Способ изготовления крупногабаритных конструкций из разнородных сталей

Способ изготовления крупногабаритных конструкций из разнородных сталей

Реферат

 

Использование: для изготовления корпусов реакторов атомных энергетических установок водоводяного типа (ВВЭР), в стационарном и транспортном энергомашиностроении для изготовления корпусов реакторов атомных энергетических установок (АЗУ) ледоколов сухогрузов, роторов паровых и газовых трубин, надводных кораблей и других изделий народного хозяйства. Сущность изобретения: заготовку штатной обечайки из стали, требующей для получения нормативного уровня вязкости и прочности проведения более высокой температуры отпуска, соединяют с вспомогательны кольцом из свариваемой стали сварочными материалами, рекомендуемыми для сварки стали с повышенной температурой отпуска. После отпуска при температуре ниже основного отпуска заготовок из этой стали на 20 - 30 ^oС производят отрезку вспомогательного кольца и делают разделку сварного шва, оставляя на торце штатной обечайки наплавленный металл толщиной 8 - 12 мм. Далее производят сварку данной заготовки со стороны направленного металла с заготовкой из металла с более низкой регламентированной температурой отпуска и производят отпуск в соответствии с требованиями технологии для привариваемой заготовки. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу изготовления крупногабаритных изделий, преимущественно цилиндрической формы, в том числе для изготовления корпусов реакторов атомных энергетических установок водоводяного типа (ВВЭР) и может применяться в стационарном и транспортном энергомашиностроении для изготовления корпусов реакторов атомных энергетических установок (АЭУ) ледоколов сухогрузов, роторов паровых и газовых турбин, надводных кораблей и других изделиях народного хозяйства, где требуется применение неразъемных соединений из сталей различной отпускоустойчивости, т.е. у которых требуемый уровень свойств достигается при различной температуре отпуска. Целью изобретения является разработка технологии создания неразъемного соединения крупногабаритных конструкций из разнородных сталей с различной температурой регламентированного основного и послесварочного отпуска, при котором обеспечивается высокий уровень вязкости и пластичности металла околошовной зоны сварного соединения при сохранении заданного уровня прочностных свойств основного металла заготовок, увеличение расчетного ресурса. Поставленная цель достигается тем, что заготовка штатной обечайки из стали, требующей для получения нормативного уровня вязкости и прочности проведения более высокой температуры отпуска, соединяется с вспомогательным кольцом из свариваемой стали, состав которой не ограничен условиями химического состава или механических свойств. Лучше всего применять малолегированную низкоуглеродистую сталь типа 10Г; 15Г; 20Г; 10; 15; 20; 22К и им аналогичных, но можно применять сталь химического состава, аналогичного основной детали. Соединение осуществляется с помощью сварки низкоуглеродистыми материалами, рекомендуемыми для сварки стали с повышенной отпускоустойчивостью (в данном случае сталь 15Х2МФА). Далее производится отпуск этого сваренного полуфабриката при температуре на 20-30^oС ниже температуры отпуска основного металла заготовки штатной обечайки (т.е. при 670-680^оС). Падения прочности основного металла при этом не происходит, температура отпуска достаточна для получения высокого уровня пластичности и вязкости околошовной зоны со стороны металла штатной обечайки. На фиг.1 дана схема корпуса реактора: 1 обечайки патрубковой зоны; 2 активная зона; 3 линия разъема; 4 сварные швы; на фиг.2 схема выполнения сварного шва обечаек из разнородных сталей; 5 обечайка активной зоны; 6 технологическая обечайка (кольцо); 7 линия отрезки. Далее производят отрезку вспомогательного кольца (см.фиг.2) и механическую обработку наплавленного металла под разделку для последующего соединения со штатной обечайкой из другой марки стали. Толщину наплавленного металла оставляют на торце штатной обечайки в пределах 8-12 мм от линии сплавления (эта толщина должна соответствовать 1,2-1,5 величины зоны термовлияния). Далее производится соединение с помощью сварки встык обечайки, имеющей направленный металл на торце, со штатной обечайкой из металла с более низкой регламентированной температурой отпуска. После соединения двух штатных обечаек производят отпуск этого блока или узла при температуре соответствующей температуре отпуска стали с меньшей регламентированной температурой отпуска. Повторение нагрева до температуры послесварочного отпуска равной температуре основного отпуска привариваемой заготовки с меньшей отпускоустойчивостью при сумме времени основного отпуска и послесварочного не более 45-50 ч не приводит к снижению свойств ниже нормативных. При первом основном отпуске обеспечивается запас условного предела текучести, необходимый для проведения послесварочного отпуска. При суммировании основного и послесварочного отпуска по предлагаемой схеме термообработки сохраняется заданный условный предел текучести. При этом режиме отпуска сохраняется уровень прочности метала обечаек двух составов, достигается высокая пластичность и вязкость металла околошовных зон на обеих обечайках. Требуемый уровень свойств непосредственно металла соединений обеспечивается соответствующим подбором сварочных материалов и способа сварки. По заявляемому способу изготовления изделий было выполнено соединение заготовок обечаек из стали марок 15Х2МФА и 15Х2НМФА, материал вспомогательного кольца также состоял из стали 12Х2МФА (можно было бы и из другой марки стали). Соединение обечайки из стали 15Х2МФА с вспомогательным кольцом производилось автоматической сваркой под слоем флюса проволокой марки Св-10ХМФТУ. После сварки проведен отпуск блока обечайки с кольцом при температуре 680^оС, затем была произведена отрезка вспомогательного кольца (в соответствии с фиг. 2) и механическая обработка торца обечайки с наплавленным металлом промежуточного шва для последующего соединения со второй обечайкой. Соединение обечайки из стали 15Х2МФА с наплавленным металлом на кромке и обечайки из стали 15Х2ЕМФА производилось автоматической сваркой под слоем флюса проволокой марки Св-08ХГНМТА. После сварки был проведен отпуск конструкции при температуре 650^оС продолжительностью 15 ч. Данные по механическим свойствам основного металла, металла шва и околошовной зоны после различных стадий отпуска по заявляемому способу и известному приведены в таблице. Рассмотрение результатов испытаний, помещенных в таблице, показывает, что по заявляемому способу достигается более высокий уpовень прочностных свойств металла обечайки патрубковой зоны и металла шва (на 20-22%) при высоких значениях пластичности и вязкости металла шва и основного металла. В противном случае (т.е. при применении известной технологии) недопустимо снижаются прочностные характеристики металла обечаек зоны патрубков. Для компенсации этого падения прочности необходимо увеличивать толщину этих деталей на 100-120 мм. В свою очередь это приведет к значительному увеличению веса, ухудшению условий термической проработки при закалке и дополнительному снижению свойств при термической обработке, удорожанию корпуса реактора, усложнению или отсутствию возможности транспортировки в связи с существующими ограничениями на весогабаритные характеристики. Пpи расчете на работоспособность по условию аварийного охлаждения корпус реактора, выполненный по известному способу, может не удовлетворять требованию по сопротивлению хрупкому разрушению. Использование предлагаемого способа соединения крупногабаритных заготовок при изготовлении корпуса атомного реактора по сравнению с существующими способами имеет следующие преимущества: увеличивается гарантированный расчетный срок эксплуатации корпуса реактора, а следовательно и целого блока АЭС в 2 раза (с 30 до 60 лет); повышается безопасность и надежность работы корпуса и АЭС в целом; снижаются весогабаритные характеристики корпуса атомного реактора; значительно уменьшаются затраты на ремонтные работы, связанные с заменой основного оборудования при окончании срока эксплуатации по старым нормативам.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ, включающий сборку стыкуемых заготовок с использованием проставки, сварку плавящимся электродом и термообработку, отличающийся тем, что, с целью увеличения расчетного ресурса и сохранения заданного уровня прочностных свойств заготовок, изготовленных из разнородных сталей, требующих различных режимов отпуска после сварки и возможности изготовления из них сварной конструкции регламентированной прочности, к заготовке из стали с более высокой температурой отпуска приваривают проставку в виде вспомогательного кольца из свариваемой стали, имеющей температуру отпуска на 20 - 30^oС ниже температуры регламентированного основного отпуска заготовки стали, затем отрезку вспомогательного кольца и формирование в металле вспомогательного шва разделки под сварку с заготовкой из стали с более низкой температурой отпуска, при этом остаток толщины вспомогательного шва составляет от линии сплавления 1,2 - 1,5 величины зоны термического влияния при режиме сварки основных деталей, после чего осуществляют сварку заготовок и отпуск при температуре не выше температуры регламентируемого основного отпуска заготовки из стали с более низкой температурой отпуска.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002