CS196659B1

CS196659B1 - Method of connection of tubes with tube sheet by welding by electron beam in vacuum, especially in heat exchangers of nuclear power plants

Info

Publication number: CS196659B1
Application number: CS842976A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Olesovsky; Frantisek Dolak; Jiri Nejedly; Drahoslav Krutis; Ladislav Zobac
Original assignee: Jaroslav Olesovsky; Frantisek Dolak; Jiri Nejedly; Drahoslav Krutis; Ladislav Zobac
Priority date: 1976-12-21
Filing date: 1976-12-21
Publication date: 1980-03-31

Abstract

Předmětem vynálezu je způsob spojení trubek s trubkovnicí svařením svazkem elektronů ve vakuu, zejména u výměníků tepla jaderných elektrárenThe subject of the invention is a method of connecting tubes to a tube sheet by electron beam welding in a vacuum, especially in heat exchangers of nuclear power plants

Description

Předmětem vynálezu je způsob spojení trubek s trubkovnicí svařením svazkem elektronů ve vakuu, zejména u výměníků tepla jaderných elektráren.It is an object of the present invention to provide a method for connecting tubes to a tube sheet by vacuum electron beam welding, particularly for nuclear power heat exchangers.

Spoje trubek s trubkovnicí u výměníků tepla, zejména výměníků parogenerátorů jaderných elektráren se provádí pouze válcováním nebo jen svařením trubek v trubkovnici a v neposlední řadě kombinací těchto dvou způsobů. Ve skutečnosti tyto kombinované spoje za určitou dobu provozu nebývají těsné a dochází k prostupu teplonositelného primárního média do sekundárního okruhu. Tato okolnost je zvláště nebezpečná při úniku primárního sodíku do parního okruhu parogenerátoru. Pro zajištění bezpečnosti provozu teplosměnných výměníků byla navržena dvojitá trubkovnice s vývodem pro indikaci. Dojde-li k prostupu některého z médií do trubkovnicového prostoru, je možno jeho únik indikovat a netěsné úseky vyřadit z provozu. Uspořádání trubkovnice je velmi pracné a neřeší přitom těsnost spoje. Svarový spoj trubka - trubkovnice s ohledem na požadované můstky se provádí ručně elektrickým obloukem obalovou elektrodou. Jak ukázaly zkušenosti z provozu parogenerátorů, příčinou netěsnosti byly vady svarů, zejména bubliny a mikropory. I malá netěsnost se působením teplonositelného média a kondenzátu časem rozšíří a původní vady narostou do rozměrů, které znemožní provoz parogenerátoru.Pipe to tube sheet joints in heat exchangers, in particular steam generators of nuclear power plants, are performed only by rolling or welding tubes in a tube sheet and, last but not least, a combination of the two. In fact, these combined connections are not tight in a certain period of operation, and the heat-transferable primary medium passes into the secondary circuit. This circumstance is particularly dangerous when primary sodium leaks into the steam circuit of the steam generator. A double tube plate with outlet for indication has been designed to ensure the safety of heat exchanger operation. If any of the media penetrates the tubesheet space, leakage may be indicated and leaking sections may be taken out of service. The tubesheet arrangement is very laborious and does not solve the tightness of the joint. The welded tube-tube sheet joint with respect to the required bridges is made manually by means of an electric arc with a coating electrode. As experience from steam generator operation has shown, leakage was caused by weld defects, especially bubbles and micropores. Even a small leak will expand over time due to the heat-carrying medium and condensate, and the original defects will grow to a size that will prevent the steam generator from operating.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob spojení trubek s trubkovnicí svařením svazkem elektronů ve vakuu, zejména u výměníku tepla jaderných elektráren podle vynálezu. Podstata vynálezu záleží v tom, že v trubkovnicích se vytvoří prstencový zápich v hloubce alespoň 0,4 mm, o šířce alespoň 4 mm a ve vzdálenosti alespoň 6 mm od čela trubkovnice, načež se trubky svaří s první trubkovnicí paprskem pod úhlem 2° až 5° po svaření všech trubek do první trubkovnice se na první trubkovnici a konce trubek nasune druha trubkovnice a trubky se do druhé trubkovnice zavaří druhým paprskem rovnoběžným s osou trubek.These disadvantages are overcome by the method of connecting the tubes to the tube sheet by vacuum electron beam welding, in particular in the heat exchanger of nuclear power plants according to the invention. The subject matter of the invention is that an annular groove is formed in the tube plates at a depth of at least 0.4 mm, a width of at least 4 mm and at least 6 mm from the face of the tube plate, whereupon the tubes are welded to the first tube plate at 2 ° to 5 °. ° after welding all the tubes into the first tube sheet, the second tube sheet is slid onto the first tube sheet and the ends of the tubes and the tubes are welded into the second tube sheet by a second beam parallel to the axis of the tubes.

Přednost tohoto způsobu svařování svazkem elektronů spočívá v tom, že je svar v celém průřezu homogenní. Toho je dosaženo souborem opatření. V první trubkovnici je vytvořen prstencový zápich, který umožňuje odplynění svaru a odstraňuje kořen svaru, který při svařování svazkem elektronů bez tohoto opatření bývá zakončen bublinami a plynovými vměstky a studeným spojem v kořenu. Aby nedošlo k poškození přesahujících trubek z první trubkovnice je svařovací paprsek vychýlen pod úhlem 2° až 5°. Uhel, hloubka svaru a zápich jsou voleny tak, aby byl vytvořen kvalitní svar, a přitom nebyla poškozena trubka tímto paprskem. Zápioh v první trubkovnici lze prohloubit, čímž se tyto zápichy navzájem spojí a vytvoří tak indikační prostor. Tímto se dá nahradit druhá trubkovnice, čímž se podstatně sníží náklady na výrobu výměníků. Souborem těchto opatření jsou vytvořeny podmínky pro provedení kvalitních, homogenních svarů pro náročný provoz výměníků.The advantage of this electron beam welding method is that the weld is homogeneous throughout the cross-section. This is achieved through a package of measures. An annular recess is provided in the first tube sheet, which allows degassing of the weld and removes the weld root, which is terminated by bubbles and gas inclusions and a cold joint at the root when electron beam welding without this measure. In order not to damage the overlapping tubes from the first tube sheet, the welding beam is deflected at an angle of 2 ° to 5 °. The angle, weld depth and recess are selected to produce a quality weld without damaging the pipe with this beam. The punch in the first tube sheet can be deepened, whereby these recesses connect to each other to form an indication space. This can replace the second tube plate, which significantly reduces the cost of manufacturing the exchangers. A set of these measures creates the conditions for making quality, homogeneous welds for the demanding operation of heat exchangers.

Příklad provedení vynálezu je znázorněn na připojeném výkresu, představujícím řez dvojitou trubkovnicí podle vynálezu.An exemplary embodiment of the invention is illustrated in the accompanying drawing, which is a cross-section through a double tube sheet according to the invention.

Prstencový zápich 8 se vytvoří na první trubkovnici 1 před operacemi svařování. Trubky 3 se do první trubkovnice 1 zasunou s přesahem 3. Montážní vůle mezi trubkami' 3 a první trubkovnicí 1 se vymezí válcováním. Výměník tepla se svazkem trubek 3 zakončený na obou stranách první trubkovnicí 1 se hermeticky upevní ke komoře svařovacího zařízení. Druhý okruh výměníku se napojí na vakuovací zařízení. Vytvoří se lokální vakuum v komoře svařovacího zařízení a druhém okruhu výměníku minimálně KV¹ torru. Najetím na střed svařované trubky 3 se provede číslicově řízeným systémem. Kontrola osy 11 svařované trubky se provede periskopem. Svaření svaru 5 se provede paprskem 4 pod úhlem 3° u trubek 3 s přesahem 3 v délce 8—10 mm přes první trubkovnici 1, u přesahu 3 v délce 10 až 14 mm pod úhlem 5°. Po svaření svaru 5 se k další svařované trubce 3 opět najede pomocí číslicově řízeného systému. Vychýlení paprsku o úhel 3° a 5° je voleno tak, aby nedošlo k poškození - natavení - přesahu 9 trubek 3, a pro zajištění kvality svaru 5 je v první trubkovnici 1 prstencový zápich 8 v hloubce 0,5 mm a šířce 5 mm ve vzdálenosti 7 mm od čela první trubkovnice 1. Po svaření všech svarů 5 v první trubkovnici 1 se vyvakuovaný prostor zavzdušní a výměník se ze svařovacího zařízení uvolní. Na první trubkovnici 1 a přesah 3 trubek 3 se nasune druhá trubkovnice 2. Po vymezení montážní vůle válcováním se výměník upne ke komoře svařovacího zařízení. Vakuování prostoru a najíždění na osy 11 trubek 3 je shodné jako u svarů 5 první trubkovnice 1. Svarový spoj 7 se vytvoří paprskem 6 rovnoběžným s osou 11 trubek 3. Prstencový zápich 10 vytvořený před operacemi svařování druhé trubkovnice 2 je volen pro zajištění kvality svaru. Hloubka zápichu je 0,5 mm a šířka 3 mm, vzdálenost 5 mm od čela druhé trubkovnice 2.An annular groove 8 is formed on the first tube sheet 1 prior to the welding operations. The tubes 3 are inserted into the first tube sheet 1 with an overlap 3. The mounting clearance between the tubes 3 and the first tube sheet 1 is limited by rolling. A tube bundle heat exchanger 3 terminated on both sides with the first tube sheet 1 is hermetically fastened to the welding machine chamber. The second circuit of the exchanger is connected to the vacuum system. A local vacuum is created in the welding machine chamber and the second exchanger circuit of at least KV ¹ tor. Approaching the center of the welded pipe 3 is performed by a numerically controlled system. The axis 11 of the welded pipe is inspected by periscope. Welding of the weld 5 is carried out by a beam 4 at an angle of 3 ° for tubes 3 with an overlap 3 of 8-10 mm over the first tube sheet 1, for an overlap 3 of 10-14 mm at an angle of 5 °. After the welding of the weld 5, the next welded tube 3 is approached again using a numerically controlled system. The deflection of the beam at an angle of 3 ° and 5 ° is chosen so as not to damage the melting of the overlap 9 of the tubes 3, and to ensure the quality of the weld 5 there is an annular groove 8 in the first tube sheet 1. a distance of 7 mm from the face of the first tube sheet 1. After welding all the welds 5 in the first tube sheet 1, the vacuumed space is aerated and the exchanger is released from the welding apparatus. The second tube sheet 2 is slid onto the first tube sheet 1 and the overlap 3 of the tubes 3. Vacuuming the space and approaching the axes 11 of the tubes 3 is the same as for the welds 5 of the first tube sheet 1. The weld joint 7 is formed by a ray 6 parallel to the axis 11 of the tubes 3. The annular recess 10 formed before the welding operations of the second tube sheet 2 The groove depth is 0.5 mm and width 3 mm, distance 5 mm from the face of the second tube sheet 2.

Claims

Method for connecting tubes to tubesheets by vacuum electron beam welding, in particular for nuclear power plant heat exchangers, characterized in that an annular groove is formed in the tubesheets at a depth of at least 0.4 mm with a width of at least 4 mm and a distance of at least 6 mm.

BACKGROUND OF THE INVENTION, the tubes are welded to the first tube sheet at an angle of 2 ° to 5 °, and after welding all tubes to the first tube sheet, a second tube sheet is slid onto the first tube sheet and ends.