Энергетика NEXT, январь 2016. Романовская сварка

17 февраля 2016
Установка электронно-лучевой сварки

Инженер Новосибирского завода химических концентратов сэкономил для предприятия десятки миллионов рублей. Как говорится, чемпионами не рождаются, ими становятся благодаря таланту и упорному труду. Евгений Романов, инженер лаборатории сварки, несмотря на только «бронзовый» дебют на научно-технической конференции молодых специалистов ПАО «НЗХК» и дочерних обществ в 2014 году (он занял третье место) решил попробовать свои силы снова. В 2015 году Евгений подготовился более основательно, и в результате – первое место.

Об актуальности выбранной темы, которую Евгений представил на НТК, говорит уже само название доклада: «Отработка технологии сварки макетов ТВС РУ БРЕСТ-ОД-300 для реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем». Проект «Прорыв» – одно из приоритетных направлений отечественной атомной отрасли. Его успешная реализация позволит замкнуть ядерный топливный цикл и сделать атомную энергетику практически безотходной. Однако члены жюри обратили внимание не столько на актуальность, сколько на уникальность проделанной работы.

В производственной секции, в которой Евгений представлял свой доклад, помимо него за победу боролись еще шестеро молодых талантливых инженера ПАО «НЗХК». Достаточно перечислить названия некоторых докладов, чтобы понять уровень конкуренции: «Изготовление лития металлического со специальными требованиями», «Создание единого комплекса производств «Фабрикация», «Автоматизированный комплекс контроля внешнего вида таблеток ядерного керамического топлива».

Стоит отметить, что работы, представленные на НТК – это реальные производственные достижения: завершенные проекты по модернизации производственных линий, постановка на производство новой продукции, совершенствование технологических процессов. Никакой теории, только практика. Причем доклады оперировали не только техническими характеристиками, но и экономическими: через одного участники сообщали об увеличении прибыли и сокращении расходов.

Но обо всем по порядку.

БРЕСТ-ОД-300 – быстрый реактор со свинцовым теплоносителем опытно демонстрационный мощностью 300 МВт. В качестве теплоносителя используется свинец, в качестве топлива – композиция урана и плутония. Эта реакторная установка (РУ) позволяет использовать отработанное ядерное топливо (замкнуть цикл), отличается повышенной безопасностью, экономичностью и образует минимум ядерных отходов.

Свинец в качестве теплоносителя имеет массу преимуществ. Теплоотвод осуществляется при низком давлении и высоком запасе до кипения свинца (металл кипит при температуре 2600К и давлении 1 МПа). Свинец химически пассивен при контакте с водой и воздухом, имеет низкую собственную радиоактивность, не вступает в экзотермическое взаимодействие с водой, воздухом и конструкционными материалами,
радиационно-стойкий. Однако при всех своих плюсах, свинцовый теплоноситель имеет ряд недостатков. Большой удельный вес и более низкая теплопроводность ограничивают скорость его прокачки. Высокая температура плавления (>600 К) приводит к повышению температурного уровня и к опасности застывания свинца при нарушении режима охлаждения. А высокая коррозионная активность свинца существенно сужает выбор материала для изготовления тепловыделяющих сборок (ТВС), подавляющее большинство сталей в свинце попросту растворяются. Исходя из этих свойств свинцового теплоносителя АО «НИКИЭТ», главный конструктор РУ БРЕСТ-ОД-300, назначил для изготовления ТВС жаропрочную хромистую нержавеющую сталь ферритно-мартенситного класса ЭП-823Ш. Данная сталь по своим физическим и химическим свойствам может работать в условиях повышенных температур и не взаимодействовать с окружающей ее средой – жидким свинцом.

Роль ПАО «НЗХК» в проекте «Прорыв» если и не главная, то уж точно не второстепенная: предприятие отрабатывает технологию изготовления ТВС РУ БРЕСТ-ОД-300. Соответственно, все, что касается сборки, сварки и т.д. – его задачи. «Сталь, назначенная главным конструктором, относится к группе ограниченно-свариваемых сталей, которые при сварке склонны к образованию трещин, – рассказывает о сути проблемы Евгений Романов. – Как правило, при назначении конструкционного материала для любой реакторной установки оценивается свариваемость стали и свариваемость должна быть, по крайней мере, удовлетворительной. Но нам выбирать не приходилось.
Для исключения получения трещин, технология выполнения сварных соединений должна включать в себя обязательный предварительный подогрев деталей перед сваркой и последующую термообработку сварных соединений после сварки».

Главный конструктор ТВС АО «НИКИЭТ» предложил использовать только один способ сварки – автоматический аргонно-дуговой (АДС). Необходимого оборудования на заводе нет. А предварительный анализ показал, что приобретение подходящей установки обойдется в сумму от 23 млн рублей и около 2-х лет ожидания. Кроме того, для сварки требуется предварительный подогрев. Что опять таки ведет к приобретению дополнительного оборудования, минимальная стоимость которого около 12 млн рублей. Таким образом, реализовать на ПАО «НЗХК» рекомендации, данные главным конструктором, было невозможно ни по срокам изготовления, ни по затратам.

Специалисты лаборатории сварки ПАО «НЗХК» приняли решение оценить возможность использования для сварки, имеющуюся электронно-лучевую установку (ЭЛУ-5). Были проведены опытно-исследовательские работы, результаты которых подтвердили эту возможность. Более того, для предварительного подогрева не требуется дополнительного оборудования, оно осуществляется на ЭЛУ электронным лучом. Также в ходе отработки технологии сварки пришлось поменять предложенные АО «НИКИЭТ» конструктивные исполнения сварных соединений, предназначенных для АДС, количество которых приближалось к двум десяткам. Исходя из конструкции сварных соединений, было разработано и внедрено всего пять типов сварных соединений в ТВС РУ, конструкция которых, полностью охватывает все сварные соединения ТВС РУ и полностью повторяет конструкцию сварных соединений ТВС ЦЗ, РО СУЗ, ТВС с РО СУЗ, ТВС ПЗ РУ БРЕСТ-ОД-300.

Все сварные соединения образцов-имитаторов макетов ТВС были подвергнуты визуально-измерительному контролю, контролю сплошности швов и капиллярному контролю. Также проводились измерения микротвердости металла шва и околошовной зоны. В итоге ни одного дефекта сварки не выявлено.

В результате проделанной работы удалось исключить дополнительные материальные затраты на приобретение дорогостоящего термического оборудования для осуществления предварительного подогрева свариваемых изделий, а также приобретения сварочного оборудования (АДС) общей стоимостью около 35 млн рублей.