Исследование и разработка технологии ремонта разнородных сварных соединений узла крепления коллекторов теплоносителя к патрубкам корпусов парогенераторов пгв
|
Скачать 285.8 Kb.
|
1 2
              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:
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:
Научная новизна:
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.
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. 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). 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 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) Рисунок 4 Исследование зоны сплавления разнородного сварного соединения. Из определения химического состава структуры зон сплавления, по которой распространяется трещина, следует:
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:
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:
|
1 2
Похожие:
 |
Техническое задание на поставку заготовок корпуса парогенератора... Предмет закупки: поставка заготовок корпуса парогенератора пгв-1000М, коллекторов теплоносителя, цапф и кронштейнов |
|
Техническое задание на поставку заготовок корпуса парогенераторов... Предмет закупки: заготовок корпуса парогенераторов пгв-1000мкп, коллекторов первого контура, цапф и кронштейнов для Белорусской аэс,... |
|
Методические указания по ультразвуковой дефектоскопии угловых сварных... Котлы паровые и водогрейные. Трубопроводы пара и горячей воды, сосуды. Сварные соединения. Контроль качества. Ультразвуковой контроль.... |
|
Техническое задание на поставку нестандартного технологического оборудования/изделия... Наименование к оборудованию, согласованное в соответствии со строкой годовой программы закупок |
|
№1 Подготовка сварочного оборудования к работе, регулировка тока.... ПМ. 01 Подготовка и осуществление технологических процессов изготовления сварных конструкций |
 |
Разработка и внедрение технологии ремонта магистральных газопроводов... Основные причины необходимости капитального ремонта трубопроводов |
|
«Теплосеть» Протокол №5 от 24. 09. 2012 положение о порядке проектирования,... Настоящее положение определяет порядок разработки и согласования проектно – технической документации, установки и эксплуатации узла... |
|
Пнаэ г-7-019-89 Унифицированная методика контроля основных материалов... Пнаэ г-7-019-89 «Унифицированная методика контроля основных материалов (полуфабрикатов), сварных соединений и наплавки оборудования... |
|
Ю. А. Шурыгин «27» апреля 2012 г Инструкция устанавливает требования пожарной безопасности (в дальнейшем «ПБ») в помещениях и на прилегающей территории корпусов и... |
|
Профессиональный стандарт Неразрушающий контроль металла и сварных соединений оборудования и трубопроводов атомных электростанций (аэс) |
|
Федеральное государственное унитарное предприятие Целью работ является выполнение договора Решаемые задачи: проведение ультразвукового контроля сварных соединений |
|
Правила и нормы в атомной энергетике Унифицированная методика контроля основных материалов (полуфабрикатов), сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов... |
|
Правила и нормы в атомной энергетике Унифицированная методика контроля основных материалов (полуфабрикатов), сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов... |
|
Приложение 1 моменты затяжки основных резьбовых соединений Гайки крепления подшипников первичного, промежуточного валов и задней обоймы дифференциала, не менее |
|
Приложение 1 моменты затяжки основных резьбовых соединений Гайки крепления подшипников первичного, промежуточного валов и задней обоймы дифференциала, не менее |
|
Пояснительная записка к дипломному проекту На тему: ≪Разработка виртуального... На тему: ≪Разработка виртуального стенда для изучения методик построения vpn соединений≫ |