного сварного соединения. Каких-либо дефектов формирования сварного соединения (поры, шлаковые включения, межваликовые несплавления, непровары и т.д.) не обнаружено, что свидетельствует о высоком качестве ремонтных разнородных соединений.
9. На основании результатов на растяжение установлено: Все разрушения испытанных образцов происходили вне сварного соединения, что свидетельствует о высоких эксплуатационных свойствах ремонтных сварных соединений Разрушения всех образцов происходили по основному металлу -стали 08Х18Н10Т, имеющей самый низкий предел текучести (ниже металла шва - 07Х25Н13 и перлитного основного металла - стали 22К (20). Прочностные свойства разнородных сварных соединений, выполненных различными способами сварки (ручная электродуговая и аргонодуговая) практически одинаковые.
10.Сопоставление результатов малоцикловых испытаний с полученными значениями механических свойств показывает, что величина максимального значения циклического напряжения существенно превосходит предел текучести стали 08Х18Н10Т (302 МПа) и 22К (331 МПа) даже на I ступени нагружения. Это свидетельствует о значительном запасе циклической прочности испытуемого сварного соединения. 11.Комплекс выполненных исследований эксплуатационных свойств ремонтных сварных соединений подтвердил возможность использования разработанной технологии для ремонта сварных соединений №23 (76,77) приварки коллекторов теплоносителя (08Х18Н10Т) к корпусу парогенераторов (сталь 22К (20)) с использованием сварочных материалов типа 07Х25Н13: электроды ЗиО-8 для ручной электродуговой сварки и присадочная проволока Св-07Х25Н13 для автоматической аргонодуговой сварки.
12. Подготовлен аттестационный отчет, оформлено и одобрено техническое Решение №АЭСР-152К(04-02)2012 от 02.05.2012 «об использовании сварочных материалов типа 07Х25Н13 для ремонтной сварки сварных соединений №23 (76,77) приварки коллекторов теплоносителя к патрубкам парогенераторов атомных энергоблоков ВВЭР-440.»
13. На основании исследований, выполненных в это работе, выявленные повреждения швов №23 были признанными типичными и характерным для всех парогенераторов, находящихся в эксплуатации. Было принято решение о плановом ремонте всех парогенераторов ПГВ-440 и поэтому технология ремонта продолжает усовершенствоваться. По состоянию на апрель 2012 года отремонтировано 15 сварных соединений, тем не менее, работы по совершенствованию технологии ремонта продолжаются.
