Способ контактной стыковой сварки трубы оболочки твэла с заглушкой

Номер патента: 1520763

Авторы: Бабкин, Белов, Гусев

ZIP архив

Текст

)тзик ипг ОБРЕТЕНИЯ ИСАНИ РСНОМУ С(56) Авторское свидетельство СССРйф 66 М 785,. кл, В 23 К 11/02, 1977.(5) СПОСОБ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКТРУБЫ"ОБОЛОЧКИ ТВЭЛА С ЗАГЛУШКОЙ(57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано втехнологии контакТной стыковой сваркиприменяемой преимущественно для герметизации циркониевых оболочек твэловэнергетицеских ядерных реакторов..Цель изобретения - повышение произво дительности путем исключения йеобходимости отжига сварных швов твэлов и повышение качества сварных соедине ний эа счет уменьшения остаточных на ряжений растяжения в зоне сопряжения Изобретение относится к машистроению и может быть испольэов технологии контактной стыковки, применяемой преимущественнгерметизации циркониевых оболотвэлов энергетических ядерныхров.Цель изобретения - повышенииэводительности путем исключенходимости отжига сварных швови повышение качества сварногонения за счет уменьшения остатнапряжений растяжения в зоне сния оболочки и заглушки,но ано й с екеа кто" про" я необвэлов оедицных пряже" ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫГИЯМПРИ ГННТ СССР оболочки и заглушки. Предлагается способ сварки труЬы-оболочки с заглуш" кой, диаметр которой выполнен меньшим наружного диаметра свариваемой трубы, Трубу-оболочку и заглушку зажимают в зоне сварки в соосно расположенных кольцевых разъемных электродах, Далее. к электродам прикладывают усилие сжа" тия и пропускают через свариваемые детали импульс сварочного тока. Трубу- оболочку твэла в зоне сварки зажимают на участке ее, равном протяженности сварного шва вдоль свариваемой трубы, увеличенной не более чем на толщину стенки трубы-оболочки, Кроме того, рабочий диаметр заглушки выполняют , большим внутреннего диаметра сваривае-, иой трубы на 1 су 3 тодюины стенки , последней. Трубу дополнительно зажимают на расстоянии одного-двух дианет- С,ы ров свариваемой трубы от зоны сварки.2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл. На фиг. 1 представлены стадии процесса сварки: а - зажатие трубы-оболочки и заглушки, б - пропускание им пульса тока, в - формирование соедин .ния после осадки, г - высвобождение зоны сварки иэ зажима, где обозначен свариваемая труба 1, свариваемая эаг пушка 2 и кольцевой разъемный электрод 3; на фиг.2 показано распределение температур в поперечном сечении йагревающегося участка труЬы и внешне го слоя рабочей части заглушки; на фиг,3 - конструктивное оформление спо соба: а - зажим в кольцевом электродес конусной (2-3) поверхностью в сочетании с цилиндрическим дополнительнымзажимом, Ь - узкий, равный ширине швазажим в кольцевом электроде с цилинд"рической поверхностью и с дополнительным цилиндрическим зажимом, в - широкий кольцевой зажим с канавкой, выполняющий одновременно роль основногоузкого зажима и дополнительного зажима, работающего в упругой области.Цикл сварки состоит иэ следующихэтапов,В исходном состоянии сваринаемыетруба 1 и заглушка 2 находятся в поло"15женин, показанном на фиг.1 а. В процессе зажима труЬы (Фиг,1 а) в электродеконец ее деформируется в пределах упругой деформации. После пропусканияимпульса сварочного тока (фиг.1 в)производят запрессовку в разогретыйконец трубы разогретой по наружноМуслою заглушки. По окончании этапа запрессовки происходит охлаждение эонысварки за счет теплоотдачи в электрод.2Если длина участка трубы, зажимаемой.в кольцевом токоподводе, превосходит длину запрессованной части заглушки более чем на толщину стенкитруЬы, то при раэжатии кольцевоготокоподвода после сварки эа счет возникновения упругих сил возврата вели"чина напряжений может достичь такогозначения, при котором труЬа в околошовной зоне начнет деформироваться,что повлечет за соЬой возникновение35трещин. Избежать возникновения изгиЬающего момента в околошовной зонеможно, ограничив зажимаемый в токоподводе участок трубы длиной, не превышающей протяженности сварного шва,вдоль оси трубы, увеличенной на толщину стенки труЬы. 8 этом случае прираэмыкании секторов токоподвода имеетместо только усадочные термическиенапряжения,. величина которых, какпоказывают эксперименты, при этом видесварки несущественна (в 22,5 разаменьше напряжений от упругого возврата оЬолочки), Это позволяет избежатьдлительного дополнительного отжигасвариваемых деталей и осуществлятьпроцесс сварки на автоматизированныхлиниях.Кроме того, при выборе диаметрарабочей части заглушки (эапрессовываемого участка) следует руководство"ваться следующим соотношением: диаметр рабочей части заглушки должен быть больше на 1/22/3 толщиныстенки трубы. При выполнении указанного соотношения достигается повыше"ние качества взаимной диффузии соединяемых материалов в зоне контакта,Это объясняется распределением температур в поперечных сечениях нагреваемых участков трубы и внешнего слоя ра"бочей части заглушки. В первом приЬлижении это распределение температурможет быть выражено прямыми А и .Б(см Фиг.2).Из фиг,2 а видно, что увеличениедиаметра рабочей части заглушки приводит к понижению средней температурыв стыке соединяемых деталей, что приводит к появлению в этом стыке точечных и строчечных дефектов в виде нерастворенных окислов на линии соедине"нияУменьшение диаметра рабочей частизаглушки до определенного предела1 зогл, 1 тр,вн,(ю.)2 повышает качество проработки стыка.Дальнейшее уменьшение д приводитк довольно резкому увеличению дефектов, как показано на кривой Г наФиг.2 б, что объясняется недостаткомусилия сжатия в металле шва, а такженесоосностью свариваемых деталей, которая в реальности всегда имеет место.Поэтому для диаметра рабочей частизаглушки существует оптимум. Этот оптимум совпадает с минимумом кривойзависимости остаточных напряжений растяжения от диаметра рабочеи мастизаглушки или величиныа,- а,р,2(кривая В на фиг.2 б).Способ предлагает также использование дополнительного зажима (фиг.З);Без него при длине основного зажима3-4 мм невозможно выполнить сварку,так как труба Ьудет проскальзывать,Дополнительный зажим лучше располагать возможно Ьлиже к основному " этоуменьшает габариты сварочного устрой"ства,Минимальная длина, на которой должен располагаться дополнительный за" жим, выбирается такой, чтобы действие этого зажима ке оказалось в зоне трубы, в которой упругий возврат трубы может воздействовать на зоНу сопряже5 152076 ния трубы с заглушкой, Если дополнительный зажим расположить вплотную к основному, то это будет равносильно сварке с длинным токоподводом, т,е, в укаэанной зоне вновь появятся оста 5 точные напряжения растяжения, Именно поэтому минимальная длина удаления дополнительного зажима рт основного должна составлять не менее одного двух диаметров свариваемой трубы. Конструктивное оформление способа может быть различным (см, фиг.3 а, б, в),И р и м е р. Сваривали герметичные образцы-имитаторы твэлов. Для этбго трубу иэ сплава циркония Н 1 длиной 120 мм размером 13,6 х 0,95 мм, в которую после приварки заглушки с одной стороны загружали кристаллический йод в количестве 20 иг/ди 2 внутренней по верхности образца, заполняли после предварительного вакуумирования гелием под давлением 30, ЬО, 90 ати при комнатной температуре и гериетизировали открытый конец приваркой второй 25 заглушки.Иод помещали в тонкостенную стеклянную ампулу, которую после приварки второй заглушки разбивали ударом торца образца по металлической плите. Конец трубы зажимали в разъемном кольцевом упоре-холодильнике (КУХ), состоящим из наЬора теплоотводящих пластин толщиной 0,5 мм, соединенных с кольцевым разъемным токоподводом, длина эффективной (соприкасающейся с трубой) части которого составляла 0,5; 1,0; 1,5;2,0 и 5,0 мм, Диаметр рабочей части заглушки выбирали равным 12,3 и 12,6 мм при длине ее 4,5 мм.40 При сварке образцы (трубы) зажима" ли в электроде трубы (КУХ+токоподвод) так, что расстояние от торца трубы до плоскости соединения КУХ с токопод вбдом составляло 3 мм.Режим сварки (по сварочному усилив сжатия 400 кг и току 25 кА) был выб-, ран так, что оЬеспечивалась протяженность шва вдоль оси соединения, равная 50 3 мм (ток для заглушек диаметром12,6 мм составлял 27 кА).На каждом выбранном давлении гелия под оболочкой образца (при каждои значении длины токоподвода и диаметра ра бочей части заглушки) было сварено по 5 образцов, Все образцы помещали в печь и выдерживали в течение 100 ч при Т 350 С. 3 6Результаты испытания оЬразцов впечи при Т, =350 С и с 100 ч приведены в табл,1,(для (а,=12,3 ии) ив таЬл.2 (для Л=12,6 мм), В табл,1и 2 приняты условные обозначения:трещин нет; 9 зарождение трещин(глуЬиной 0,1 мм); + трещины глубинойболее 0,1 мм,Из табл,1 видно, что при диаметрезаглушки 12,3 мм трещины начинают зарождаться при 1 токоподвода, равной0,5 и 1,0 им, на давлении (гелиявнутри образца) 30 ати,увеличением длины токоподводаот 1,5 до 5 ми склонность к Образованию трещин и их глубина растут, Г,уменьшением давления гелия внутриобразцов склонность к образованиютрещин уменьшается, Те же зависимостинаблюдаются и при диаметре заглушек12,6 мм, Однако они сдвинуты в сторо"ну меньших давлений, т,е, г этом случае склонность к оЬразованию трещинувеличивается,Согласно техническим условиям показателем работоспособности сварногоузла твэлов энергетических рсакторовявляется отсутствие коррозионного разрушения в соединении при нагрузочноидавлении 60 ати (при Т=20 Г) 8 свя:-;с этим для обоих диаметров величинапревышения зажимаемого в ПХТ ; часткатруЬы над длиной сварного шва недолжна быть Ьольше %, а эффект отуменьшения диаметра оказывается вбольшем запасе по нагруэочному давлению до появления зародышей трещин. Призначениях 1 больших 1 о в швах наблюдается зарождение трещин при давлениигелия внутри образцов Р=60 ати приоТ=20 С, что не допускается существующиии техническими условияии.Кроме того, проводились эксперимен"ты по использованию дополнительногозажима при сварке труЬы с заглушкой,Свариваемую трубу длиной 120 ммиз сплава циркония с 1 ь ниоЬия (Э 110)Диаметром 14,0 мм с толщиной стенки1 мм зажимали в кольцевои, состоящемиз трех секторов, токоподводе из брон"зы НБТ толщиной 2,5 ми с углублениемторца свариваеиой труЬы относительноторца кольца"токоподвода трубы 1 мм(т.е. в токоподводе зажимался участоктрубы протяженностью 1,5 ми).При этом внутренний рабочий диаметркольца-токоподвода Ьыл расточен всомкнутом сжатои состоянии секторовДалее в упор к торцу зажатой трубы подводиги заглушку из того же материа 20 ла с рабочим диаметром, равным 12,6 о" мм, к ней прилагали сварочное усилие 350 кГ и пропускали импульс сварочного тока амплитудой 25 кА и длительностью О,О с. (Предварительно 25 было определено, что при сварке на таком режиме ширина шва, или его протяженность вдоль оси соединения, получается равной 1,-1,5 мм). Затем в заваренный с одной стороны отрезок труЬы (длиной 120 мм), с другой стороны, на аналогичном режиме была вварена такая же заглушка, но с центральным сквозным отверстием диаметром 1,5 мм и обращенным наружу патрубком диаметром 1 мм и длиной 5 мм. После этого полученный сварной оЬразец вакуумиро" вали (в специальной камере), заполняли аргоном и в него засыпали кристаллический иод в количестве, 10 мг.Затем на точечной сварочной машине оЬразец зажимали на нижней консоЛи вместо нижнего электрода в вертикальном положении (патруЬком второй за" глушки вверх), к нему подводили верхний электрод с конусным углублением снизу и осевым отверстием, герметично присоединенным металлическим трубопро" водом к баллону с гелием, давление газа в котором Ьыло равно 90 ати.Далее к оЬразцу через. верхний электрод прикладывали сварочное усилие, открывали баллон. с гелием, запол"няя внутреннюю полость образца этим газом под давлением 90 ати, и пропус" кали через электроды точечной машины 55 сварочный импульс тока, герметизируя патруЬок на второй заглушке. Затем 50 7 1520763на диаметр 13,9 фмм, а трубу зажимали с усилием, превышающим усилие,необходимое для деФормации-осадки еепо диаметру, т.е. с усилием, гаранти-рующим смыкание секторов электрода5без зазоров между ними,После этого для исклнчения проскальзывания свариваемой трубы в ееэлектроде ее дополнительно зажималив двух полукольцевых губках на.участке длиной 80 мм, причем торец этихгубок был расположен на расстоянии30 мм от торца кольцевого электродадля исключения изгиЬа трубы в зонемежду основным сварочным и дополнительным занимам,баллон с гелием закрывали и заваренный образец с иодом и при давлении гелия под оболочкой 90 ати снимали с машины,Аналогичным образом было сварено 10 герметичных образцов предлагаемым спосоЬом и 1 О герметичных образцов известным способом. После этого все " 20 образцов были. помещены в однуопечь, нагреты до 350 С и выдержаны при:этой температуре в течение 100 ч. После извлечения оЬразцов, сварные швы от них Ьыли отрезаны и из них были приготовлены продольные (вдоль оси образцов) металлографические шли" фы, на которых трещины глубиной 60- 80 толщины стенки (аналогичные показанным на фиг.2) Ьыли обнаружены только на соединениях, сваренных по изве" стному способу, Йа соединениях сваренных предлагаемым способом, трещин не оказалось.формула изобретения1. Способ контактной стыковой свар"ки трубы оболочки твэла с заглушкой,диаметр которой. выполнен меньшим наружного диаметра свариваемой трубы,включающий зажатие свариваемой трубыи заглушки в соосно расположенныхкольцевых разьемных электродах, прило"жение к электродам усилия сжатия ипропускание через свариваемые деталиимпульса сварочного тока, о т л и "ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения производительности путемисключения необходимости отжига сварных швов твэлов и повышения качествасварного соединения за счет уменьшенияостаточных напряжений растяжения взоне сопряжения оболочки и заглушки,трубу"оболочку твэла зажимают на уча"стке ее, равном протяженности сварногошва вдоль свариваемой трубы, увеличенной не Ьолее чем на толщину стенки .последней,2, СпосоЬ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что рабочий диаметрзаглушки выполняют Ьольшим внутреннего диаметра свариваемой трубы на/2 - 2/3 толщины стенки последней.3. Способ по пп.1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что трубу допол"нительно зажимают на расстоянии одно",го"двух диаметров свариваемой трубыот зоны сварки.1520763 ТаблиЦа 1 Давление газа под оболочкой 1, мме е ю е ю тю ю0 у 5 тю е1,0 20 - - 990+ Ю Ю 9 3 + Ю 9 + + +ее 5,0 - - Щ 9 Ф Щ+ + 1+ + + + + +а г геетеег ю югеаеюаюет 1, мм О+ + + 1 5 - - - О+ + - - О+ О+ + О+ 9 + + + е е е е е ю Ф в 2,0ве 30 ати прит 20 С 60 ати при Т 20 С 90 ати при Т 20 С60 ати при:350 С 120 ати при Т=350 С 180 ати при Т 350 С Таблица 2юДавление газа под оболочкой г 30 ати при Т 20 С 60 ати при Т=20 С 90 ати при Тщ 20 С60 ати при Т 350 С 120 ати при Т=350 С 180 ати при Т 350 Саю в ею е аю Щ 99 +. +9 + + + + + + + +ваюю вююО + + + + + + + + + + + +,Гагарина, 1 Составитель И,фелйцедактор Т.Зубкова Техред И.ХоданичаевФе Тираж 533 арственного комитета по изо 113035, Москва, Ж,Ью 46 ВФ вПодписноеетенияй и открытиям при ГКНТ СССРушская наб., д. 1/5

Смотреть

Заявка

4347635, 03.11.1987

ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ Р-6575

БАБКИН Л. Т, БЕЛОВ А. А, ГУСЕВ А. А

МПК / Метки

МПК: B23K 11/02

Метки: заглушкой, контактной, оболочки, сварки, стыковой, твэла, трубы

Опубликовано: 30.04.1991

Код ссылки

<a href="https://patents.su/6-1520763-sposob-kontaktnojj-stykovojj-svarki-truby-obolochki-tvehla-s-zaglushkojj.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ контактной стыковой сварки трубы оболочки твэла с заглушкой</a>

Похожие патенты