Визначення технологічних особливостей лазерного зварювання стикових з'єднань з різнорідних нержавіючих аустенітних сталей у вертикальному просторовому положенні

Abstract

Проблема ремонту колекторів парогенераторів атомних електростанцій (АЕС) на сьогоднішній день стала вкрай актуальною. Шлях герметизації теплообмінних трубок за допомогою заглушок є перспективним за умови забезпечення високої якості з’єднання. Практичний досвід застосування зварювання для вирішення цієї проблеми показав необхідність пошуку технологічних рішень, пов’язаних зі збільшенням глибини провару та зменшенням зони термічного впливу. Метою роботи було визначення технологічних особливостей лазерного зварювання з’єднань з різнорідних нержавіючих аустенітних сталей у вертикальному просторовому положенні з подальшим застосуванням результатів для вирішення вищезазначеної проблеми. Було запропоновано два технологічні варіанти вварювання заглушок з використанням стикових прямолінійних та кільцевих з’єднань у вертикальному положенні з різними коефіцієнтами форми шва. Було відпрацьовано режими лазерного зварювання та виготовлено зразки зварних з’єднань. За результатами аналізу даних механічних випробувань, візуального та радіографічного контролю, випробувань на непроникність і металографічних досліджень визначено доцільні режими лазерного зварювання заглушок для кожного з двох варіантів. Основним типом було кільцеве стикове зварне з’єднання типу «пластина-труба» зі сталей 10Х18Н10Т (труба) і 10Х17Н13М3Т (пластина), виконане у вертикальному положенні. Дані механічних випробувань на статичний розтяг свідчать, що для зварних з’єднань з коефіцієнтом форми шва, більшим одиниці, забезпечується значення зусилля руйнування приблизно на 11 % вище порівняно зі з’єднаннями з коефіцієнтом форми шва, меншим одиниці. Встановлено основні причини виникнення дефектів при лазерному зварюванні кільцевих зварних з’єднань з різнорідних нержавіючих сталей та запропоновано методики їх усунення та запобігання їх утворенню. Розроблено базові технологічні прийоми лазерного зварювання кільцевих зварних з’єднань з різнорідних сталей у різних просторових положеннях. На основі результатів проведених досліджень сформульовано технологічні рекомендації з лазерного зварювання заглушок у теплообмінні трубки колектору, що значно удосконалить технології ремонту парогенераторів атомних електростанцій.

The problem of repair of collectors of steam generators of nuclear power plants (NPPs) has become extremely urgent today. The way of pressurization of heat exchange tubes by plugs is promising, provided the quality of the joints is high. Practical experience in the use of welding to solve this problem has shown the need to find technological solutions related to increasing the depth of penetration and reducing the thermal impact area. The purpose of the work was to determine technological features of laser welding of joints of heterogeneous stainless austenitic steels in vertical spatial position with subsequent application of the results to solve the above problem. Two technological options for plugs welding in using rectilinear and annular butt joints in vertical position with different weld shape factors have been proposed. Laser welding modes have been worked out and samples of welded joints have been made. According to the results of the analysis of the data of mechanical tests, visual and radiographic control, tightness tests and metallographic studies, the appropriate modes of laser welding of plugs for each of the two options have been determined. The annular butt welded joint of the type "plate-pipe" of 10X18H10T (pipe) and 10X17H13M3T (plate) steels, made in vertical position, was the main type. Static tensile test data indicate that for welds with a joint ratio of greater than one, a fracture force of about 11% higher is achieved compared to joints of less than one. The main causes of defects in laser welding of annular welded joints of heterogeneous stainless steels are revealed and the ways of their elimination and prevention of their appearance are offered. Principal technological techniques of laser welding of annular welded joints of heterogeneous steels in different spatial positions have been developed. On the basis of the results of the conducted researches technological recommendations on laser welding of plugs in heat exchange tubes of the collector have been formulated, which will significantly improve the technology of repair of steam generators of nuclear power plants