Введение к работе
Актуальность
Актуальной научно-технической задачей, стоящей перед предприятиями Федерального агентства по атомной энергии (Росатома) является создание и производство таких компонентов реакторов атомных электростанций (АЭС) и атомных тепловых станций (АТС), которые минимизируют вероятность возникновения аварийных ситуаций в процессе их эксплуатации. Одним из элементов, определяющим безотказность работы реактора АЭС, является активная зона ядерного реактора.
Конструкция элементов и материалы активной зоны атомных реакторов (АР) должны обеспечивать устойчивость формы и размеров тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) и дистанционирующих решеток (ДР) за весь период работы их в реакторе. Обеспечение размерной устойчивости требует большой предварительной экспериментальной проверки элементов активной зоны АР как в лабораторных условиях, так и в условиях облучения в реакторе. Конструкция элементов АР должна обеспечивать надежную прочность всех узлов в рабочих условиях эксплуатации (при тепловых ударах: от комнатной до рабочей температуры ЗОСН-380 С, а в случае потери теплоносителя до 1100-^1200 С), переменных термических напряжениях, статических;, динамических, и вибрационных внешних нагрузках, действующих в условиях рабочих температур в течение всего срока эксгшуатации, который для элементов активной зоны АР составляет не менее трех лет. Значительное влияние на работоспособность тепловыделяющих сборок (ТВС) оказывают неразъемные соединения ТВЭЛов и опорных узлов.
В связи с вышеизложенным, к сварным соединениям ТВС предъявляют требования по прочности (в том числе лсаропрочносш), коррозионной и эрозионной стойкости, жаростойкости, способности выдерживать вибрационные и ударные нагрузки определенное количество теплосмен, без разрушения в процессе эксгшуатации. Різ сплавов, удовлетворяющих вышеперечисленным требованиям,
наиболее широко для изготовления элементов АР применяют циркопиевые сплавы и нержавеющие стали.
Для соединения деталей, используемых в реакторостроешга, в современное производство внедряют источники питания с программным управлением, позволяющие формировать импульс тока с необходимыми амплитудно-временными параметрами (АВП). Это открывает новые возможности в управлении свойствами выполняемых соединений, повышении их качества и, соответственно, надежности производимых конструкций. Однако, в литературных источниках отсутствуют четкие рекомендации по выбору АВП импульса тока применительно к точечной сварке тонкостенных деталей из циркониевых сплавов.
В связи с этим, исследование влияния АВП импульса тока на свойства сварных соединений является необходимым условием для решения проблемы повышения качества производимых конструкций.
Цель работы
Целью данной работы является определение амплитудно-временных параметров импульса тока для точечной микросварки деталей из циркониевого сплава Э110, обеспечивающих максимальное соответствие структуры и механических свойств металла литого ядра и основного металла.
Задачи работы
-
разработать математическую модель динамики изменения тепловых полей при формировании соединения тонкостенных деталей из циркониевого сплава Э110 и исследовать ее адекватность при варьировании АВП импульса тока;
-
исследовать закономерности образования соединения тонкостенных деталей из циркониевого сплава Э110, изменения структуры и физико-механических свойств металла литого ядра при импульсном программно-управляемом энергетическом воздействии;
-
сопоставить результаты математического моделирования на основе теоретических положений о процессе формирования литого ядра точечных
соединений тонкостенных деталей из циркониевого сплава Э110 с экспериментальными данными. Научная понісша:
-
разработана математическая модель динамики изменения тепловых полей при формировании соединения тонкостенных деталей из циркониевого сплава Э110, позволяющая оценивать влияние АВП импульса сварочного тока и состояние контактирующих поверхностей деталей;
-
разработан алгоритм изменения АВП импульса сварочного тока на этапе подогрева, обеспечивающий стабилизацию значений сопротивления электрод-электрод и необходимую концентрацию тепловыделения в контакте деталь-деталь;
-
обоснованы АВП импульса сварочного тока, обеспечиваю пріє формирование соединений, обладающих стабильно высокими прочностными свойствами.
Практическая значимость. Разработана и экспериментально апробирована математическая модель динамики изменения тепловых полей при формировании соединения тонкостенных деталей из циркониевого сплава Э110. На основе математического моделирования предложены рекомендации по выбору АВП импульса тока для оптимизации технологических процессов сварки деталей атомных реакторов. Показаны пути воздействия на структуру и свойства сварных соединений, позволяющие повысить их прочность. Определены наиболее рациональные параметры ввода энергии, обеспечиваюпще стабильно высокую прочность соединения.
Осшмшые положения, выносимые на защиту:
-
Алгоритм изменения АВП импульса сварочного тока на этапе подогрева, обеспечивающего стабилизацию значений сопротивления электрод-электрод и необходимую концентрацию тепловыделения в контакте деталь-деталь.
-
АВП импульса тока, обеспечивающие формирование соединений, обладающих стабильно высокими прочностными свойствами.
3. Совокупность результатов исследования микроструктуры, фазового состава и механических свойств металла литого ядра соединений, выполненных с использованием АВП импульса тока, заданного на основе расчетной оценки динамики изменения тепловых полей при математическом моделировании.
Апробации работы. Основные положения диссертации изложены, обсуждены и получили одобрение специалистов на следующих научных конференциях и семинарах: на областной школе-семинаре "Новые материалы. Создание, структура, свойства - 2003" (г. Томск, 2003 г.), на 4-й Всесоюзной конференции "Компьютерные технологии в соединении материалов" (г.Тула, 2003 г.), на X международной конференции «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2004 г.), на Всероссийской конференции «Сварка и контроль - 2004» (г. Пермь, 2004 г.), областной школе-семинаре "Новые материалы. Создание, структура, свойства - 2004" (г. Томск, 2004 г.), на XI международной конференции «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2005 г.), на Всероссийской конференции «Сварка и контроль - 2005» (г. Челябинск, 2005 г.) и ряде других совещаний и научных семинаров.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе одна монография, 3 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ, 7 тезисов докладов и публикаций в трудах и сборниках трудов конференции и школ-семинаров.
Личный вклад автора. Результаты, изложенные в диссертации, получены лично автором или при его непосредственном участии. Автор формулировал цели и задачи исследований, разрабатывал методики проведения измерений, проводил математическое моделирование и натурные эксперименты, выполнял расчеты и обработку экспериментальных данных, обобщая результаты и делал выводы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, основных выводов, сгинсіса литературы и приложения. Работа изложена на 171 странице стандартного формата, содержит 52 рисунка, 14 таблиц. Список литературы включает 161 наименование.
