Определение закономерностей влияния параметров лазерной сварки на взаимодействие водорода с циркониевым сплавом Э110
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.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.8 (17 отзывов)
4.8 (211 отзывов)
4.2 (6 отзывов)
4.6 (71 отзыв)
5 (18 отзывов)
4.1 (20 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
4.8 (1033 отзыва)
4.8 (9 отзывов)
