Биметалл для атомной станции

Стойкость титана и прочность стали

Сочетание в одном конструкционном материале — биметалле — высокой коррозионной стойкости титана в агрессивной среде и высокой прочности и технологичности углеродистой низколегированной стали дает возможность создания экономичных и надежных конструкций для атомного машиностроения. В первую очередь это касается создания конденсаторов для АЭС.

 

Укрупнение модулей блочного конденсатора потребовало значительного увеличение габаритов биметаллических плит для обеспечения возможности изготовления трубных решеток. Практически единственным методом производства двухслойных крупногабаритных плит сталь-титан для трубных решеток является сварка взрывом.

 

Она производится в общем случае следующим образом : на опору  устанавливается изделие, над которым с определенным зазором располагается метаемая пластина  с зарядом взрывчатого вещества и детонатором. После инициирования взрыва метаемая пластина под действием продуктов детонации соударяется с поверхностью изделия со скоростью 300—600 м/с. В точке контакта давление достигает от 3000 до 5000 МПа. Впереди точки контакта образуются область ударно-сжатого газа и низкотемпературная плазма, которые очищают свариваемые поверхности от окислов и загрязнений и активизируют их. Чистые (ювенильные) и активные поверхности сдавливаются до действия межатомных сил в точке соударения, и происходит соединение с прочностью не ниже прочности наиболее слабого металла пары. Сварка идет со скоростью от 2000 до 4000 м/с на практически неограниченных поверхностях (сваривались изделия площадью до 26 м2).  Использовались сварочный автомат.

 

Относительная простота процесса сварки взрывом, возможность соединять с высокой прочностью практически любые металлы и сплавы на неограниченных плоских и криволинейных поверхностях, а также возможность проводить работы на первых этапах освоения без значительных капитальных затрат с использованием простейшего оборудования определили его быстрое развитие. Уже в 1967 году концерн Дюпона производил 25% биметалла, производимого в США. Этому способствовали также гибкость процесса, то есть переход от одного типа биметалла к другому не требует для большинства пар металлов кардинального изменения технологии.

 

В России крупногабаритный биметалл сваркой взрывом производят в Подмосковье ООО «Битруб Интернэшнл» (4000 м2 в год), в Нижегородской области ООО «НПО «ВТМ» (2 500 м2 в год), ООО «Техкомпроект» в Екатеринбурге, ООО «Волга-Биметалл» и другие предприятия.

 

Двухслойные плиты сталь-титан, полученные сваркой взрывом, широко используются при изготовлении сосудов под давлением и теплообменников, работающих в условиях коррозионно-устойчивых процессов при высоком давлении и/или высокой температуре. Они главным образом применяются в нефтехимическом и атомном машиностроении при производстве оборудования для атомной энергетики, химической, нефтехимической, гидрометаллургической, нефтяной и газовой промышленности. Более детальные описания, включая изготовление оборудования и области применения сварки взрывом, содержатся во многих источниках.

 

Усовершенствование технологии

Для обеспечения круглогодичного крупнотоннажного производства биметалла в Подмосковье ООО «Битруб Интернэшнл» совместно с ФКП «НИИ «Геодезия» создана в Красноармейске (Московская область) научно-производственная база мощностью до 8000 м2 в год. Круглогодично производится сваркой взрывом высококачественный коррозионно-стойкий биметалл, соответствующий требованиям ГОСТ 10885-85. Для учета специфики процесса сварки взрывом были разработаны и согласованы в установленном порядке следующие технические условия:

. ТУ 27.32.09.010-2005 «Сталь листовая двухслойная коррозионно-стойкая, изготовленная методом сварки взрывом»;

. ТУ 27.81.09.009-2005 «Заготовки двухслойные сталь-титан, изготовленные методом сварки взрывом», также одобрены Управлением по регулированию безопасности атомных станций и исследовательских ядерных установок Ростехнадзора;

. ТУ 0993-001-21414987-2012 «Лист стальной двухслойный коррозионно-стойкий, изготовленный методом сварки взрывом», согласованные с Управлением по регулированию безопасности атомных станций и исследовательских ядерных установок Ростехнадзора.

 

Двухслойные листы сталь-титан для изготовления заготовок трубных решеток конденсаторов для энергоблоков №3 и №4 Ростовской АЭС производили по техническим условиям ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» ТУ 5.961-11917-2007 «Плиты биметаллические «Сталь-Титан».

 

Двухслойные заготовки трубных решеток марки 09Г2С+ВТ1-0 конденсаторов блоков №3 и №4 Ростовской АЭС имеют размеры 30(25+5)х3200х3600 мм. Качество заготовок должно соответствовать ТУ 5.961 -11917-2007. Работы проводились в ООО «Битруб Интернэшнл» по заказу ООО «Комплект Энерго» (блок №4) и ООО «Авента» (блок №3) с участием ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей», ООО «НПО «ВТМ», ООО «Феррум», ООО «СЦ Металл Маркет». Вам необходимо купить сварочный агрегат?

 

Сварку взрывом производили по принципиально новой технологии в среде защитных газов. Изготовление сваркой взрывом двухслойных плит сталь-титан для энергоблока №3 производилось в зимних условиях при отрицательной температуре воздуха на взрывной площадке (январь-март 2011 года), а для энергоблока №4 — при положительной температуре.

 

Анализ результатов и опыта изготовления и поставки двухслойных плит в 2011 году показал, что при проведении работ по сварке взрывом при температуре ниже -10"С выявлено аномальное поведение титана в краевых зонах в условиях высокоскоростной деформации в процессе сварки взрывом, что приводило к образованию дефектов сплошности соединения слоев в краевых зонах, взрыву титана на конечном участке. При выполнении работ при положительной температуре эти дефекты не наблюдаются.

 

Перед изготовлением комплекта двухслойных плит для энергоблока №4 провели дополнительные исследования и разработали усовершенствованную технологию производства биметалла сталь-титан.

 

Изготовление двухслойных листов марки 09Г2С-12+ВТ1-0 для энергоблока №4 по усовершенствованной технологии показало, что сварка взрывом обеспечивает 100%  сплошность соединения по всей поверхности листа по 0 классу, отсутствуют разрушения сварных швов в титане.

 

Механические испытания на прочность соединения слоев на отрыв, срез и изгиб показали, что биметалл соответствует ТУ 5.961-11917-2007. В результате статистической обработки результатов измерения прочности соединения на отрыв плакирующего слоя на 37 двухслойных листах установлено, что диаграмма нормального распределения симметрична относительно точки математического ожидания, в которой эта функция достигает своего максимума. Математическое ожидание (среднее арифметическое значение) прочности составило 300 МПа, что значительно выше требований технических условий — 150 МПа. Инверторные аппараты купить можно в Екатеринбурге.

 

Двухслойные листы сталь-титан марки 09Г2С-12+ВТ1-0 размерами 30(25+5)х3200х3600 мм в количестве 72 штук прошли все испытания и отгружены (см. рис. 3) в ОАО «Турбоатом» (Харьков), где из них изготовлены трубные решетки для конденсаторов энергоблоков №3 и №4 Ростовской АЭС.

 

Таким образом, в ООО «Битруб Интернэшнл» освоено промышленное производство сваркой взрывом высококачественного биметалла сталь титан для изготовления оборудования атомных станций. В настоящее время выполняется заказ ООО «Комплект Энерго» на изготовление и поставку в ОАО «Турбоатом» двухслойных плит сталь-титан для конденсаторов энергоблока №4 Балаковской АЭС.

 

Исследования, проведенные совместно с ОКБ «Гидропресс», показали, что перспективно использование биметалла, полученного сваркой взрывом, в конструкции теплообменников взамен трубных решеток из нержавеющих сталей, емкостей САОЗ и так далее. Разработан новый многослойный (3-4 слоя) биметалл, стойкий к питтинговой коррозии, перспективный для изготовления емкостей для хранения жидких радиоактивных отходов.