ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ДИФФУЗИОННО-СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ "ЦИРКОНИЙ-СТАЛЬ" В КОНСТРУКЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ЯЭУ ПУТЕМ НАНЕСЕНИЯ ВАКУУМНЫХ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ
Обследование топливных каналов РБМК при ППР и других остановках реакторов выявили раскрытие внутренних стыков переходных диффузионных сварных соединений "цирконий-сталь" (переходников) у некоторых ТК.
Проведенные исследования показали, что раскрытие стыков обусловлено напряжениями, возникающими в них под действием эксплуатационных нагрузок, разницы в коэффициентах термического расширения стали и циркония, а также недостаточной прочностью стыка.
Расчеты показывают, что уровень напряжений, действующих в стыке, составляет ~20 кг/мм2, а прочность стыка у штатных переходников колеблется в пределах от 12 до 30 кг/мм2.
Ранее проведенные работы показывают, что повышения прочности сварных со-единений можно добиться путем нанесения специальных покрытий на соединяемые поверхности перед диффузионной сваркой. В качестве таких покрытий исследовались Ni, Nb, Cu, Cr-Ni-Ti-композиция. Наилучшие результаты были достигнуты при сварке с покрытиями из никеля и ниобия, при этом достигалось повышение прочности до 30%.
Настоящая работа проводилась на специальных модельных переходниках, имитирующих внутренний стык "цирконий-сталь" штатного переходника. Покрытия из никеля, толщиной 2, 5 и 10 мкм наносились ионно-плазменным методом на торцевые поверхности заготовок перед диффузионной сваркой. Сваривались образцы с покрытием на стали, на цирконии, а также без покрытия. Технология сварки соответствовала технологии сварки штатных переходников ТК РБМК.
В работе проведен комплекс технологических экспериментов и металловедческих исследований, включающий металлографию зоны соединения, измерение микротвердости и микрорентгеноспектральный анализ диффузионной прослойки. Показано, что оптимальная по структуре и толщине прослойка получается при сварке с покрытием из Ni толщиной 2-5 мкм. Помимо этого, металловедческие исследования позволили оптимизировать технологию нанесения покрытий.
Проведенные механические испытания при 20 °С показали, что максимальную прочность имеют образцы, сваренные с покрытием толщиной 5 мкм, нанесенным на циркониевую часть модельного переходника по оптимальной технологии. Предел прочности таких образцов составляет 22±2 кг/мм2, прочность образцов, сваренных без покрытия составляет 16±8 кг/мм2.
В настоящее время работы продолжаются на штатных переходниках ТК РБМК штатной конструкции, готовятся макеты для стендовых испытаний на длительную коррозионную прочность.