RU2351028C2 - Method of making triple-layered tubular fuel elements - Google Patents
Method of making triple-layered tubular fuel elements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2351028C2 RU2351028C2 RU2006137972/06A RU2006137972A RU2351028C2 RU 2351028 C2 RU2351028 C2 RU 2351028C2 RU 2006137972/06 A RU2006137972/06 A RU 2006137972/06A RU 2006137972 A RU2006137972 A RU 2006137972A RU 2351028 C2 RU2351028 C2 RU 2351028C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- core
- fuel elements
- tubular fuel
- tempering
- layered tubular
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Metal Extraction Processes (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ядерной энергетике и может найти применение при изготовлении трехслойных трубчатых тепловыделяющих элементов (твэл) с сердечником дисперсионного типа. Твэлы данного типа выполняют в виде труб круглого или многогранного сечения, состоящих из внутреннего рабочего слоя - сердечника и двусторонней защитной оболочки из коррозионно-стойкого материала, например алюминиевого сплава.The invention relates to nuclear energy and may find application in the manufacture of three-layer tubular fuel elements (fuel elements) with a dispersion type core. Fuel elements of this type are made in the form of pipes of circular or multifaceted cross-section, consisting of an inner working layer — a core and a two-sided protective sheath made of a corrosion-resistant material, for example, an aluminum alloy.
Известен способ изготовления трехслойных трубчатых тепловыделяющих элементов (Сокурский Ю.Н. Уран и его сплавы. М.: Атомиздат, 1971, с 421-423), включающий размещение заготовки сердечника в оболочке, калибровку, совместное горячее прессование, волочение и термообработку. Термообработка включает нагрев до 480°С, выдержку 1-1,5 часа и охлаждение на воздухе.A known method of manufacturing a three-layer tubular fuel elements (Sokursky Yu.N. Uranus and its alloys. M: Atomizdat, 1971, p. 421-423), including the placement of the core blank in the shell, calibration, joint hot pressing, drawing and heat treatment. Heat treatment includes heating to 480 ° C, holding for 1-1.5 hours and cooling in air.
Недостатком данного способа является низкое качество твэлов, за счет возникновения неустойчивого термодинамического состояния алюминиевого сплава оболочки и алюминиевой матрицы, что приводит к росту зерна и дальнейшему естественному старению и растрескиванию оболочки.The disadvantage of this method is the low quality of the fuel rods due to the unstable thermodynamic state of the aluminum alloy of the cladding and aluminum matrix, which leads to grain growth and further natural aging and cracking of the cladding.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ - прототип изготовления трехслойных трубчатых тепловыделяющих элементов по патенту РФ №2223561, МПК 7 G 21 С 21/10, 2004, включающий размещение заготовки сердечника, выполненного из диоксида урана, диспергированного в алюминиевой матрице, в оболочке из алюминиевого сплава, калибровку, совместное горячее прессование, волочение и термообработку при температуре 420-460°С в течение 2-2,5 часов и охлаждение в печи с температурой и скоростью 30°С /час.The closest in technical essence and the achieved result is a method - a prototype of the manufacture of three-layer tubular fuel elements according to the patent of the Russian Federation No. 2223561, IPC 7 G 21 C 21/10, 2004, including the placement of a core blank made of uranium dioxide dispersed in an aluminum matrix in aluminum alloy shell, calibration, joint hot pressing, drawing and heat treatment at a temperature of 420-460 ° C for 2-2.5 hours and cooling in an oven at a temperature and speed of 30 ° C / hour.
Недостатком данного способа является то, что его можно использовать только для изготовления тепловыделяющих элементов с объемным содержанием топлива в сердечнике до 17% об. При более высоком содержании топлива в сердечнике уменьшается доля алюминия в матрице, следовательно, снижаются пластические свойства сердечника, что приводит к разрывам сердечника и оболочки при волочении.The disadvantage of this method is that it can only be used for the manufacture of fuel elements with a volumetric fuel content in the core of up to 17% vol. At a higher fuel content in the core, the proportion of aluminum in the matrix decreases, therefore, the plastic properties of the core decrease, which leads to rupture of the core and shell during drawing.
Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении качества стержневых тепловыделяющих элементов с любым содержанием топлива в сердечнике.The present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in improving the quality of the rod fuel elements with any fuel content in the core.
Для получения указанного технического результата в предлагаемом способе изготовления трехслойных трубчатых тепловыделяющих элементов, включающем размещение заготовки топливного сердечника из диоксида урана, диспергированного в алюминиевой матрице, в оболочке из алюминиевого сплава, калибровку, совместное горячее прессование, термообработку и, по крайней мере, одно волочение, согласно формуле изобретения, в качестве термообработки используется закалка, включающая нагрев полученной сборки тепловыделяющего элемента при температуре 350-440°С в течение 5-30 минут и последующее охлаждение на воздухе, причем закалку проводят перед каждым проходом волочения.To obtain the specified technical result in the proposed method for the manufacture of three-layer tubular fuel elements, which includes placing a billet of a fuel core made of uranium dioxide dispersed in an aluminum matrix in an aluminum alloy shell, calibration, joint hot pressing, heat treatment and at least one drawing, according to the claims, quenching is used as heat treatment, including heating the resulting assembly of the fuel element at a temperature 350-440 ° C for 5-30 minutes and subsequent cooling in air, and hardening is carried out before each drawing passage.
Проведение нагрева в указанном интервале температур и в данном временном интервале позволяет достичь пластичности как материала сердечника, так и материала оболочки.Carrying out heating in the indicated temperature range and in this time interval allows to achieve ductility of both the core material and the sheath material.
Увеличение времени нагрева больше 30 минут и температуры выше 440°С приводит к росту зерна и увеличению твердости материала оболочки и материала матрицы сердечника. Это, в свою очередь, приводит к снижению качества твэлов.The increase in heating time for more than 30 minutes and temperatures above 440 ° C leads to grain growth and an increase in the hardness of the shell material and the core matrix material. This, in turn, leads to a decrease in the quality of fuel elements.
Структурные напряжения в металле, возникшие в результате предшествующих деформаций, таких как штамповка и волочение, не снимаются, если температура нагрева будет ниже 350°С, а время выдержки менее 5 минут.Structural stresses in the metal resulting from previous deformations, such as stamping and drawing, are not removed if the heating temperature is below 350 ° C and the holding time is less than 5 minutes.
Проведение закалки перед каждым проходом волочения необходимо для повышения предела прочности металла оболочки и матрицы по сравнению с прикладываемыми усилиями деформирования.Hardening before each drawing pass is necessary to increase the tensile strength of the shell metal and the matrix in comparison with the applied deformation forces.
Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности.The proposed method is carried out in the following sequence.
Заготовку сердечника, выполненного из диоксида урана, диспергированного в алюминиевой матрице, размещают в оболочке из алюминиевого сплава, калибруют и проводят совместное горячее прессование. После этого трехслойную трубу подвергают нагреванию при температуре 350-440°С в течение 5-30 мин, а затем охлаждают на воздухе. После проведения закалки проводят волочение.A core blank made of uranium dioxide dispersed in an aluminum matrix is placed in an aluminum alloy shell, calibrated and co-pressed. After that, the three-layer pipe is subjected to heating at a temperature of 350-440 ° C for 5-30 minutes, and then cooled in air. After hardening, drawing is carried out.
Пример 1Example 1
В оболочку из алюминиевого сплава помещают заготовку сердечника из диоксида урана, диспергированного в алюминиевой матрице. Содержание топлива в сердечнике составляет 16% об. Трехслойную сборку, состоящую из алюминиевой оболочки и сердечника, калибруют, затем нагретую трехслойную сборку подвергают совместному горячему прессованию и получают трехслойную трубу. Трехслойную трубу нагревают при температуре 400°С в течение 20 минут и охлаждают на воздухе до комнатной температуры. После охлаждения на воздухе, трехслойную трубу подвергают операции волочения. В зависимости от требуемого профиля трехслойной трубы: круг, шестигранник, квадрат, - количество проходов волочения может быть от одного до пяти. Перед всеми последующими операциями волочения трубу нагревают при температуре 400°С в течение 20 минут, а затем охлаждают на воздухе до комнатной температуры. Готовую трехслойную трубу подвергают приборному радиометрическому и рентгенографическому контролю. Приборный радиометрический и рентгенографический контроль не обнаружил каких-либо трещин, разрывов сердечника и оболочки. Макроструктура оболочки мелкозернистая, что показано на фиг.1.A blank of a core of uranium dioxide dispersed in an aluminum matrix is placed in an aluminum alloy shell. The fuel content in the core is 16% vol. The three-layer assembly, consisting of an aluminum shell and a core, is calibrated, then the heated three-layer assembly is subjected to joint hot pressing and a three-layer tube is obtained. The three-layer pipe is heated at a temperature of 400 ° C for 20 minutes and cooled in air to room temperature. After cooling in air, a three-layer pipe is subjected to a drawing operation. Depending on the required profile of a three-layer pipe: circle, hexagon, square, the number of drawing passes can be from one to five. Before all subsequent drawing operations, the pipe is heated at a temperature of 400 ° C for 20 minutes, and then cooled in air to room temperature. The finished three-layer pipe is subjected to instrument radiometric and radiographic control. Instrument radiometric and radiographic control did not detect any cracks, tears of the core and shell. The macrostructure of the shell is fine-grained, as shown in figure 1.
Пример 2Example 2
В оболочку из алюминиевого сплава помещают заготовку сердечника из диоксида урана, диспергированного в алюминиевой матрице. Содержание топлива в сердечнике составляет 34% об.A blank of a core of uranium dioxide dispersed in an aluminum matrix is placed in an aluminum alloy shell. The fuel content in the core is 34% vol.
Последовательность операций, температурные и временные режимы такие же, как в первом примере.The sequence of operations, temperature and time modes are the same as in the first example.
Приборный радиометрический и рентгенографический контроль дефектов на сердечнике и оболочке не обнаружил. Макроструктура оболочки мелкозернистая, что показано на фиг.2.Instrument radiometric and radiographic inspection of defects on the core and the shell was not found. The macrostructure of the shell is fine-grained, as shown in Fig.2.
Пример 3Example 3
В оболочку из алюминиевого сплава помещают заготовку сердечника из диоксида урана, диспергированного в алюминиевой матрице. Содержание топлива в сердечнике составляет 34% об. Последовательность операций остается прежней, как в первом и втором примерах, а температура нагрева трехслойной трубы составляет 480°С и время выдержки 1 час. Затем трубу охлаждают на воздухе.A blank of a core of uranium dioxide dispersed in an aluminum matrix is placed in an aluminum alloy shell. The fuel content in the core is 34% vol. The sequence of operations remains the same as in the first and second examples, and the heating temperature of the three-layer pipe is 480 ° C and the exposure time is 1 hour. Then the pipe is cooled in air.
После проведения операции волочения приборный радиометрический и рентгенографический контроль показал дефекты на сердечнике и разрывы на оболочке. Размер зерен увеличился при повышении температуры нагрева и увеличении времени выдержки, что связано с собирательной рекристаллизацией, см. фиг.3.After the drawing operation, the instrument radiometric and radiographic control showed defects on the core and tears on the shell. The grain size increased with increasing heating temperature and increasing the exposure time, which is associated with collective recrystallization, see figure 3.
Таким образом, предложен универсальный способ изготовления трехслойных трубчатых тепловыделяющих элементов. Предложены оптимальные температурно-временные режимы термообработки трехслойных труб. При данных режимах исключается эффект естественного старения матрицы в металлокерамическом изделии, что положительно отражается при дальнейших операциях, связанных с пластической деформацией материала оболочки и металлокерамического сердечника. Способ позволяет повысить качество твэлов, исключить растрескивание оболочки и сердечника.Thus, a universal method for manufacturing three-layer tubular fuel elements is proposed. The optimal temperature-time regimes of heat treatment of three-layer pipes are proposed. Under these conditions, the effect of natural aging of the matrix in the ceramic-metal product is excluded, which is positively reflected in further operations associated with plastic deformation of the shell material and the ceramic-metal core. The method allows to improve the quality of the fuel rods, to prevent cracking of the shell and core.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006137972/06A RU2351028C2 (en) | 2006-10-27 | 2006-10-27 | Method of making triple-layered tubular fuel elements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006137972/06A RU2351028C2 (en) | 2006-10-27 | 2006-10-27 | Method of making triple-layered tubular fuel elements |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006137972A RU2006137972A (en) | 2008-05-10 |
RU2351028C2 true RU2351028C2 (en) | 2009-03-27 |
Family
ID=39799518
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006137972/06A RU2351028C2 (en) | 2006-10-27 | 2006-10-27 | Method of making triple-layered tubular fuel elements |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2351028C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2524156C1 (en) * | 2013-02-22 | 2014-07-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" (ОАО "НЗХК") | Production of tubular fuel elements |
RU2525030C1 (en) * | 2013-05-30 | 2014-08-10 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" (ОАО "НЗХК") | Production of tubular fuel elements, preferably, of hexagon shape |
-
2006
- 2006-10-27 RU RU2006137972/06A patent/RU2351028C2/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2524156C1 (en) * | 2013-02-22 | 2014-07-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" (ОАО "НЗХК") | Production of tubular fuel elements |
RU2525030C1 (en) * | 2013-05-30 | 2014-08-10 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" (ОАО "НЗХК") | Production of tubular fuel elements, preferably, of hexagon shape |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006137972A (en) | 2008-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101927312B (en) | Method for processing TC4 titanium alloy into forged rings | |
CN107779694B (en) | A kind of 6082 aluminium alloy flange manufacture crafts | |
WO2012015602A1 (en) | Hot stretch straightening of high strength alpha/beta processed titanium | |
EP2659993A1 (en) | Closed-die forging method and method of manufacturing forged article | |
JPS5822364A (en) | Preparation of zirconium base alloy | |
RU2351028C2 (en) | Method of making triple-layered tubular fuel elements | |
CN106623711A (en) | Forging method of tungsten austenite-containing heat-resisting steel tube blank | |
JPS6044387B2 (en) | Heat treatment method for zirconium-based alloy objects | |
CN110205572A (en) | A kind of preparation method of two-phase Ti-Al-Zr-Mo-V titanium alloy forging stick | |
US5876524A (en) | Method for the manufacture of tubes of a zirconium based alloy for nuclear reactors and their usage | |
CN104805264A (en) | Heat treatment method for 15NiCuMoNb5 steel pipe | |
CN102560298B (en) | Heat treatment method particularly applicable to spinning plastic forming of aluminum alloy extruded tube | |
CN115287427B (en) | Preparation method of Fe-Ni-Co-based superalloy GH907 alloy bar | |
CN102560043A (en) | Heat treatment process for large 35CrMo steel axis forgings | |
CN107858612A (en) | A kind of heat treatment method for deforming aluminium section bar ingot casting | |
RU2223561C2 (en) | Method for manufacturing three-layer tubular fuel elements | |
Ivanoff et al. | Warm forming of aa7075-t6 with direct electrical resistance heating | |
Vakhrusheva et al. | Influence of texture on mechanical properties of titanium alloy tubes | |
CN109234514A (en) | A method of the control aluminium alloy thin-walled annealing tubing grain size of 3A21 | |
RU2699879C1 (en) | Method of producing composite material based on vanadium alloy and steel | |
RU2002102519A (en) | A method of manufacturing a ring blanks from aging Nickel alloys | |
Billon et al. | Sensitivity of Residual Stresses due to the Implementation of Local Post Welding Thermal Stress Relieving | |
CN107267897A (en) | A kind of processing method of aluminium alloy extrusions | |
RU2386719C2 (en) | Method of manufacturing hollow items | |
RU2613829C2 (en) | Method for producing of deformed semifinished products from intermetallides titanium alloys |