URN: http://vtn.chdtu.edu.uaurn:2306:44554.2019.184462

DOI: https://doi.org/10.24025/2306-4412.4.2019.184462

ВИЗНАЧЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ ЛАЗЕРНОГО ЗВАРЮВАННЯ СТИКОВИХ З’ЄДНАНЬ З РІЗНОРІДНИХ НЕРЖАВІЮЧИХ АУСТЕНІТНИХ СТАЛЕЙ У ВЕРТИКАЛЬНОМУ ПРОСТОРОВОМУ ПОЛОЖЕННІ

Артемій Володимирович Бернацький, Володимир Дмитрович Шелягін, Володимир Миколайович Сидорець, Олена Миколаївна Берднікова, Олександр Васильович Сіора, Тарас Миколайович Набок

Анотація


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.


Ключові слова


лазерне зварювання; кільцеві стикові з’єднання; нержавіючі сталі; різнорідні зварні з’єднання; просторе положення; парогенератор; АЕС; ремонт.

Повний текст:

PDF

Посилання


B. Ge, and J. Zhang, "Modeling of main steam and two-phase heat exchanger for nuclear power unit," in IEEE 2nd Int. Conf. Computing, Control and Industrial Engi-neering, Wuhan, 2011, pp. 337-340.

doi: 10.1109/ CCIENG.2011.6008027

State enterprise "National atomic energy generating company "Energoatom", "Strategic development plan of the state enterprise "National atomic energy generat-ing company "Energoatom" for 2018-2022," State enterprise "National atomic energy generating company "Energoatom", 2018. [Online]. Available: http://www.energoatom.com.ua/ files/file/strateg_chniy_plan_2018_2022_04042018.pdf. Accessed on: Nov. 19, 2019.

H. Bastida, C. E. Ugalde-Loo, M. Abeysekera, X. Xu, and M. Qadrdan, "Dynamic modelling and control of counter-flow heat exchangers for heating and cooling systems", in 54th Int. Universities Power Engineering Conf. (UPEC), Bucharest, Ro-mania, 2019, pp. 1-6.

doi: 10.1109/UPEC.2019.8893634

J. Xu, R. Z. Wang, and Y. Li, "A review of available technologies for seasonal thermal energy storage", Solar Energy, vol. 103, pp. 610-638, 2013.

L. Qoaider, Q. Thabit, and S. Kiwan, "Performance assessment of a moving-bed heat exchanger with a sensible heat transfer medium for solar central receiver power plants", in 8th Int. Renewable Energy Con-gress (IREC), Amman, 2017, pp. 1-5.

doi: 10.1109/IREC.2017.7926051

T. Baumann, S. Zunft, and R. Tamme, "Moving bed heat exchangers for use with heat storage in concentrating solar plants: a multiphase model", Heat Transfer Engineer-ing, vol. 35, pp. 224-231, 2013.

F. Middleton, "An all metal UHV flange seal for dissimilar materials", IEEE Transac-tions on Nuclear Science, vol. 28, no. 3, pp. 3298-3299, June 1981.doi: 10.1109/TNS.1981.4332084

Q. Yin, and Y. Li, "Straight wave UT tech-nical for dissimilar metal weld of nozzle to safe-end in reactor pressure vessel", in IEEE Far East Forum on Nondestructive Evalua-tion/Testing, Chengdu, 2014, pp. 122-127.doi: 10.1109/FENDT.2014. 6928246

H. Chen, Z. Yu, W. Wang, G. Ma, and M. Hong, "Research on ultrasonic inspection of control rod drive mechanism housing weld in Chinese evolutionary pressurized reactor nuclear power plant," in IEEE Far East Forum on Nondestructive Evalua-tion/Testing, Chengdu, 2014, pp. 128-134.doi: 10.1109/FENDT.2014.6928247

L. V. Petrushynets, I. V. Falchenko, A. I. Ustinov, O. O. Novomlynets, and S. M. Yushchenko, "Vacuum diffusion welding of intermetallic alloy ɣ-TiAl with high-temperature alloy EI437B through nanolay-ered interlayers", in IEEE 2nd Ukr. Conf. Electr. and Comp. Engineering (UKRCON), Lviv, Ukraine, 2019, pp. 542-546.doi: 10.1109/UKRCON.2019.8879918

J. Thamprajamjit, and P. Surin, "Dissimilar metal joining between stainless steel SUS304 and carbon steel SS400 using plasma arc welding process", in 2nd Int. Conf. Engineering Innovation (ICEI), Bang-kok, 2018, pp. 42-45.doi: 10.1109/ICEI18.2018.8448663

M. Cavallini, P. Veronesi, L. Lusvarghi, E. Colombini, R. Giovanardi, and L. Rigon, "Optimization of laser welding of dissimilar corrosion resistant alloys", in IEEE 3rd Int. Forum on Research and Technologies for Society and Industry (RTSI), Modena, 2017, pp. 1-5.doi: 10.1109/RTSI.2017.8065935

PGV-1000M steam generator. Description and main features. [Online]. Available: http://desnogorskspektr.ru/aes/teoriya-aes/parogenerator-pgv-1000m.-opisanie-i-osnovnye-harakteristiki.html. Accessed on: Nov. 19, 2019.

O. P. Shugaylo, "Stress-strain state of tubular elements of steam generators in emer-gency situations", Ph.D. dissertation, NAS of Ukraine, S. P. Tymoshenko Institute of Mechanics. Kyiv, 2019 [in Ukrainian].

T. Kh. Margulova, Nuclear power plants. Moscow: Vyisshaya shkola, 1984 [in Russian].

M. Kh. Zarazovskii, M. V. Borodii, and V. Ja. Kozlov, "Riskoriented approach to the prediction of integrity and optimization of the control of heat exchange equipment with high defect statistics", Yaderna ta ra-diatsiina bezpeka, vol. 4, pp. 32-38, 2016 [in Russian].

IAEA-TECDOC-1577. Strategy for Assessment of WWER Steam Generator Tube Integrity, Vienna: IAEA, 2007.

V. V. Müller, and V. N. Mitroshin, "Automatic system of shape weld stabilization with manual and mechanized argon-arc welding by non-consumable electrode", in Int. Rus. Automation Conf. (RusAutoCon), Sochi, 2018, pp. 1-5.

doi: 10.1109/RUSAUTOCON.2018.8501708

M. Bodeau, "Mitigating potential hazards of TIG welding on spacecraft", in IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 61, no. 1, pp. 90-99, Feb. 2019.

doi: 10.1109/TEMC.2018.2813331

A. R. Kohandehghan, S. Serajzadeh, and A. H. Kokabi, "A study on residual stresses in gas tungsten arc welding of AA5251", Materials and Manufacturing Processes, vol. 25, pp. 1242-1250, 2010.

L. Markashova, O. Berdnikova, A. Bernats-kyi, M. Iurzhenko, and V. Sydorets, "Physical and mechanical properties of high-strength steel joints produced by laser weld-ing", IEEE Int. Young Scientists Forum on Appl. Physics and Engineering (YSF), Lviv, 2017, pp. 88-91.

doi: 10.1109/YSF.2017.8126596

S. Katayama, Handbook of laser welding technologies. Cambridge, Woodhead Pub-lishing Ltd., 2013.

A. Kurc-Lisiecka, A. Lisiecki, "Laser weld-ing of the new grade of advanced high-strength steel DOMEX 960", Materiali in tehnologije / Materials and technology, vol. 51, no. 7, pp. 199-204, 2017.

Technologies for non-destructive testing and repair of NPP components NUSIM 2008 VUJE. [Online]. Available: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/43/124/ 43124116.pdf

L. Markashova, O. Berdnikova, A. Bernatskyi, V. Sydorets, and O. Bushma, "Crack re-sistance of 14KhGN2MDAFB high-strength steel joints manufactured by laser welding", IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, vol. 224, iss. 1, p. 012013, 2019.

doi:10.1088/1755-1315/224/1/012013

H. Vemanaboina, S. Akella, R. K. Buddu, and E. Gundabattini, "Distortion validation of laser beam welded SS316LN steel plates", 8th Int. Conf. Modeling Simulation and Appl. Optimization (ICMSAO), Man-ama, Bahrain, 2019, pp. 1-5.doi: 10.1109/ICMSAO. 2019.8880444

H. Murakawa, "Residual stress and distor-tion in laser welding", in Handbook of Laser Welding Technologies, Cambridge, Wood-head Publishing Ltd., 2013, pp. 374-400.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


[1] B. Ge, and J. Zhang, "Modeling of main steam and two-phase heat exchanger for nu-clear power unit," in IEEE 2nd Int. Conf. Computing, Control and Industrial Engi-neering, Wuhan, 2011, pp. 337-340.
doi: 10.1109/ CCIENG.2011.6008027

[2] Державне підприємство «Національна атомна енергогенеруюча компанія «Енергоатом», «Стратегічний план розвитку державного підприємства «Національна атомна енергогенеруюча компанія «Енер-гоатом» на 2018-2022 роки», Державне підприємство «Національна атомна енергогенеруюча компанія «Енергоатом», 2018. [Електронний ресурс]. Режим дос-тупу: http://www.energoatom. com.ua/files/ file/strateg_chniy_plan_2018_2022_04042018.pdf. Дата звернення: Листоп. 19, 2019.

[3] H. Bastida, C. E. Ugalde-Loo, M. Abeysekera, X. Xu, and M. Qadrdan, "Dynamic modelling and control of counter-flow heat exchangers for heating and cooling systems", in 54th Int. Universities Power Engineering Conf. (UPEC), Bucharest, Romania, 2019, pp. 1-6.doi: 10.1109/UPEC.2019.8893634

[4] J. Xu, R. Z. Wang, and Y. Li, "A review of available technologies for seasonal thermal energy storage", Solar Energy, vol. 103, pp. 610-638, 2013.

[5] L. Qoaider, Q. Thabit, and S. Kiwan, "Performance assessment of a moving-bed heat exchanger with a sensible heat transfer medium for solar central receiver power plants", in 8th Int. Renewable Energy Con-gress (IREC), Amman, 2017, pp. 1-5.doi: 10.1109/IREC.2017.7926051

[6] T. Baumann, S. Zunft, and R. Tamme, "Moving bed heat exchangers for use with heat storage in concentrating solar plants: a multiphase model", Heat Transfer Engineer-ing, vol. 35, pp. 224-231, 2013.

[7] F. Middleton, "An all metal UHV flange seal for dissimilar materials", IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 28, no. 3, pp. 3298-3299, June 1981.doi: 10.1109/TNS.1981.4332084

[8] Q. Yin, and Y. Li, "Straight wave UT tech-nical for dissimilar metal weld of nozzle to safe-end in reactor pressure vessel", in IEEE Far East Forum on Nondestructive Evalua-tion/Testing, Chengdu, 2014, pp. 122-127.doi: 10.1109/FENDT.2014. 6928246

[9] H. Chen, Z. Yu, W. Wang, G. Ma, and M. Hong, "Research on ultrasonic inspection of control rod drive mechanism housing weld in Chinese evolutionary pressurized reactor nuclear power plant," in IEEE Far East Forum on Nondestructive Evaluation/Testing, Chengdu, 2014, pp. 128-134.doi: 10.1109/FENDT.2014.6928247

[10] L. V. Petrushynets, I. V. Falchenko, A. I. Ustinov, O. O. Novomlynets, and S. M. Yushchenko, "Vacuum diffusion welding of intermetallic alloy ɣ-TiAl with high-temperature alloy EI437B through nanolay-ered interlayers", in IEEE 2nd Ukr. Conf. Electr. and Comp. Engineering (UKRCON), Lviv, Ukraine, 2019, pp. 542-546.
doi: 10.1109/UKRCON.2019.8879918

[11] J. Thamprajamjit, and P. Surin, "Dissimilar metal joining between stainless steel SUS304 and carbon steel SS400 using plasma arc welding process", in 2nd Int. Conf. Engineering Innovation (ICEI), Bang-kok, 2018, pp. 42-45.doi: 10.1109/ICEI18.2018.8448663

[12] M. Cavallini, P. Veronesi, L. Lusvarghi, E. Colombini, R. Giovanardi, and L. Rigon, "Optimization of laser welding of dissimilar corrosion resistant alloys", in IEEE 3rd Int. Forum on Research and Technologies for Society and Industry (RTSI), Modena, 2017, pp. 1-5.
doi: 10.1109/RTSI.2017.8065935

[13] Парогенератор ПГВ-1000М. Описание и основные характеристики. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://desnogorskspektr.ru/aes/teoriya-aes/parogenerator-pgv-1000m.-opisanie-i-osnovnye-harakteristiki.html. Дата обраще-ния: Нояб. 19, 2019.

[14] О. П. Шугайло, "Напружено-деформований стан трубчатих елементів парогенераторів при аварійних ситуаціях", дис. канд. техн. наук, НАН України, Ін-т механіки ім. С. П. Тимошенка. Київ, 2019.

[15] Т. Х. Маргулова, Атомные электрические станции. Москва: Высшая школа, 1984.

[16] М. Н. Заразовский, М. В. Бородий, и В. Я. Козлов, "Риск-ориентированный подход к прогнозированию целостности и оптимизации контроля теплообменного оборудования с большой статистикой дефектов", Ядерна та радіаційна безпека, № 4, с. 32-38, 2016.

[17] IAEA-TECDOC-1577. Strategy for Assessment of WWER Steam Generator Tube Integrity, Vienna: IAEA, 2007.

[18] V. V. Müller, and V. N. Mitroshin, "Automatic system of shape weld stabilization with manual and mechanized argon-arc welding by non-consumable electrode", in Int. Rus. Automation Conf. (RusAutoCon), Sochi, 2018, pp. 1-5.doi: 10.1109/RUSAUTOCON.2018.8501708

[19] M. Bodeau, "Mitigating potential hazards of TIG welding on spacecraft", in IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 61, no. 1, pp. 90-99, Feb. 2019.doi: 10.1109/TEMC.2018.2813331

[20] A. R. Kohandehghan, S. Serajzadeh, and A. H. Kokabi, "A study on residual stresses in gas tungsten arc welding of AA5251", Materials and Manufacturing Processes, vol. 25, pp. 1242-1250, 2010.

[21] L. Markashova, O. Berdnikova, A. Bernats-kyi, M. Iurzhenko, and V. Sydorets, "Physical and mechanical properties of high-strength steel joints produced by laser weld-ing", IEEE Int. Young Scientists Forum on Appl. Physics and Engineering (YSF), Lviv, 2017, pp. 88-91.doi: 10.1109/YSF.2017.8126596

[22] S. Katayama, Handbook of laser welding technologies. Cambridge, Woodhead Publishing Ltd., 2013.

[23] A. Kurc-Lisiecka, A. Lisiecki, "Laser welding of the new grade of advanced high-strength steel DOMEX 960", Materiali in tehnologije / Materials and technology, vol. 51, no. 7, pp. 199-204, 2017.

[24] Technologies for non-destructive testing and repair of NPP components NUSIM 2008 VUJE. [Online]. Available: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/43/124/ 43124116.pdf

[25] L. Markashova, O. Berdnikova, A. Bernats-kyi, V. Sydorets, and O. Bushma, "Crack resistance of 14KhGN2MDAFB high-strength steel joints manufactured by laser welding", IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, vol. 224, iss. 1, p. 012013, 2019.
doi:10.1088/1755-1315/224/1/012013

[26] H. Vemanaboina, S. Akella, R. K. Buddu, and E. Gundabattini, "Distortion validation of laser beam welded SS316LN steel plates", 8th Int. Conf. Modeling Simulation and Appl. Optimization (ICMSAO), Man-ama, Bahrain, 2019, pp. 1-5.
doi: 10.1109/ICMSAO. 2019.8880444

[27] H. Murakawa, "Residual stress and distor-tion in laser welding", in Handbook of Laser Welding Technologies, Cambridge, Wood-head Publishing Ltd., 2013, pp. 374-400.





Copyright (c) 2020 Артемій Володимирович Бернацький, Володимир Дмитрович Шелягін, Володимир Миколайович Сидорець, Олена Миколаївна Берднікова, Олександр Васильович Сіора, Тарас Миколайович Набок