Сучасне вітчизняне обладнання для механізованого зварювання трубопроводів високого тиску другого контуру енергоблоків АЕС України

Abstract

Вступ. Принципово необхідними складовими другого контуру ядерних енергетичних реакторів з водою під тиском є підігрівачі високого тиску (ПВТ). Спіралі ПВТ призначено для підігрівання живильної води до необхідної температури з подальшою подачею її на теплообмінник — парогенератор (ПГ). Пара, що утворюється у ПГ, надходить до турбіни, яка приводить у дію електрогенератори енергоблоку АЕС. Проблематика. Основним чинником, що суттєво обмежує продуктивність створення зварних з’єднань трубних елементів спіралей ПВТ при їх виробництві й ремонті та викликає утворення в них дефектів, є спосіб їх зварювання, що до сьогодні застосовується у вітчизняній практиці — спосіб ручного зварювання неплавким електродом у середовищі інертних газів (далі — TIG) з подачею присадного дроту. Мета. Дослідження способів підвищення продуктивності зварювання з’єднань трубних елементів спіралей ПВТ та рівня стабільності їх якості, а також розробка сучасного вітчизняного технологічного обладнання для впровадження відпрацьованих процесів. Матеріали й методи. Для виконання досліджень було використано зразки — імітатори трубних елементів спіралей ПВТ зі сталі 20. Використано методи математичного та комп’ютерного моделювання, натурного макетування, дослідних зварювань, неруйнівного та руйнівного контролю, машинного проектування. Результати. Досліджено можливість застосування різних способів дугового зварювання з’єднань трубних елементів спіралей ПВТ, визначено найоптимальніший з них, а також встановлено максимально ефективні параметри режимів зварювання та технічних вимог до вітчизняного комплексу технологічного обладнання для виконання цього процесу, розроблено технічне завдання (ТЗ) на виконання дослідно-конструкторських робіт з ескізного проектування такого комплексу та його основних складових частин, напрацьовано інноваційні технічні пропозиції (ТП) щодо їх складу, побудови, конструктивних та інших технічних рішень. Висновки. Встановлено, що для виконання чинних вимог нормативних документів та погодженого і затвердженого ТЗ щодо якості й продуктивності виконання зварних з’єднань трубних елементів спіралей ПВТ зі сталі 20, найбільш ефективним та раціональним є спосіб багатопрохідного зварювання MIG + MAG — плавким електродом (електродним дротом суцільного перерізу) у середовищі суміші захисних газів. Розроблено та погоджено ТП щодо схемо-конструктивних рішень з побудови основних функціональних вузлів та механізмів обладнання для реалізації цього способу.

Introduction. High-pressure heaters (HPH) are principal components of the second loop of nuclear reactors with pressured water. HPH coils are used to heat water up to required temperature with its further supply to heat exchanger, steam generator (SG). Steam generated by SG is fed to turbines and triggers power generators of NPP unit. Problem Statement. The main factor that significantly constraints the performance of weld joints of HPH coil tubeworks while manufacturing and repairing and causes their defects is manual TIG welding method (hereinafter referred to as the TIG method) that has been used in the domestic practice so far. Purpose. To study ways of raising efficiency and performance of weld joints of HPH coil tubeworks and improving their stability and quality, as well as to develop domestic equipment for implementation of elaborated techniques. Materials and Methods. Steel 20 simulators of HPH tubeworks have been used for the purpose of the study. The used methods are as follows: mathematical and computer simulation full-scale modelling, trial welding, nondestructive and destructive control techniques, and CAD. Results. The use of various arc welding techniques for welding HPH coil tubeworks has been studied, the most optimal method of them, the most effective parameters of welding regimes, and requirements for domestic welding equipment have been identified, technical specifications for the equipment and its main components and respective research and predesign works have been developed, innovative technical proposals concerning its composition, configuration, structure, and other technical solutions have been elaborated. Conclusions. MIG + MAG welding method with the use of fused electrode (solid-section electrode wire) in protective gases mix has been established to be the most effective and cost-efficient in terms of compliance with the requirements of applicable norms and standards and approved technical specifications with respect to quality and performance of weld joints of HPH coil tubeworks made of steel 20. Manufacturing processes for the design solutions on the major functional nodes and mechanisms of the equipment for implementing the mentioned method have been developed and approved.

Введение. Принципиально необходимыми составляющими второго контура ядерных энергетических реакторов с водой под давлением являются подогреватели высокого давления (ПВД). Спирали ПВД предназначены для подогрева питательной воды до необходимой температуры с последующей подачей ее на теплообменник — парогенератор (ПГ). Образующийся в ПГ пар поступает в турбину, приводящую в действие электрогенераторы энергоблока АЭС. Проблематика. Важным фактором, существенно ограничивающим производительность создания сварных соединений трубных элементов спиралей ПВД при их производстве и ремонте и вызывающих образование в них дефектов, является способ их сварки, доныне применяемый в отечественной практике — способ ручной сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов (далее — TIG) с подачей присадочной проволоки. Цель. Исследование способов повышения производительности сварки соединений трубных элементов спиралей ПВД и уровня стабильности их качества, а также разработки современного отечественного технологического оборудования для внедрения отработанных процессов. Материалы и методы. Для выполнения исследований использовались образцы — имитаторы трубных элементов спиралей ПВД из стали 20. Использовались методы математического и компьютерного моделирования, натурного макетирования, опытных сварок, неразрушающего и разрушающего контроля, машинного проектирования. Результаты. Исследована возможность применения разных способов дуговой сварки соединений трубных элементов спиралей ПВД, определен наиболее оптимальный из них, а также установлены максимально эффективные параметры режимов сварки и технических требований к отечественному комплексу технологического оборудования для выполнения этого процесса, разработано техническое задание (ТЗ) на выполнение опытно-конструкторских работ по эскизному проектированию такого комплекса и его основных составных частей, наработаны инновационные технические предложения (ТП) в отношении их состава, построения, конструктивных и других технических решений. Выводы. Установлено, что для удовлетворения действующих требований нормативных документов, и согласованного и утвержденного ТЗ касательно качества и производительности выполнения сварных соединений трубных элементов спиралей ПВД со стали 20 наиболее эффективним и рациональным является способ многопроходной сварки MIG + MAG плавящимся электродом (электродной проволокой сплошного сечения) в среде смеси защитных газов (аргон — 80—85 %, углекислый газ — 15—20 %). Разработаны и согласованы ТП по схемно-конструктивным решениям построения функциональных узлов и механизмов оборудования для реализации этого способа.