Разработка быстрозакаленных циркониевых сплавов-припоев для прецизионной пайки конструктивных элементов атомных реакторов
Однако пайка циркония — весьма сложная научно-техническая задача в силу ряда обстоятельств. Во-первых, припой должен быть на основе циркония с темепературой пайки не выше 800 °C, а известные циркониевые припои имеют температуру пайки выше 850 °C. Нагревание готовых полуфабрикатов до такой высокой температуры нарушает структурно-фазовую стабильность циркониевых сплавов. Во-вторых, необходимо… Читать ещё >
Содержание
- Глава I. Литературный обзор
- 1. 1. Дистанционирование твэлов в активной зоне ядерного реактора
- 1. 2. Конструкции и материалы дистанционирующих решеток
- 1. 2. 1. Дистанционирующие решетки ВВЭР и РБМК
- 1. 2. 2. Конструкции дистанционирующих решеток, используемые за рубежом
- 1. 3. Вопросы разрушения дистанционирующих решеток
- 1. 4. Пайка быстрозакаленными сплавами-припоями
- 1. 4. 1. Преимущества пайки
- 1. 4. 2. Аморфизация расплава
- 1. 5. Пайка циркониевых сплавов
1.5.1 Сплавы циркония и их работоспособность 19 Некоторые свойства циркония 19 Циркониевые сплавы, используемые в атомной энергетике 19 Вопросы коррозии циркониевых сплавов 20 Влияние термообработки циркониевых сплавов на их коррозионные свойства
1.5.2 Известные припои для пайки циркония и его сплавов 22 Припои на основе циркония
1.5.3 Экспериментальное обоснование температуры пайки
1.6 Выводы
Глава II. Методические вопросы
2.1. Особенности выплавки слитков
2.2. Получение аморфных лент. Установка Кристалл
2.3. Подготовка дистанционирующих ячеек к пайке
2.4. Пайка образцов
2.4.1. Пайка элементов ЦДР
2.4.2. Сравнительная пайка на установке АЛА-ТОО
2.4.3. Пайка полномасштабной решетки ВВЭР
2.5. Исследование свойств паяных соединений и припоев
2.5.1. Изучение структуры и свойств припоев
2.5.2. Исследование распределения элементов
2.5.3. Методика коррозионных испытаний
2.5.4. Проверка устойчивости паяного соединения при нагреве выше 1200 °С
2.5.5. Испытания на разрыв
2.5.6. Исследование упругих свойств дистанционирующих выступов ячеек Ц ДР 37 2.6. Реакторные испытания
2.6.1. Условия реакторных испытаний
2.6.2. Материаловедческие исследования после реакторных испытаний
Глава III. Разработка состава припоя для пайки циркония
3.1. Требования к припою
3.2. Выбор легирующих элементов припоя
3.3. Анализ бинарных диаграмм состояния сплавов на основе циркония
3.3.1. Диаграмма состояния системы Zr-Be
3.3.2. Диаграмма состояния систе-мы Z-Fe
3.3.3. Диаграмма состояния системы Zr-Nb
3.3.4. Диаграмма состояния системы Be-Fe
3.3.5. Диаграмма состояния системы Zr-Cu
3.3.6. Диаграмма состояния системы Zr-Sn
3.3.7. Диаграмма состояния системы Zr-Cr
3.4. Анализ тройных диаграмм состояния сплавов на основе циркония
3.4.1. Диаграмма состояния системы Zr-Be-Fe
3.4.2. Диаграмма состояния системы Zr-Be-Nb
3.4.3. Диаграмма состояния системы Fe-Nb-Zr
3.5. Выбор базового состава (Zr-Fe-Nb-Be)
3.6. Легирование медью, хромом и оловом
3.7. Исследования влияния меди и бериллия на температуру плавления сплава
3.8. Легирование германием
3.9. Исследование быстрозакаленной ленты из сплава циркония
3.10. Выводы
Глава IV. Исследование свойств паяных соединений
4.1. Сравнение паяных швов, выполненных с использованием аморфного и кристаллического припоев на основе циркония
4.2. Испытания на разрыв
4.3. Сравнение микроструктур швов, паянных припоями толщиной 20 и 40 мкм
4.4. Коррозионные испытания паяных соединений
4.4.1. Исследование образцов после 1 ООО и 2000 ч коррозионных испытаний 74 Исследование гидридообразования после 1000 и 2000 ч коррозионных испытаний 74 Исследование распределения элементов после 1000 и 2000 ч коррозионных испытаний
4.4.2. Исследование образцов после 5500 и 6000 ч коррозионных испытаний
4.5. Испытания на изгиб полномасштабных решеток ВВЭР
4.6. Упругие свойства дистанционирующих выступов ячеек ЦЦР
4.7. Проверка устойчивости паяного соединения при нагреве выше 1200 °С
4.8. Реакторные испытания и послереакторные исследования
4.8.1. Металлографические исследования облученных образцов
4.8.2. Механические испытания облученных образцов
4.9. Выводы
Выводы
Список литературы
- Займовский А.С., Никулина А. В., Решетников Ф. Г. Циркониевые сплавы в ядерной энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1994. 256 с.
- Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. В 2-х кн. Кн.1., кн.2./.Решетников Ф. Г, Бибилашвили Ю. К., Головнин И. С. и др. /Под ред. Решетникова Ф. Г., М.: Энергоатомиздат, 1995. 320 с.
- Фрост Б. Твэлы ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 248 с.
- Ма Б. М. Материалы ядерных энергетических установок. М: Энергоатомиздат, 1987.408 с.
- Урсу И. Физика и технология ядерных материалов. М.: Энергоатомиздат, 1988.480 с.
- Цыканов В.А. Радиационная стойкость тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. М.: Атомиздат, 1977.136 с.
- Ушаков Г. Н. Технологические каналы и тепловыделяющие элементы ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1981.112 с.
- Межуев В.А., Бек Е.Г., Иванов А. В., Колосовский В. Г. Некоторые аспекты конструкции и технологии изготовления ТВС энергетических реакторов с увеличенным ресурсом и повышенной надежностью. // Атомная энергия, Т.84, вып.2, 1998. С.123−128.
- Самойлов А.Г., Волков B.C., Солонин М. И. Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1996. 400 с.
- Патент «Дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора и способ ее изготовления» РФ № 2 155 998,2000.
- Крицкий В.Г. Проблемы коррозии и водно-химических режимов АЭС. С-Пб:СИНТО, 1996. 264 с.
- Патент USA, Hairpin spring for nuclear fuel assembly and grid including such springs C14 G21 C3/34, # 4,844,862 от 04.07.1989. (Framatome).
- Патент USA, Spacer for fuel assemblies, C15 G21 C3/34, # 5,311,564 от 10.05.1994 (Siemens).
- Robertson J.A.L. Physical metallurgy of Candu fuel // Proceedings International Conference, Berkeley, 1973.
- Патент Canada Zirconium brazing system Koyanagi К., Standish J.W. C12 G21 C3/32, # 1 075 835,1980.
- Патент Canada Process for brazing zirconium alloy elements, CL 29−193, # 883 578,1971.
- Емельянов А.И., Саввин С. Ю. Теплогидравлические исследования дистанционирующих решеток стержневых ТВС ядерного реактора, Атомная энергия, Т.88, вып. 1,2000.
- Золотухин И.В. Физические свойства аморфных металлических расплавов. М.: Металлургия, 1986.176 с.
- Ковнеристый К.Б. Физико-химические основы создания аморфных металлических сплавов. М.: Наука. 1987.114 с.
- Application of amorphous filler metals in production of fusion reactor high heat flux components / Kalin B.A., Fedotov V.T., Grigoriev A.E., Sevriukov O.N., et.al. Fusion Eng. and Design 28. 1995. P. 119−124.
- Kalin B.A., Fedotov V.T., Sevryukov O.N., Grigoryev A.E. et.al. Application of rapidly solidified amorphous and microcrystalline filler metals in brazing of divertor components / Plasma Dev. and Oper. Vol.4,1996. P. 245−255.
- Kalin B. A, Fedotov V. T, Sevryukov O. N, Plyuschev A. N et.al. Be-Cu joints based on amorphous alloy brazing for divertor and first wall application /. J. Nucl. Mater. 271 & 272. 1999. P. 410−414.
- Bose D., Datta A., and DeCristofaro N. Comparison of Golden-Nickel With Nickel Base Metallic Glass Brazing Foils. Welding journal, October 1981. P. 29−34.
- Datta A, Rabinkin A, Bose D, Rapidly solidified copper-phosphorus base brazing foils. Welding journal, Vol. 63, No 10,1984. P. 14−21.
- DeCristofaro N.J., Datta A. Rapidly solidified filler metals in brazing and soldering applications. Rapidly solidified crystalline Alloys. Proceeding of TMS-AIME Northeast Regional Meeting, 1985. P. 1715−1721.
- DeCristofaro N. and Henschel C., Metglass Brazing foil. Welding journal, 57(7), July, 1978. P.34−38.
- Баум Б.А., Тягунов Г. В., Барышев E.E., Цепелев B.C. Металлические расплавы: научный и прикладной аспект/ Физическая химия и технология в металлургии: Сб. научн. трудов: УрО РАН, 1996. С.31−41.
- Судзуки К., Фудзимори X., Хасимото К. Аморфные металлы. М.: Металлургия, 1987. 328 с.
- Аморфные металлические сплавы. Под ред. Люборского Ф. Е. М.: Металлургия, 1987. 584 с.
- Калин Б.А., В.Т.Федотов, О. Н. Севрюков, А. Е. Григорьев, Л. А. Скуратов, А. Н. Плющев и др. Аморфные ленточные припои для высокотемпературной пайки. Опыт разработки технологии производства и применения. Сварочное производство, № 1, 1996. С. 15−19.
- Дуглас Д. Металловедение циркония. М.:Атомиздат, 1975.363 с.
- Бескоровайный Н.М., Калин Б. А., Платонов П. А., Чернов И. И. Конструкционные материалы ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1995. 704 с.
- Патент РФ «Сплав на основе циркония» № 2 141 539, 1992.
- Патент РФ «Сплав на основе циркония» № 214 539,1999.
- Никулина А.Б. Цирконий ниобиевые сплавы для элементов активных зон реакторов с водой под давлением. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. материаловедение и новые материалы. Т. 64, вып. 1,2005. С. 182−189
- Андреева А.Б., Маершина Г. И., Кобылянский Г. П. Очаговая коррозия циркониевых сплавов. Факторы и механизмы: Обзор. М.: ЦНИИатоминформа, 1989.42 с.
- Charquet D,. Alheritiere Е. Some features of zircaloy behaviour in nodular corrosion // Journal of Nuclear Materials, Vol.132.1985. P.291−292.
- Справочник по пайке/под ред. Петрунина И. Е. М.: Машиностроение, 1984.400 с.
- Лашко С.В., Лашко Н. Ф. Пайка металлов. М.: Машиностроение, 1988. 376 с.
- Понимаш И.Д., Орлов А. В., Рыбкин Б. В. Вакуумная пайка реакторных материалов. М.: Энергоатомиздат, 1995.192 с.
- Рыбкин Б.В., Нечаев В. А., Орлов А. В. Припои и технология пайки материалов ядерных реакторов. М.: ЦНИИАТОМИНФОРМ, 1987
- Beal R.E., Saperstein Z.P. Development of Brazing Filler Metals for Zircaloy, Welding Journal, July, 1971, Vol. 50, No. 7, P.275−291.
- Jung S. H, Park W.G. The brazing effect on zircaloy tube by beryllium thin film filler metal Journal of the Korean Institute of Metals. Vol. 12, No.19.1981. P.1062−1068.
- Park C.H., Han Y.S., Jang K. J et al. Thermal stability and brazing characteristics of Zr-Be binary amorphous filler metals for zirconium alloy. Journal of Nuclear Materials. Vol. 254, No. 1. 1998. P.34−41.
- Y.-S. Han, K.-J. Jang, J.-Y. Lee, C.-H. Park, C.-B. Choi, C.-H. Bae, Thermal stability and brazing characteristics of Zr0.7-xMxBe0.3 (M = Ti or Nb) ternary amorphous filler metals Journal of Nuclear Materials. Vol. 270, No. 3,1999. P.334−341.
- Chow С.К., Lim D Burst of brazed zircaloy-4 fuel sheath in steam // Canadian Council and Canadian Nuclear Society conference on materials in nuclear energy // American Society for metals, 1982. P. l 61−165
- Орлов А.В. и др. Технология изготовления тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. М.: НИИинфоэнергомаш, Вып. 97,1976.
- Орлов А.В. и др. Печная пайка в машиностроении. М.: НИИинфоэнергомаш, Вып. 1, 1986.
- Патент РФ № 2 252 846 от 27.05.2005 г. (приоритет от 10.12.2003 г.) Калин Б. А., Федотов В. Т., Севрюков О. Н., Мамедова Т. Т., Иванов А. В., Тимошин С. Н. «Способ изготовления дистанционирующих решеток».
- ГОСТ 21 547–76 «ПАЙКА. Метод определения температуры распайки», Введен с 01.01.1977, М.: Изд-во стандартов, 1983. 7 с.
- Диаграммы состояния двойных металлических систем: справочник: в Зт., т.1, т.2, т. З / Под общей редакцией Лякишева Н. П. М.: Машиностроение, 1997−1999.
- Патент РФ № 2 252 848 от 27.05.2005 г. (приоритет от 10.12.2003 г) Калин Б. А., Федотов В. Т., Севркжов О. Н., Плющев А. Н., Мамедова Т. Т., Иванов А. В., Рыбкин Б. В., Тимошин С. Н. «Сплав для пайки циркония».
- Диаграммы состояния двойных металлических систем: справочник: в Зт., т.1, т.2, т. З / Под общей редакцией Лякишева Н. П. М.: Машиностроение, 1997−1999.
- Диаграммы состояния металлических систем, t. XIV (1968), ХХХ (1984), XXXIV (1988), XXXV (1989).
- Физико-химия сплавов циркония. Сборник статей: отв. редактор Иванов О.С.-М.: Наука, 1968. 274 с.
- Папиров И.И. Бериллий в сплавах:справочник М.:Энергоатомиздат, 1986.184 с.
- Папиров И.И. Структура и свойства сплавов Be. Справочник М.: Энергоиздат, 1981. 368 с.
- Розенфельд И.Л., Коррозия и защита металлов (локальные коррозионные процессы). М.:Металлургия, 1969.448 с.
- Мамедова Т.Т., Плющев А. Н. Пайка дистанционирующих решеток аморфными ленточными припоями // Тезисы докладов V научной конференции молодых ученых и специалистов. Дубна: ОИЯИ, 2001. С. 55.
- Федотов В. Т Севрюков О. Н., Григорьев А. Е., Плющев А. Н., Мамедова Т. Т. Быстрозакаленные ленточные припои // Экономика и производство: технологии, оборудование материалы, Т. 67, вып. 1,2002. С.41−45.
- Калин Б.А., Федотов В. Т., Севрюков О. Н., Плющев А. Н., Мамедова Т. Т. Опыт применения быстрозакаленных припоев для соединения конструкционных материалов //Перспективные материалы. № 6. 2001. С. 82−87.
- Юдина Е.В., Локтев И. И. Исследование коррозионного поведения оболочки твэлов ВВЭР по данным внереакторных испытаний. Сб. докладов VII российской конференции по реакторному материаловедению. В трех томах. Димитровград: ФГУП «ГНЦ РФ НИИАР», 2004.