УДК 621.7-1; 621.98; 621.9.01
, аспирант, 8-910-703-76-66, Lizard1371@yandex.ru,
, д-р техн. наук, проф. (4872) 33-32-10, *****@***ru,
(Россия, Тула, ТулГУ)
Проблемы комплексной технологии обеспечения точности полых шестигранных корпусов
Обозначены проблемные позиции в технологии изготовления шестигранных корпусов исследовательских ядерных реакторов. Показано, что трудности в обеспечении заданной точности вызваны явлениями технологической наследственности из-за больших остаточных напряжений при гибке и сварке листовых заготовок.
Ключевые слова: гибка листа, сварка, точность, неплоскостность, шестигранный корпус, механическая обработка.
Основной задачей работы является создание технологии изготовления шестигранного корпуса, усечённого по одной стороне из листового проката, гнутого, с одним сварным швом при обеспечении заданной точности. Данное изделие применяется в качестве корпуса активной зоны реактора ИБР-2. Ядерный исследовательский реактор ИБР-2, средней мощностью 1,5 МВт, является импульсным реактором периодического действия на быстрых нейтронах. Он используется в качестве импульсного источника нейтронов для научных исследований во многих областях физики с применением метода спектрометрии по времени пролета. Исходя из того, что ИБР-2 относится к особому классу реакторов, а корпус является одной из наиболее ответственных частей установки, к выбору конструкционных материалов, контролю качества при изготовлении и точности предъявляются жесткие требования. Корпус реактора представляет собой комбинированный сосуд, работающий под давлением Pmax<3 кгс/см2 при температуре от 300 до 400 °С. На уровне активной зоны корпус имеет неправильное шестигранное сечение. Именно эта часть корпуса является наиболее ответственной. Высота шестигранника 850 мм. Толщина стенки корпуса шестигранника 7 мм [1].
Выбор материала для изготовления шестигранника основан на эмпирических данных, а именно, на опыте работы реактора ИБР-2 с 1978 по 2006 года. Корпус выполнен из аустенитой стали марки 12Х18Н9Т, характеризующейся низким содержанием углерода, ограничением по альфа-фазе, повышенной чистотой шихты, высокой пластичностью и малой склонностью к трещинообразованию в околошовной зоне при повышенной температуре, высокой коррозионной стойкостью и повышенной стойкостью против термоциклической усталости [2]. Химический состав приведён в таблице [3].
Химический состав материала 12Х18Н9Т
С | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | Cu | - |
до 0.12 | до 0.8 | до 2 | 8-9.5 | до 0.02 | до 0.035 | 17-19 | до 0.3 | (5 С – 0.8) Ti, остальное Fe |
Существующая технология производства включает в себя гибку заготовки на листогибочном прессе с последующей аргонодуговой сваркой. Сварка производится при тщательном соблюдении термического режима, так как готовое изделие эксплуатируется при высоких температурах и под давлением. Обработка поверхности детали производится фрезерованием. Не смотря на большие габаритные размеры корпуса, требования предъявляются жёсткие. Отклонения от плоскостности по всей длине изделия не должны превышать двух миллиметров. Это должно достигаться, как на стадии гибки листа, так и при последующей сварке, во избежание завалов стенок. К усечённой стороне шестигранника активной зоны примыкает подвижный отражатель. Подвижный отражатель является сложной механической системой, обеспечивающей надежную работу двух частей, определяющих модуляцию реактивности: основной подвижный отражатель (ОПО) и дополнительный подвижный отражатель (ДПО). Роторы ОПО и ДПО вращаются в противоположных направлениях с разными скоростями. В момент совмещения обоих отражателей у зоны реактора генерируется импульс мощности. Он используется для периодической модуляции реактивности и создания импульсов мощности на ИБР-2. Вращение этих лопастей ОПО и ДПО происходит на расстоянии порядка 5 мм от корпуса, а максимально допустимые отклонения в горизонтальной плоскости 0,3-0,7 мм. И это при внушительных размерах - каждая лопасть шириной 50 мм и длиной более двух метров. Помимо подвижного отражателя к стенкам корпуса прилегают органы системы управления и защиты и контрольно-измерительных приборов, как показано на рисунке [2]. Предположим, что в какой то части корпуса существует неровность, которая приводит к более близкому прилеганию органа системы управления и защиты и контрольно-измерительных приборов, что в свою очередь вводит дополнительную реактивность, а это значит, что в какой то момент времени больше нейтронов возвращается в активную зону и число делений растёт. В связи с тем, что теоретические расчёты расходятся с тем, что мы наблюдаем на практике, то процесс управления цепной реакцией, а следовательно, и реактором усложняется.
Для достижения требуемой точности следует использовать специальную оснастку и крепежи для гибки и сварки листа, которая должна жёстко удерживать заготовку во избежание перекосов и неплоскостности. Затем необходимо произвести механическую обработку сварного шва и заготовки в целом для придания поверхности более ровного вида, например, фрезерованием, для чего возможно применение специально разработанной насадки.
Схема реактора ИБР-2М
Во время сварки в каждой точке сварного соединения возникают напряжения и деформации. В начальный период сварки, когда происходит нагрев металла, и в процессе последующего охлаждения они существенно изменяются по величине, знаку, характеру распределения в том или ином сечении. Временные напряжения и деформации по мере охлаждения постепенно переходят в остаточные. При образовании в каждой точке металла деформаций, формируются перемещения свариваемых элементов и за счет этого возникает формоизменение изделия после сварки. Остаточные напряжения и деформации необходимо уменьшить. Уменьшение остаточных напряжений и деформаций может быть достигнуто рациональным выбором способа и режимов сварки, равномерным разогревом заготовки с целью уменьшения угловых деформаций, применение сборочно-сварочной оснастки, с последующим черновой и чистовой фрезеровочной обработкой как шва, так и поверхности корпуса в целом.
Список литературы
1. Аксенов реакторы для нейтронных исследований // Физика элементарных частиц и атомного ядра. – 1995. - том 26. Вып. 6. - С. 1449.
2. , , ЛНФ, Объединённый институт ядерных исследований, Годовой отчёт, 2001
3. Марочник сталей и сплавов: Справочник / Под общ. Ред. –М.: Машиностроение. -2003. – 784 с.
A. V.KUTERGIN, A. S. YAMNIKOV
THE PROBLEMS OF AGGREGATE TECHNOLOGY OF ASSURANCE
OF ACCURACY OF HOLLOW SIX-SIDED VESSELS
Problem positions in manufacturing techniques of six-sided vessels of research reactors are indicated. It is shown that difficulties in the assurance of prescribed accuracy are caused by the phenomena of the technological heredity because of the large residual stress at banding and welding of blanks.
Keywords: banding, welding, accuracy, nonflatness, the six-sided vessel, machining.
