«Технологические особенности наплавки тягово-соединительных устройств реакторной установки РИТМ-200 для универсального атомного ледокола»
Введение
На данный момент задача по освоению территорий и ископаемых в районе арктического шельфа идёт полным ходом. Уже не редко различные средства массовой информации рассказывают и показывают нам о том, как уже живут, работают и несут военную службу в данной местности различные люди. И можно решить, что главные трудности задачи решены, но, как таковые, основные проблемы остались. Одной из основных проблем все, так же как и раннее является среда района. Отрицательные температуры приводят к образованию огромного количества льда, существуют даже места вечной мерзлоты. Из-за большой толщины ледового покрова в данной области затруднено продвижение, что влияет на доставку продовольствия, различных материалов, оборудования и персонала, а так же порой приводит к застреванию во льдах различных судов. Поэтому требуются суда, способные к эксплуатации в этом районе, имеющие возможности для спокойного и благоприятного прохождения. Так для преодоления этих условий суда должны быть оснащены мощными энергетическими двигателями или установками. Для решения проблемы продвижения ещё во времена Российской империи был создан первый ледокол “Ермак”. Это было первое в мире судно подобного класса, способное проходить ледовые покровы двухметровой толщиной. Позднее уже во времена СССР был создан первый советский атомный ледокол – Ленин. Так началось зарождение ледоколов с ядерной силовой установкой. В настоящее время идёт разработка и производство универсальных атомных ледоколов, в которых используются новые типы реакторных установок (РУ). Ледоколы класса ЛК 110Я на данный момент являются новыми типами ледоколов, в качестве их энергетической установки используется усовершенствованная интегральная реакторная установка РИТМ-200. Название ледокола расшифровывается как ледокол мощностью 110 МВт (на валу), с ядерной силовой установкой. Главными задачами этих ледоколов являются обеспечение круглогодичной навигации Северного морского пути, проведение танкеров и различных экспедиций в Арктику. Ожидается, что ледокол сможет выполнять круглодичную навигацию по Северному морскому пути, а так же, что в самые тяжелые для проводки месяцы (с февраля по май) средняя скорость проводки судов возрастёт до 12 узлов по сравнению с 6 узлами при использовании ледоколов типа “Арктика”. Всю энергию судно получает от двух РУ. Если говорить про атомный реактор, то в атомном реакторе обеспечиваются условия для протекания управляемой самоподдерживающейся цепной реакции деления ядер тяжелых элементов и съема выделяющегося при этом тепла. Деление ядер в атомных реакторах происходит в результате бомбардировки их нейтронами. Основным ядерным горючим в энергетических реакторах являются изотопы урана. Ядерное топливо используется в ядерных реакторах в виде таблеток размером в несколько сантиметров, где оно обычно располагается в герметично закрытых тепловыделяющих элементах (ТВЭЛах), которые в свою очередь для удобства использования объединяются по несколько сотен в тепловыделяющие сборки (ТВС). Атомная энергия является дешёвым и экономичным типом энергии, однако производство источников этой энергии является наукоёмким, технологически сложным и материалоёмким процессом.
Состояние вопроса
Независимо от детали, металл износостойкой наплавки должен быть стойким против межкристаллитной коррозии, обеспечивать сплошность покрытия, прочность зоны сплавления с основным металлом и заданный уровень механических свойств наплавленного металла в течение проектного срока службы.
В процессе изготовления изделия после наплавки подвергаются термической обработке, с целью предотвращения образования трещин в наплавленном слое металла, снятия в нём остаточных напряжений и обеспечения оптимальной твёрдости. Режимы термической обработки определяются маркой стали наплавляемой детали. При эксплуатации в условиях нейтронного облучения происходит дальнейшая деградация служебных свойств наплавленного металла. В случае недостаточного запаса вязкости наплавленного металла до начала эксплуатации и существенной склонности к радиационному охрупчиванию возможен переход металла наплавки в хрупкое состояние, что повышает вероятность разрушения наплавочного слоя втулки. Но так как деталь подвержена кратковременному излучению, только во время работ с ТВЭЛами, то охрупчивание минимально.
Известно, что по выбору проектанта, наплавление происходило ручной электродуговой наплавкой, электродом УОНИ-13/Н1-БК. Количество всех наплавляемых деталей составило 96 штук.
Целью данной дипломной работы является разработка технологии автоматической наплавки в защитных газах тягово-соединительных устройств реакторной установки РИТМ - 200.
Описание теплоустойчивой стали аустенитного класса 08Х18Н10Т
Основной металл втулки выполнен из стали 08Х18Н10Т. Данная сталь является коррозионностойкой жаропрочной аустенитного класса. Химический состав стали приведен в таблице 5, в таблице 6 указаны механические свойства стали.
Таблица 5 - химический состав стали 08Х18Н10Т в %
C | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | Cu | Ti |
до 0,08 | до 0,8 | до 2 | 9-11 | до 0,02 | до 0,035 | 17-19 | до 0,3 | 5*C-0.7 |
Таблица 6 – механические свойства стали 08Х18Н10Т
Температура испытания, оС | Временное сопротивление, Мпа | Предел текучести, Мпа | Относительное удлинение, % |
+20 | 610 | 275 | 41 |
+300 | 450 | 200 | 31 |
08Х18Н10Т является типичным представителем хромоникелевых аустенитных сталей. Коррозионностойкая аустенитная сталь относится к классу высоколегированных сталей, и применяются как нержавеющие, кислостойкие, жаростойкие жаропрочные. В их составе, как правило имеется 15-25% хрома и 8-35% никеля при содержании углерода до 0,14%. Легирование аустенитных сталей молибденом и ванадием повышает их прочность, титаном и ниобием повышает стойкость против межкристаллитной коррозии (МКК).
Стали аустенитного класса по сравнению с углеродистыми сталями имеют пониженную теплопроводность, больший коэффициент линейного расширения, более высокое удельное сопротивление и значительную литейную усадку.
Стали имеют пониженную теплопроводность, а также большой коэффициент линейного расширения. Это приводит к возникновению больших деформаций, поэтому при сварке необходимо использовать режимы с большой концентрацией энергии нагрева.
Высокое удельное сопротивление приводит к перегреву участка электродной проволоки, проводящего сварочный ток, это вынуждает уменьшать величину вылета при автоматической и полуавтоматической сварке и длину покрытых электродов до 350 мм (против 450).
Сварку высоколегированных сталей необходимо выполнять короткой дугой, так как это способствует лучшей защите от воздуха и предотвращает его попадания в шов. Всё это повышает механические свойства и уменьшает опасность образования горячих трещин и пор.
Брызги и частицы шлака являются очагами коррозии, поэтому они должны тщательно зачищаться.
С целью обеспечения коррозионной стойкостью сварных соединений необходимо уменьшать время пребывания металла при высоких температурах. Для этого сварку производят на медных водоохлаждаемых подкладках, а при выполнении многопроходных швов должно быть предусмотрено и промежуточное остывание.
