Применение сварки в атомной промышленности

17.02.2011 | Служба новостей Росфирм

Применение сварки в атомной промышленности

Необходимость выполнения дуговой сварки в инертных газах высокого давления (сварки под давлением) вызвана потребностями атомной энергетики. В основном подобная сварка применяется для герметизации тепловыделяющих элементов (твэлов), различных устройств типа ампул, наполненных инертным газом, находящимся под давлением. При этом остаточное давление газа внутри элементов после завершения сварки может достигать 16 МПа и более. Альтернативой дуговой сварки под давлением являются контактная сварка, механические запирающие устройства, комбинированные методы - механические запирающие устройства, законтренные сваркой и т. д. Однако по универсальности и надежности герметизации эти методы уступают дуговой сварке под давлением современным сварочным оборудованием, причем часто такую герметизацию необходимо проводить в дистанционных условиях, так как изделия содержат радиоактивные или облученные материалы и требуют надежности процесса герметизации (утечка газа категорически не допускается).

Известно, что увеличение давления газовой среды нарушает энергетический баланс сварочной дуги и затрудняет процесс сварки, однако таких сведений не так много, а полные данные о влиянии различных параметров газовой среды на свойства сварочной дуги в открытой печати отсутствуют.

Твэл энергетического (промышленного) атомного реактора представляет собой герметичную оболочку, заполненную ядерным топливом (для энергетических реакторов это диоксид урана с весьма низкой теплопроводностью) и гелием под давлением до 3 МПа, который выполняет роль теплопроводящей среды.

При проведении ресурсных и аварийных испытаний облученных твэлов применяют дистанционную технологию изготовления - из отработавших установленный ресурс (облученных) твэлов промышленных реакторов с помощью сварки изготавливают специальные макеты твэлов. Эта переделка необходима, поскольку конструкции исследовательских (испытательных) реакторов отличаются от промышленных и испытать в них твэл без переделки невозможно (разные размеры активных зон реакторов). Такой облученный твэл отличается от необлученного тем, что, помимо исходного давления теплопроводящего газа, в нем в процессе облучения под оболочкой дополнительно скапливаются инертные (осколочные) газы, образующиеся в результате ядерных реакций (аргон, гелий, ксенон, криптон), в результате чего давление может увеличиться почти в 2 раза (до 6 МПа). В данном случае именно дуговая сварка в инертном газе под давлением (обычно это гелий с небольшими добавками аргона, имитирующего осколочные газы) является наиболее надежным способом герметизации.

Сварку облученных и необлученных оболочек под давлением с применением средств механизации и автоматизации, например, сварочных манипуляторов, широко используют в атомной энергетике для изготовления специальных оболочечных образцов, нагруженных внутренним давлением (обычно это давление аргона до 16 МПа), используется как очень простой способ создания двухосного напряженного состояния оболочки во время испытаний в реакторе. Такие же образцы можно рекомендовать для любых коррозионных испытаний под напряжением, не обязательно связанных с атомной энергетикой. При этом коррозионный продукт закладывается в оболочку в стеклянной ампуле до ее герметизации под давлением, после герметизации непосредственно перед испытанием ампулу разбивают.

Сварку под давлением применяют для герметизации емкостей с радиоактивными продуктами, при этом гелий, находящийся в емкости под давлением, выполняет роль индикаторного газа, по которому осуществляют мониторинг герметичности (давление в пределах нескольких атмосфер).

Таким образом, состав и давление газа при сварке под давлением определяли в зависимости от типа изделия, что и вынудило авторов изучать особенности сварки в зависимости от давления и состава газовой среды.

Предыдущая | Следующая