WO2017091110A1 - Узел сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой - Google Patents

Узел сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой Download PDF

Info

Publication number
WO2017091110A1
WO2017091110A1 PCT/RU2016/000807 RU2016000807W WO2017091110A1 WO 2017091110 A1 WO2017091110 A1 WO 2017091110A1 RU 2016000807 W RU2016000807 W RU 2016000807W WO 2017091110 A1 WO2017091110 A1 WO 2017091110A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shell
plug
ferritic
steel
thickness
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000807
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Николай Серафимович ГРЯЗНОВ
Олег Анатольевич КРУГЛОВ
Виктор Павлович СМИРНОВ
Юрий Васильевич СОРОКИН
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Акционерное, Общество "Высокотехнологический Научно-Исследовательский Институт Неорганических Материалов Имени Академика А.А. Бочвара"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом", Акционерное, Общество "Высокотехнологический Научно-Исследовательский Институт Неорганических Материалов Имени Академика А.А. Бочвара" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority to JP2018527204A priority Critical patent/JP6723358B2/ja
Priority to EP16868972.7A priority patent/EP3381600B1/en
Priority to CN201680079426.8A priority patent/CN108778611B/zh
Priority to KR1020187018156A priority patent/KR102074090B1/ko
Priority to US16/069,864 priority patent/US10583513B2/en
Publication of WO2017091110A1 publication Critical patent/WO2017091110A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/02—Seam welding; Backing means; Inserts
    • B23K9/028—Seam welding; Backing means; Inserts for curved planar seams
    • B23K9/0282—Seam welding; Backing means; Inserts for curved planar seams for welding tube sections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/167—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
    • B23K33/004—Filling of continuous seams
    • B23K33/006—Filling of continuous seams for cylindrical workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/23—Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C21/00—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
    • G21C21/02—Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G21C3/06—Casings; Jackets
    • G21C3/07—Casings; Jackets characterised by their material, e.g. alloys
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G21C3/06—Casings; Jackets
    • G21C3/10—End closures ; Means for tight mounting therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/06—Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • B23K2103/05—Stainless steel
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C21/00—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G21C3/06—Casings; Jackets
    • 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

Definitions

  • the invention relates to nuclear energy and can be used for the manufacture of fuel elements (fuel elements) of power reactors.
  • the operational reliability of the fuel rods is largely determined by the quality of the welded joints made.
  • the argon-arc welding (ADF) method of non-consumable tungsten electrode is used.
  • welded joint assembly comprising a shell and a plug, having the design of a butt-lock connection with a molten bead located on the plug (in the book "Design, Production and Operation of Fuel Elements of Power Reactors" edited by F.G. Reshetnikov book 2, Energoatomizdat, 1995, p. 185-186, table 20.1a).
  • materials of the same class are used, including high-chromium steels of ferritic-martensitic class.
  • the requirements for welded joints are determined by OST 95 503-2006.
  • the main disadvantage in welding high-chromium steels of ferritic-martensitic class is their tendency to form quenching structures and cold cracks that occur after a certain time after the welding process.
  • the technical result of the invention is to ensure the reliability of the sealing of the fuel elements of a nuclear reactor with shells of high-chromium steels, by obtaining high-quality welded joints of the shell with a plug without subsequent heat treatment of the weld, which simplifies the manufacturing process of its manufacture.
  • the technical result is achieved in the weld joint of the shell of the fuel element with a plug made of high-chromium steel, connected by argon-arc welding, and it uses a shell of ferritic-martensitic steel and a plug of ferritic steel, with parameters selected from the ratios:
  • a is the width of the bead flange
  • the technical result is achieved in the weld joint of the shell of the fuel element with a plug made of high-chromium steel, connected by argon-arc welding, and it uses a bimetallic shell, the outer layer of which is made of ferritic, and the inner layer of ferritic-martensitic steel with a ratio of thicknesses 1: 1 or 1: 2, and a plug made of ferritic-martensitic steel, with parameters selected from the ratios:
  • B ⁇ is the thickness of the outer layer of the bimetallic shell
  • the technical result is achieved in the weld joint of the shell of the fuel element with a plug made of high-chromium steel, connected by argon-arc welding, and it uses a shell of ferritic-martensitic steel and a bimetallic plug, the outer layer of which is made of ferritic steel, and the inner layer of ferritic martensitic steel, with parameters selected from the ratios:
  • ⁇ is the thickness of the outer layer of the bimetallic plug.
  • the technical result is achieved in the weld assembly of the shell of the fuel element with a plug made of high-chromium steel, connected by argon-arc welding, moreover, it uses a shell and a plug made of ferritic-martensitic steel, and a ferrite steel ring is placed between them, with parameters selected from the ratios:
  • a is the width of the bead flange; b - penetration depth;
  • a sheath-plug connection scheme is used, made of high-chromium steel of ferritic and ferritic-martensitic class, changing their relative position in the assembly, thereby forming a ferritic phase in the weld metal, which makes it possible to exclude additional heat treatment of the weld after welding (in the book "Welding in mechanical engineering: a Handbook. In 4 volumes.” under the editorship of G.A. Nikolaev and others - M .: Engineering, 1978 - -v. 2 / Under the editorship of A.I. Akulov, p. 179-183).
  • the process of manufacturing fuel elements of a nuclear reactor is simplified.
  • FIG. 1 shows the design of the welded joint assembly, which includes a shell 1 of steel of ferritic-martensitic class and a plug 2 of steel of ferritic class.
  • FIG. 2 shows the design of the welded joint assembly, which includes a bimetallic sheath 1, the outer layer 3 of which consists of ferritic steel, and the inner 4 of ferritic-martensitic steel, and the plug 2 of ferritic-martensitic steel.
  • the node In order to obtain a ferritic phase weld in the metal according to this design option, the node must comply with the parameters selected from the relations:
  • ⁇ is the thickness of the outer layer of the bimetallic shell
  • Fig. 3 shows the construction of the weld joint assembly, which includes a shell 1 of steel of ferritic-martensitic class and a bimetallic plug 2, the outer layer 5 of which consists of steel of ferritic class, and the inner 6 of steel of ferritic-martensitic class.
  • ⁇ is the thickness of the outer layer of the bimetallic plug.
  • Figure 4 shows the design of the welded joint assembly, which includes a shell 1 and a plug 2 made of ferritic-martensitic steel, as well as a ring 7 made of ferritic steel, installed between the shell and the plug in the welded joint area.
  • the node In order to obtain a ferritic phase weld in the metal according to this design option, the node must comply with the parameters selected from the relations:
  • C is the thickness of the ring
  • the width of the shoulder should be from 0.2 to 1 mm;
  • the penetration depth is not less than the shell thickness, but should not exceed its thickness by 1, 2 times;
  • Welding modes providing the required quality of a welded joint with a given phase composition of the weld metal according to the developed designs are:
  • welding current 14-20 A welding speed 12 - 15 m / h;
  • EP-823 ferritic-martensitic steel with a diameter of 9.3 mm and a wall thickness of 0.5 mm was used as the fuel cladding, and the plug was made of 05Kh18S2VFAYU ferritic steel, the flange width in the plug was 0.8 mm, its diameter corresponded to the shell diameter ( Figure 1).
  • the fuel rod was sealed by the ADS method according to the regime:
  • a 0.5 mm thick bimetal cladding was used as the fuel cladding, the outer layer of which is made of 05Kh18S2MVFAYu steel, and the inner one of EP-823 steel with a thickness ratio of 1: 2.
  • the plug was made of EP-823 steel, its bead width was 0.8 mm ( Figure 2). Welding of the shell with a plug was carried out in the same mode as in example 1.
  • EP-823 steel with a thickness of 0.5 and a bimetallic plug were used, the outer layer of which is made of 05X18C2MVFAY steel and the inner layer is of EP-823 steel (Fig.Z).
  • the thickness of the outer layer of the plug made of steel 05X18S2MVFAY in the welding zone was 0.2 mm.
  • the welding mode of the shell with the plug was the same as in example 1.
  • Table 1 presents the mechanical properties of welded joints according to the developed options for the design of joints.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов) для атомных реакторов. Сущность изобретения: разработаны варианты узла сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой, выполненных из высокохромистой стали, обеспечивающих повышение надежности герметизации тепловыделяющих элементов ядерного реактора, за счет получения качественного сварного соединения оболочки с заглушкой без последующей термической обработки сварного шва, что упрощает технологический процесс его изготовления. Это достигается за счет формирования в металле шва ферритной фазы путем изменения конструкции соединения оболочка-заглушка, выполняемых из сталей ферритно-мартенситного и ферритного класса в различных сочетаниях и соблюдением необходимых параметров соотношения размеров, обеспечивающих образование этой фазы.

Description

УЗЕЛ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ОБОЛОЧКИ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА
С ЗАГЛУШКОЙ
Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано для изготовления тепловыделяющих элементов (твэлов) энергетических реакторов.
Эксплуатационная надежность твэлов во многом определяется качеством выполненных сварных соединений.В настоящее время для герметизации твэлов для реакторов на быстрых нейтронах с оболочками из высокохромистых сталей ферритно-мартенситного класса применяют метод аргонодуговой сварки (АДС) неплавящимся вольфрамовым электродом.
Известен узел сварного соединения, включающий оболочку и заглушку, имеющий конструкцию стыко-замкового соединения с расплавляемым буртиком, расположенным на заглушке (в книге "Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов" под редакцией Ф.Г. Решетникова кн.2, Энергоатомиздат, 1995г, стр. 185-186, таблица 20.1а). В этих конструкциях узла сварного соединения используют материалы одного класса, в том числе и высокохромистые стали ферритно-мартенситного класса. Требования, предъявляемые к сварным соединениям, определяются ОСТ 95 503-2006.
Основным недостатком при сварке высокохромистых сталей ферритно- мартенситного класса является склонность их к образованию закалочных структур и холодных трещин, возникающих через определенное время после проведения процесса сварки.
С целью получения качественных сварных соединений данного типа сталей необходима дополнительная операция отпуска сварных швов, который проводят при температуре740-760 °С в течение 20-30 мин, с минимально возможным временем между операциями сварки и последующего отпуска. Проведение операции послесварочного отпуска требует определенных затрат и усложняет технологию изготовления тепловыделяющего элемента, особенно при отпуске сварного шва, герметизирующего твэл после снаряжения его топливом.
Техническимрезультатом изобретения является обеспечение надежности герметизации тепловыделяющих элементов ядерного реактора с оболочками из высокохромистых сталей, за счет получения качественного сварного соединения оболочки с заглушкой без последующей термической обработки сварного шва, что упрощает технологический процесс его изготовления.
Технический результат достигается в узле сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой, выполненных из высокохромистой стали,соединенные аргонодуговой сваркой, причём в нём используют оболочку из ферритно-мартенситной стали и заглушку из ферритной стали, с параметрами, выбранными из соотношений:
δ < а < 2δ
6 < b < 1,5δ,
где: а - ширина буртика заглушки;
Ь - глубина проплавления;
δ— толщина оболочки.
Технический результат достигается в узле сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой, выполненных из высокохромистой стали,соединенные аргонодуговой сваркой, причём в нем используют биметаллическую оболочку, наружный слой которой выполнен из ферритной, а внутренний слой из ферритно-мартенситной стали с соотношением толщин 1 :1 или 1 :2, и заглушку из ферритно-мартенситной стали,с параметрами, выбранными из соотношений:
0!< <1,5 δι
(δ! + δ2)< δ < \ ,2 {δ] + δ2)> где:а - ширина буртика заглушки;
Ъ - глубина проплавления;
Ь\ - толщина наружного слоя биметаллическойоболочки;
62— толщина внутреннего слоя биметаллической оболочки.
Технический результат достигается в узле сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой, выполненных из высокохромистой стали,соединенные аргонодуговой сваркой, причём в нем используют оболочку из ферритно-мартенситной стали и биметаллическую заглушку, наружный слой которой выполнен из ферритной стали, а внутренний слой из ферритно-мартенситной стали,с параметрами, выбранными из соотношений:
Figure imgf000005_0001
0,2(5 < δ1 < 0,5δ
(δ + 0,2 S}) < b <(S + 0,5 δι), где:я - ширина буртика заглушки;
Ъ - глубина проплавления;
δ— толщина оболочки;
δι— толщина наружного слоя биметаллической заглушки.
Технический результат достигается в узле сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой, выполненных из высокохромистой стали,соединенные аргонодуговой сваркой, причём в нем используют оболочку и заглушку, выполненные из ферритно-мартенситной стали, а между ними размещено кольцо из ферритной стали,, с параметрами, выбранными из соотношений:
0,8 δ< а < δ δ< δ < 1,2 δ
а< с < 2 а,
где: а - ширина буртика заглушки; b - глубина проплавления;
с— толщина кольца;
6— толщина оболочки. При получении узла сварного соединения используют схему соединения оболочки с заглушкой, выполненных из высокохромистой стали ферритного и ферритно-мартенситного класса, изменяя их взаимное расположение в узле, тем самым формируя в металле шва ферритную фазу, которая дает возможность исключить дополнительную термообработку шва после сварки (в книге «Сварка в машиностроении: Справочник. В 4-х т.» под ред. Г. А. Николаев и др. - М.: Машиностроение, 1978 - -т. 2/Под ред. А.И. Акулова, стр. 179-183). Таким образом, упрощается технологический процесс изготовления тепловыделяющих элементов ядерного реактора.
Выбор интервала соотношений ширины буртика заглушки, толщины оболочки (в том числе, при использовании биметалла), толщин кольца и глубины проплавления, обосновывается как необходимое условие получения в металле шва узла сварного соединения ферритной фазы.
На Фиг. 1 представлена конструкция узла сварного соединения, которая включает в себя оболочку 1 из стали ферритно-мартенситного класса и заглушку 2 из стали ферритного класса.
С целью получения в металле сварного шва ферритной фазы по данному варианту конструкции узла необходимо соблюдение параметров, выбранных из соотношений:
δ < а < 25
5 < b < l,25
где а - ширина буртика заглушки;
Ъ - глубина проплавления;
δ— толщина оболочки. На Фиг. 2 представлена конструкция узла сварного соединения, которая включает в себя биметаллическую оболочку 1, наружный слой 3 которой состоит из стали ферритного класса, а внутренний 4 - из стали ферритно-мартенситного класса, а также заглушку 2 из ферритно- мартенситной стали.
С целью получения в металле сварного шва ферритной фазы по данному варианту конструкции узланеобходимо соблюдение параметров, выбранных из соотношений:
δ!< α <\,5 δ]
(д1 + д2)< Ъ < \,2 {д1 + д2)
гдеа - ширина буртика заглушки;
Ь - глубина проплавления;
δι - толщина наружного слоя биметаллической оболочки;
5г— толщина внутреннего слоя биметаллической оболочки.
На Фиг.З представлена конструкция узла сварного соединения, которая включает в себя оболочку 1 из стали ферритно-мартенситного класса и биметаллическую заглушку 2, наружный слой 5 которой состоит из стали ферритного класса, а внутренний 6 - из стали ферритно-мартенситного класса.
С целью получения в металле сварного шва ферритной фазы по данному варианту конструкции узла необходимо соблюдение параметров, выбранных из соотношений:
δι < α < 2δ]
Figure imgf000007_0001
f (5 + 0,2 (57 < b <f<5 + 0,5 <57
где a - ширина буртика заглушки;
Ъ - глубина проплавления;
δ— толщина оболочки;
δι — толщина наружного слоя биметаллической заглушки. НаФиг.4 представлена конструкция узла сварного соединения, которая включает в себя оболочку 1 и заглушку 2 из стали ферритно-мартенситного класса, а также кольцо 7из ферритной стали, установленное между оболочкой и заглушкой в зоне сварного соединения.
С целью получения в металле сварного шва ферритной фазы по данному варианту конструкции узланеобходимо соблюдение параметров, выбранных из соотношений:
0,& δ< α < δ
<S< b < 1,2 <S
а< с < 2 а
где а - ширина буртика заглушки;
Ъ - глубина проплавления;
С— толщина кольца;
δ— толщина оболочки.
При разработке сварных соединений и расчете основных конструктивных параметров, таких, как ширина буртика на заглушке, толщина стенки оболочки, а также глубина проплавления исходили из следующих технологических параметров:
· толщина оболочки от 0,4 до 0,5 мм;
• ширина буртика должна составлять от 0,2 до 1 мм;
• глубина проплавления не менее толщины оболочки, но не должна превышать ее толщину в 1 ,2 раза;
• расположение оси электрода по стыку между оболочкой
и заглушкой;
Режимы сварки, обеспечивающие необходимое качество сварного соединения с заданным фазовым составом металла шва по разработанным конструкциям составляют:
сварочный ток 14- 20 А; скорость сварки 12 - 15 м/час;
напряжение дуги 9 - 10 В;
расход аргона 7 - 8 л/мин.
Пример выполнения 1.
В качестве оболочки твэла использовалась сталь ферритно- мартенситного класса ЭП-823 диаметром 9,3 мм с толщиной стенки 0,5 мм, а заглушка изготавливалась из стали ферритного класса 05Х18С2ВФАЮ, ширина буртика в заглушке составляла 0,8 мм, его диаметр соответствовал диаметру оболочки (Фиг.1).
Герметизацию твэла осуществляли методом АДС по режиму:
сварочный ток 15 А;
скорость сварки 14м/час;
напряжение дуги 9В;
расход аргона 8 л/мин.
Пример выполнения 2
В качестве оболочки твэла использовалась биметаллическая оболочка толщиной 0,5 мм, наружный слой которой выполнен из стали 05Х18С2МВФАЮ, а внутренний из стали ЭП-823 при соотношении толщин 1 :2. Заглушка изготавливалась из стали ЭП-823, ширина буртика ее составляла 0,8 мм (Фиг.2). Сварка оболочки с заглушкой осуществлялась на том же режиме, что и в примере 1.
Пример выполнения 3
В качестве оболочки твэла использовалась сталь ЭП-823 толщиной 0,5 и биметаллическая заглушка, наружный слой которой выполнен из стали 05X18С2МВФАЮ, а внутренний - из стали ЭП-823 (Фиг.З). Толщина наружного слоя заглушки из стали 05Х18С2МВФАЮ в зоне сварки составляла 0,2 мм. Режим сварки оболочки с заглушкой был тот же, что и впримере 1.
Пример выполнения 4 В качестве материала оболочки и заглушки использовалась сталь ЭП- 823. Толщина оболочки составляла 0,4 мм, а буртик заглушки - 0,45 мм. Кольцо из стали 05Х18С2МВФАЮ толщиной 0,75 мм устанавливалось между буртиком заглушки и оболочкой (Фиг.4). Режим сварки аналогичен режиму в примере 1.
По разработанной технологии изготовлены имитаторы твэлов.
Проведенные металлографические исследования сварных соединений по различным вариантам конструкций узла сварного соединения, представленных на Фиг.1-4, и выбранным технологическим параметрам, показали, что во всех вариантах конструкции узла сварного соединения в металле шва образуется ферритная фаза.
В таблице 1 представлены механические свойства сварных соединений по разработанным вариантам конструкции соединений.
Испытания на механическую прочность показали, что разрыв образцов происходит по оболочке имитаторов твэлов.
Проведены коррозионные испытания сварных соединений в свинцовом теплоносителе в течение 4000 часов. Установлено, что коррозионная стойкость сварных соединений сохраняется на уровне коррозионной
стойкости оболочки твэла.
Таблица 1 - Механические свойства сварных соединений.
Figure imgf000010_0001
Фиг.З 20 815 по оболочке
Фиг.4 20 821 по оболочке
Проведенные испытания сварных соединений на герметичность гелиевым течеискателем масс-спектроскопическим методом при комнатной температуре показали, что все швы герметичны.
Использование предлагаемых вариантовузла сварного соединения оболочки с заглушкой из высокохромистых сталейпозволит повысить их качество и значительно упростить технологию их изготовления.

Claims

Формула изобретения
1. Узел сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой, выполненных из высокохромистой стали,соединенные аргонодутовой сваркой, отличающийся тем, что в нём используют оболочку из ферритно-мартенситной стали и заглушку из ферритной стали, с параметрами, выбранными из соотношений:
δ < а < 2δ
δ < £ < 1,5δ,
где а - ширина буртика заглушки;
Ъ - глубина проплавления;
δ— толщина оболочки.
2. Узел сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой, выполненных из высокохромистой стали,соединенные аргонодутовой сваркой,отличающийся тем, что в нем используют биметаллическую оболочку, наружный слой которой выполнен из ферритной, а внутренний слой из ферритно-мартенситной стали с соотношением толщин 1: 1 или 1 :2, и заглушку из ферритно-мартенситной стали,с параметрами, выбранными из соотношений:
<57< α <1,5 δ]
(S} + S2)< b < \,2 (<5; + <Ы где а - ширина буртика заглушки;
Ъ - глубина проплавления;
δ1 - толщина наружного слоя биметаллической оболочки;
δ2— толщина внутреннего слоя биметаллической оболочки.
3. Узел сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой, выполненных из высокохромистой стали,соединенные аргонодутовой сваркой,отличающийся тем, что в нем используют оболочку из ферритно-мартенситной стали и биметаллическую заглушку, наружный слой которойвыполнен из ферритной стали, а внутренний слой из ферритно-мартенситной стали,с параметрами, выбранными из соотношений:
δι < α < 2δ]
0,2(5 < <57 < 0,5(5
(δ + 0,2 δ!) < δ < (δ + 0,5 δι), где а - ширина буртика заглушки;
Ъ - глубина проплавления;
δ— толщина оболочки;
δι— толщина наружного слоя биметаллической заглушки.
4. Узел сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой, выполненных из высокохромистой стали,соединенные аргонодуговой сваркой, отличающийся тем, что в нем используют оболочку и заглушку из ферритно-мартенситной стали, а между ними размещено кольцо из ферритной стали,с параметрами, выбранными из соотношений:
0,8 <5< а < δ
(5< b < 1,2 <5
а< с < 2 а,
где а - ширина буртика заглушки;
Ъ - глубина проплавления;
с— толщина кольца;
δ— толщина оболочки.
П
PCT/RU2016/000807 2015-11-26 2016-11-23 Узел сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой WO2017091110A1 (ru)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018527204A JP6723358B2 (ja) 2015-11-26 2016-11-23 燃料要素ケーシングとプラグとの間の溶接継合
EP16868972.7A EP3381600B1 (en) 2015-11-26 2016-11-23 Welded join between a fuel element casing and a plug
CN201680079426.8A CN108778611B (zh) 2015-11-26 2016-11-23 燃料元件套管和塞之间的焊接接头
KR1020187018156A KR102074090B1 (ko) 2015-11-26 2016-11-23 연료 요소 케이스와 플러그 사이의 용접 접합
US16/069,864 US10583513B2 (en) 2015-11-26 2016-11-23 Welded joint between a fuel element casing and a plug

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015150747 2015-11-26
RU2015150747A RU2615961C1 (ru) 2015-11-26 2015-11-26 Узел сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой, выполненных из высокохромистой стали (варианты)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017091110A1 true WO2017091110A1 (ru) 2017-06-01

Family

ID=58642837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000807 WO2017091110A1 (ru) 2015-11-26 2016-11-23 Узел сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10583513B2 (ru)
EP (1) EP3381600B1 (ru)
JP (1) JP6723358B2 (ru)
KR (1) KR102074090B1 (ru)
CN (1) CN108778611B (ru)
RU (1) RU2615961C1 (ru)
WO (1) WO2017091110A1 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2726936C1 (ru) * 2019-02-21 2020-07-17 Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" Способ изготовления дистанционирующих решеток для тепловыделяющей сборки ядерного реактора
CN112025094A (zh) * 2020-09-04 2020-12-04 北京化工大学 用于激光焊接ⅳ型储氢瓶内胆的连接件
FR3114858B1 (fr) * 2020-10-04 2022-08-19 Jerome Lanies Raccord borgne d’entrainement aux techniques d’incendie
CN112548278A (zh) * 2020-11-13 2021-03-26 中国原子能科学研究院 一种堆芯组件的凸台对接结构及其焊接方法
CN113369645A (zh) * 2021-05-26 2021-09-10 湖北三江航天江北机械工程有限公司 大厚度航弹壳体焊接与热处理方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2262753C2 (ru) * 2003-10-06 2005-10-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство Российской Федерации по атомной энергии Твэл реактора на быстрых нейтронах (варианты) и оболочка для его изготовления
RU2302044C1 (ru) * 2005-10-10 2007-06-27 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Твэл реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем (варианты)

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2290515A (en) * 1940-07-24 1942-07-21 Gen Fire Extinguisher Co Welding end plug for piping
US2787699A (en) * 1954-04-05 1957-04-02 Babcock & Wilcox Co Method of butt welding fully austenitic stainless steel alloy tubes
US3045108A (en) * 1961-01-24 1962-07-17 Cecil C Stone Fuel container closure
US3188446A (en) * 1961-10-10 1965-06-08 William E Ray Method and apparatus for assembly of nuclear control rods and fuel tubes
US3183066A (en) * 1962-03-08 1965-05-11 Westinghouse Electric Corp Article produced by metals joining and method for producing such articles
US3528166A (en) * 1967-04-14 1970-09-15 Euratom Process for the welding of metal objects
US4003788A (en) * 1970-12-08 1977-01-18 Westinghouse Electric Corporation Nuclear fuel elements sealed by electric welding
US3836431A (en) * 1971-05-04 1974-09-17 Belgonucleaire Sa Nuclear fuel rods having end plugs with bores therethrough sealed by frangible membranes
BE787697A (fr) * 1971-08-20 1973-02-19 Westinghouse Electric Corp Methodes et appareils de soudage
SE383223B (sv) * 1973-02-02 1976-03-01 Atomenergi Ab Kernbrensleelement for kraftreaktorer.
IT1021136B (it) * 1973-09-20 1978-01-30 Westinghouse Electric Corp Apparecchio per chiudere a tenuta barre di combustibile di un reattore nucleare
JPS5921710B2 (ja) * 1980-06-30 1984-05-22 日本ニユクリア・フユエル株式会社 自動溶接装置
US4587094A (en) * 1984-02-27 1986-05-06 Westinghouse Electric Corp. Fuel rod assembly for a nuclear reactor
GB8616519D0 (en) * 1986-07-07 1986-08-13 Atomic Energy Authority Uk Stainless steels
US4837419A (en) * 1988-06-02 1989-06-06 Westinghouse Electric Corp. Fuel rod end plug welding apparatus and method
DE4238092A1 (ru) * 1991-11-14 1993-05-27 Mitsubishi Nuclear Fuel
JPH05180986A (ja) * 1991-12-18 1993-07-23 Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd 燃料棒の製造方法及びそれに用いる端栓
DE59206825D1 (de) * 1992-09-14 1996-08-29 Siemens Ag Brennstab für einen Kernreaktor und Schweissvorrichtung zu dessen Herstellen
JPH0790456A (ja) 1993-09-20 1995-04-04 Mitsubishi Alum Co Ltd ろう付け加熱処理後もすぐれた耐孔食性を有するＡｌ合金クラッド材
JPH095485A (ja) * 1995-06-22 1997-01-10 Toshiba Corp 核燃料被覆管及びその製造方法
RU2092915C1 (ru) * 1996-03-27 1997-10-10 Акционерное общество открытого типа "Машиностроительный завод" Тепловыделяющий элемент стержневого типа и способ его изготовления
JP3564887B2 (ja) * 1996-08-09 2004-09-15 三菱マテリアル株式会社 軽水炉用燃料棒およびその製造方法
CN1087671C (zh) * 1998-01-14 2002-07-17 国营建中化工总公司 锆4合金薄壁导向管部件脉冲氩弧焊焊接工艺
JP2000158130A (ja) 1998-11-25 2000-06-13 Japan Nuclear Cycle Development Inst States Of Projects 炉心構成要素の耐中性子照射溶接構造
KR100387595B1 (ko) * 1999-12-28 2003-06-18 주식회사 포스코 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강의 레이저 용접방법
RU23521U1 (ru) * 2001-12-27 2002-06-20 Вотинов Сергей Николаевич Оболочка тепловыделяющего элемента реактора на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем
JP4229289B2 (ja) 2005-09-26 2009-02-25 独立行政法人 日本原子力研究開発機構 ラッパ管とハンドリングヘッドとの接合構造
KR101573511B1 (ko) * 2011-03-29 2015-12-01 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션 용접부의 내식성 및 강도가 우수한 페라이트계 스테인리스강 및 tig 용접 구조물
US9922731B2 (en) * 2012-04-17 2018-03-20 Bwxt Mpower, Inc. Resistance welding of an end cap for nuclear fuel rods
RU2551432C1 (ru) * 2013-11-19 2015-05-27 Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" Оболочка для тепловыделяющего элемента, тепловыделяющий элемент и тепловыделяющая сборка

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2262753C2 (ru) * 2003-10-06 2005-10-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство Российской Федерации по атомной энергии Твэл реактора на быстрых нейтронах (варианты) и оболочка для его изготовления
RU2302044C1 (ru) * 2005-10-10 2007-06-27 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Твэл реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем (варианты)

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Energatomizdat", vol. 2, 1995, article "Development, production and operation of fuel elements of power reactors", pages: 185 - 186
"Mashinostroenie", vol. 4, 1978, article "Welding in mechanical engineering: Reference manual", pages: 179 - 183
F.G.RESHETNIKOVA ET AL.: "[Chapter 20]", RAZRABOTKA , PROIZVODSTVO I EKSPLUATATSIYA TEPLOVSHCHELIAIUSHCHIKH ELEMENTOV ENERGETICHESKIKH REAKTOROV. VOL. II. , vol. 2, 1995, pages 183 - 190, XP009511511 *
See also references of EP3381600A4

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019502558A (ja) 2019-01-31
KR20180113191A (ko) 2018-10-15
KR102074090B1 (ko) 2020-02-05
CN108778611B (zh) 2019-09-13
CN108778611A (zh) 2018-11-09
RU2615961C1 (ru) 2017-04-11
EP3381600B1 (en) 2020-07-01
US20190047070A1 (en) 2019-02-14
US10583513B2 (en) 2020-03-10
EP3381600A1 (en) 2018-10-03
JP6723358B2 (ja) 2020-07-15
EP3381600A4 (en) 2019-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017091110A1 (ru) Узел сварного соединения оболочки тепловыделяющего элемента с заглушкой
US20180043467A1 (en) System for and method of linking by friction welding a first piece of steel to a second piece of steel with use of ni-based alloys adapter
EP2918364B1 (en) Process for welding pipe connections for high temperature applications
US4348041A (en) Butt welded tubular structure of austenite stainless steel
RU2711168C2 (ru) Способ изготовления трубного устройства, трубное устройство и печь, снабженная таким трубным устройством
RU2603355C1 (ru) Способ герметизации тепловыделяющих элементов ядерного реактора с оболочкой из высокохромистой стали
CN106378517B (zh) 一种膜式壁管屏异种钢接头位置的扁钢角焊缝焊接工艺
CN104493330A (zh) 一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法
RU2085350C1 (ru) Переходник для сварки труб из нержавеющих сталей с трубами из циркониевых сплавов
CN107150174B (zh) 提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层结合强度的方法
CN108581139A (zh) 一种石油天然气输送用双金属复合管道的焊接方法
EP3224519A1 (en) Fluid conduit element and method for producing the fluid conduit element
RU2449870C1 (ru) Способ изготовления стальной сложнокомбинированной осесимметричной сварной конструкции, работающей под давлением
RU2162188C1 (ru) Способ антикоррозионной защиты сварных стыков трубопроводов с внутренним покрытием
RU2410593C2 (ru) Способ соединения труб с внутренним покрытием
RU2726936C1 (ru) Способ изготовления дистанционирующих решеток для тепловыделяющей сборки ядерного реактора
CN107755980A (zh) 一种2205/x65双金属冶金复合弯管的制造方法
RU2409457C1 (ru) Способ изготовления сложных осесимметричных сварных конструкций
RU2351026C1 (ru) Способ изготовления направляющего канала тепловыделяющей сборки ядерного реактора
RU99585U1 (ru) Устройство для соединения труб из разнородных металлов
SU1143554A1 (ru) Способ дуговой многопроходной сварки труб
RU99584U1 (ru) Переходник для соединения труб из разнородных материалов
Healy et al. Design implications of the high yield to ultimate ratio of high strength steels in offshore engineering
Diehl et al. Controlled Internal-Contour Shielded-Root Welds Without Backing Rings
JPS59125278A (ja) ステンレスクラツド鋼の片面溶接方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16868972

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2018527204

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016868972

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016868972

Country of ref document: EP

Effective date: 20180626