Определение закономерностей влияния параметров лазерной сварки на взаимодействие водорода с циркониевым сплавом Э110

Федотов, Леонид Евгеньевич Отделение экспериментальной физики (ОЭФ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Объектом исследования являются образцы из сплава циркония марки Э110 сваренные в различных режимах импульсной лазерной сваркой. Исследование влияния водорода на сварные швы циркониевого сплава проводилась методом газофазного наводороживания. Оценка количества водорода проводилась методом плавления в среде инертного газа.

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………….. 15
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ……………………………………………………… 17
1.1. Объект исследования (цирконий Э110) ………………………………………… 17
1.2. Особенности окисления циркония ……………………………………………….. 19
1.3. Взаимодействие циркониевых сплавов с водородом ……………………… 21
1.4. Особенности лазерной сварки ……………………………………………………… 24
1.5. Сварка циркониевых сплавов ………………………………………………………. 26
1.6. Современные тенденции в сварке циркониевых сплавов ……………….. 29
1.7. Выводы по разделу …………………………………………………………………….. 42
ГЛАВА 2. ПРИБОРЫ И УСТАНОВКИ …………………………………………………… 43
2.1. Изучение процессов сорбции водорода на автоматизированном
комплексе Gas Reaction Controller ………………………………………………………… 44
2.2. Измерение концентрации водорода при помощи анализатора
RHEN602 …………………………………………………………………………………………… 49
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ …………………………………….. 52
3.1. Определение содержания водорода в сварных швах циркониевого
сплава Э110, полученных методом лазерной сварки ……………………………… 52
3.2. Исследование влияния водорода на сварные швы циркониевого
сплава Э110 ……………………………………………………………………………………….. 53
ГЛАВА 4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ,
РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ…………………….. 58
4.1. Потенциальные потребители исследования ………………………………….. 58
4.2. Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……………………………………….. 58
4.3 SWOT-анализ ………………………………………………………………………………… 59
4.4. Оценка готовности проекта к коммерциализации …………………………. 60
4.5. Инициация проекта …………………………………………………………………….. 60
4.5.1. Заинтересованные стороны проекта ……………………………………….. 60
4.6. План проекта ……………………………………………………………………………… 61
4.7. Бюджет научного исследования …………………………………………………… 62
4.7.1. Сырье, материалы, покупные изделия (за вычетом отходов) ……. 64
4.7.2. Специальное оборудование для научных (экспериментальных)
работ 64
4.7.3. Основная заработная плата ……………………………………………………. 65
4.7.4. Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала ………………………………………………………………………………………… 67
4.7.5. Отчисления на социальные нужды …………………………………………. 68
4.7.6. Накладные расходы ………………………………………………………………. 68
4.7.7. Расчет затрат на электричество ………………………………………………. 69
4.8. Реестр рисков проекта ………………………………………………………………… 69
4.9. Оценка сравнительной эффективности исследования ……………………. 70
Выводы по главе 4………………………………………………………………………………. 72
ГЛАВА 5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ …………………………………… 74
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности … 74
5.2. Вредные факторы проектируемой производственной среды ………….. 76
5.2.1. Вредные производственные факторы, связанные с аномальными
микроклиматическими параметрами воздушной среды на
местонахождении работающего ………………………………………………………… 78
5.2.2. Вредные производственные факторы, связанные с
электромагнитными полями перменного характера ……………………………. 79
5.2.3. Вредные производственные факторы, связанные с акустическими
колебаниями в производственной среде …………………………………………….. 80
5.2.4. Вредные производственные факторы, связанные со световой
средой 81
5.2. Выявление опасных факторов проектируемой производственной
среды …………………………………………………………………………………………………. 84
5.2.1. Повышенное значение напряжения в электрической цепи,
замыкание которой может произойти через тело человека ………………….. 84
5.2.2. Пожаровзрывоопасность ……………………………………………………….. 86
5.3. Организационные мероприятия обеспечения безопасности …………… 87
5.4. Экологическая безопасность ……………………………………………………….. 88
5.5. Защита в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………. 88
Вывод по главе 5 ………………………………………………………………………………… 90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………….. 91
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………………………………. 92
Приложение А ………………………………………………………………………………………. 98

Как известно, цирконий – это материал, который применяется в
ядерной энергетике и является основным конструкционным материалом
оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов). Это обусловлено тем, что
сплавы циркония обладают низким сечением захвата тепловых нейтронов,
высокой коррозионной стойкостью, сопротивлением к радиационным
повреждениям и хорошими прочностными характеристиками.
Накопление водорода внутри циркониевых сплавов ведет к
возникновению множества проблем. В первую очередь значительно
повышается хрупкость материала, что является критичным в области
ядерной энергетики. Хрупкость повышается за счет проникновения водорода
и образования гидридов, что в свою очередь может привести к разрушению
изделий согласно механизму замедленного гидридного растрескивания [1-6].
Возникновение трещин влечет проблемы в эксплуатации твэлов. Можно
даже пренебречь ситуациями аварийного характера и подумать о том, что,
например, твэл который был рассчитан на 5-ти летний срок эксплуатации
приходит в негодность после первого года. Это говорит о конструкционной
неэффективности, а также об экономической для предприятия.
При изготовлении твэлов трубки, которые содержат в себе урановые
таблетки, сваривают, чтобы обеспечить герметичность и безопасность
конструкции. С недавних пор Новосибирский завод химконцентратов
перешли на лазерную сварку, с этой целью Томский политехнический
университет предоставил им установку ЛТА 4-2. Как известно, сварные швы
являются зоной, насыщенной дефектами и менее надежной, чем остальная
часть трубки из сплава циркония в твэлах.
В работе [7] было проведено определение влияния режимов сварки на
ширину сварного шва, зону термического воздействия, а также проведено
исследование поверхностных дефектов полученных образцов. Также автором
были сформированы основные базовые параметры эксплуатации лазерной
установки. Однако, в настоящее время всё ещё не было исследований
влияния режимов лазерной сварки на проникновение водорода в сварные
швы сплава Э110, которые были бы полезны с точки зрения безопасности
производства и продолжительности эксплуатации твэлов.
Таким образом, целью данной работы является: Определение влияния
параметров лазерной сварки на содержание водорода и скорость сорбции
водорода в сварном шве.
Задачи:
 Измерение содержания водорода в сварных швах после лазерной
сварки и анализ влияния параметров лазерной сварки на накопление
водорода в сварных соединениях циркониевого сплава Э110;
 Осуществление насыщения образцов со сварными швами
водородом при 350 °C, 2 атм., до концентрации 0,07 масс.%;
 Расчёт скорости сорбции водорода в циркониевом сплаве Э110
сваренном лазерной сваркой в различных режимах и определение влияния
параметров сварки скорость сорбции водорода.
В связи со всем выше изложенным на защиту выносятся следующие
положения:
1. Установлено, что изменение энергетических параметров режима
лазерной сварки (скорость сварки, энергия импульса, длительность импульса
и частота) приводят к снижению начальной концентрации водорода и
скорости сорбции в циркониевом сплаве Э110 со сварным швом примерно на
19% и 57%, соответственно;
2. Установлено, что динамика насыщения основного металла
характеризуется значительной неравномерностью во времени, в то время как
насыщение всех сварных швов происходит монотонно при увеличении
энергии и длительности импульса в диапазоне (8,68 ÷ 14,95 Дж) и (10 ÷ 16
мс), соответственно.

Данная работа посвящена исследованию закономерностей влияния
проникновения водорода в сварные швы сплава циркония Э110, полученные
при различных режимах сварки на лазерном сварочном аппарате ЛТА 4-2.
Проведен литературный обзор данных о свойствах объекта исследования –
сплава циркония Э110, а также сварке циркония в целом и описаны основные
методы исследования. По результатам проведенного исследования были
сделаны следующие выводы:
1. Время насыщения водородом насыщения образцов при 350 °C, 2
атм., до концентрации 0,07 масс.% меняется от 3 часов 35 секунд до 10 часов
50 секунд
2. Установлено, что изменение энергетических параметров режима
лазерной сварки (скорость сварки, энергия импульса, длительность импульса и
частота) приводят к снижению начальной концентрации водорода и скорости
сорбции в циркониевом сплаве Э110 со сварным швом примерно на 19% и 57%,
соответственно;
3. Установлено, что динамика насыщения основного металла
характеризуется значительной неравномерностью во времени, в то время как
насыщение всех сварных швов происходит монотонно при увеличении энергии
и длительности импульса в диапазоне (8,68 ÷ 14,95 Дж) и (10 ÷ 16 мс),
соответственно.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Мария Б. преподаватель, кандидат наук
    5 (22 отзыва)
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальнос... Читать все
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальности "Экономика и управление народным хозяйством". Автор научных статей.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Мария М. УГНТУ 2017, ТФ, преподаватель
    5 (14 отзывов)
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ... Читать все
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ. Большой опыт в написании курсовых, дипломов, диссертаций.
    #Кандидатские #Магистерские
    27 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Модифицирование поверхности полученного с помощью аддитивной технологии титанового сплава Ti-6Al-4V
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Изучение процессов термостимулированного и неравновесного выхода изотопов водорода из Pd, Ni, Pt, Zr, Ti
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)