Вакуумная установка для изготовления трубчатых переходников из циркония и стали

Полезная модель может быть использована при проектировании установок для диффузионной сварки, предназначающихся для изготовления трубчатых переходников из циркония и стали, широко используемых в атомной промышленности. Сущность полезной модели заключается в том, сто в одной вакуумной камере сформировано одновременно три рабочих места: для диффузионной сварки переходников, для горячей поверхностной деформации циркониевой части переходника и для вакуумного отжига после деформации, при этом для всех трех операции используется тепло от первоначального нагрева заготовки переходника до температуры диффузионной сварки. Технический результат, получаемый при осуществлении заявленной полезной модели, состоит в экономии вакуумного оборудования, рабочей силы и времени при изготовлении одного переходника из циркония и стали.

Полезная модель относится к сварочной технике, в частности, к вакуумным установкам для диффузионной сварки коротких трубчатых переходников из разнородных металлов, в которых сварочное сдавливание разнородных втулок, собранных внахлестку, осуществляется за счет роликовой раскатки охватываемой втулки при температуре диффузионной сварки (см. патент РФ №2188107 от 27.08.02 г.).

На этих установках изготавливаются методом диффузионной сварки переходники цирконий-сталь, в которых втулка из циркония является охватываемой.

Переходники цирконий-сталь служат для соединения циркониевых участков активной зоны в каналах атомных реакторов с концевыми участками из нержавеющей стали марки ОХ18Н10Т.

В процессе диффузионной сварки при нагреве свыше 850°С цирконий и его сплавы теряют коррозионную стойкость в пароводяной смеси теплоносителя и в результате становятся мало пригодными для длительной эксплуатации в каналах ядерных реакторов.

На практике после диффузионной сварки для повышения коррозионной стойкости циркониевой поверхности переходника, контактирующей с теплоносителем» производят операцию по холодной поверхностной деформации с помощью роликового обкатника. А после этой операции производят отжиг в вакууме при температуре 550°С в течение 15 часов, что обеспечивает длительную коррозионную стойкость

навесь период эксплуатации каналов. Такая многоступенчатая технология изготовления трубчатых переходников цирконий-сталь требует больших затрат времени и средств для обеспечения этой технологии оборудованием и квалифицированным техническим персоналом.

При проведении поисковых работ по снижению рабочего времени и трудозатрат на технологию по повышению коррозионной стойкости циркониевой части переходника в горячей воде и паре было установлено, что если циркониевый сплав, прошедший процесс диффузионной сварки, подвергнуть поверхностной деформации в интервале температур альфа-бетта перехода в его структуре и после этого провести короткий вакуумный отжиг при температуре 550°С, то его коррозионная стойкость значительно повысится и приблизится к коррозионной стойкости циркониевого сплава, прошедшего холодную поверхностную деформацию с последующим длительным отжигом в вакууме.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании установки для изготовления трубчатых переходников цирконий-сталь с помощью диффузионной сварки, в которой бы после процесса диффузионной сварки мог бы осуществляться и процесс горячей поверхностной деформации циркониевого сплава в переходнике, а после этого процесс короткого вакуумного отжига в пределах все той же вакуумной камеры для диффузионной сварки переходников.

Технический результат, получаемый в результате реализации заявляемой полезной модели, состоит в том, что конструкция заявляемой установки позволяет в одной вакуумной камере для диффузионной сварки окончательно изготовить переходник цирконий-сталь, у которого циркониевая часть будет коррозиоииостойка в горячей воде и паре.

Заявляемая конструкция вакуумной установки для изготовления трубчатых переходников из циркония и стали позволяет экономить время,

необходимое для изготовления переходника, расход электроэнергии и высококвалифицированный обслуживающий персонал при сохранении количества заготовок переходников, используемых ранее для загрузки установки только для проведения процесса диффузионно и сварки.

Указанный технический результат достигается тем, что в вакуумной установке для изготовления трубчатых переходников из циркония и стали, содержащей вакуумную камеру с роликовым раскатииком для диффузионной сварки, высокочастотный нагреватель, силовой шток-подъемник с приводом» установленным под вакуумной камерой соосно с роликовым раскатииком и нагревателем, и поворотную планшайбу с равномерно расположенными по окружности посадочными гнездами для переходников, снабженными центральными отверстиями для прохода силового штока-подъемника, в вакуумной камере рядом со сварочным роликовым раскатником на расстоянии не менее двух шагов между посадочными гнездами планшайбы установлен роликовый раскатник, предназначенный для поверхностного горячего деформирования циркониевой части переходника, а на одной оси с ним установлен нагреватель для отжига и силовой шток-подъемник с приводом;

- кроме того, на планшайбе шаг между центрами гнезд составляет не менее 150 мм.

Установка в вакуумной камере для диффузионной сварки дополнительного роликового раскатнвка, предназначенного для поверхностного деформирования циркониевой части переходника, позволяет, не охлаждая после диффузионной сварки переходник до комнатной температуры и не вынимая его из вакуумной камеры, производить горячую деформацию внутренней поверхности циркониевой части переходника по заданному режиму поверхностного деформирования

с помощью специальных раскатных роликов, выполненных на вращающихся штангах.

Наличие дополнительного высокочастотного нагревателя создает возможность сразу после процесса деформирования производить отжиг в вакууме при температуре 550°С, используя при этом все то же тепло, которое первоначально было затрачено на нагрев заготовки переходника до температуры диффузионной сварки 900°С. В этом случае дополнительный высокочастотный нагреватель используется только для поддержания нагрева переходника на уровне 550°С.

Все это позволяет экономить затраты на электроэнергию, необходимую для нагрева при горячей поверхностной деформации и последующего отжига, а также позволяет экономить на отдельном вакуумном оборудовании и рабочих местах для каждой из этих операций.

При этом в вакуумной камере установки процесс диффузионной сварки может протекать одновременно с процессом горячего поверхностного деформирования или отжига после него.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показана в разрезе по плоскостям В-О-В (см. фиг.7) вакуумная камера установки для изготовления трубчатых переходников цирконий-сталь, показанная для простоты с одним переходником-заготовкой, загруженным на поворотную планшайбу, т.е. показано начало технологического процесса изготовления переходника.

На фиг.2 показана вакуумная камера, в которой заготовка переходника нагревается в высокочастотном нагревателе до температуры диффузионной сварки.

На фиг.3 показан момент процесса диффузионной сварки, когда роликовым раскатником осуществляется сварочное сдавливание свариваемых поверхностей переходника.

На фиг. 4 показан процесс опускания сваренного переходника в посадочное гнездо поворотной планшайбы с последующем перемещением его под роликовый раскатник, предназначенный для поверхностного горячего деформирования циркониевой части переходника.

На фиг.5 показан процесс поверхностного горячего деформирования циркониевой части переходника с помощью роликового раскатится.

На фиг.6 показан процесс вакуумного отжига деформируемой поверхности циркониевой части переходника с последующим опусканием его после отжигав посадочное гнездо поворотной планшайбы.

На фиг.7 показано сечение вакуумной камеры установки по плоскости А-А (см. фиг.1) с видом на нагреватели и поворотную планшайбу с шестью посадочными гнездами.

Приведенная конструкция установки для изготовления трубчатых переходников из циркония и стали содержит вакуумную камеру 1 с водоохлаждаемыыи стенками, роликовый раскатник 2 для диффузионной сварки, роликовый раскатник 3 для горячего поверхностного деформирования внутренней поверхности циркониевой части переходника, пружинные устройства 4 для выталкивания переходника из опорного кольца 5, в котором производится роликовое сдавливание свариваемых заготовок или горячая деформация внутренней поверхности циркониевой части готового переходника, высокочастотные нагреватели б с вакуумными вводами 7, поворотную планшайбу 8 со сменными посадочными гнездами 9, силовой шток-подъемник 10 и два загрузочных люка 11.

Работает вакуумная установка следующим образом.

Через один из загрузочных люков 11 в камеру 1 загружают одну или несколько заготовок переходников и устанавливают в гнезда 9 поворотной планшайбы 8. Люк 11 закрывают и в камере 1 создают необходимый для диффузионной сварки вакуум, не хуже 5·10^-5С мм рт.ст. После этого

поворачивают планшайбу 8 таким образом, чтобы заготовка переходника 12 встала соосно с раскатииком 2 и нагревателем 6 (см. фиг.1), после чего силовым штоком-подъемником 10 поднимают заготовку 12 в нагреватель 6 (см. фиг.2), где нагревают заготовку до температуры диффузионной сварки (900°С), при этом температуру нагрева определяют пирометром, включенным в систему автоматики нагрева высокочастотного генератора.

После этого включают вращение роликового раскатника 2 и одновременно включают перемещение вверх силового тока 10, как показано на фиг.3. При вхождении заготовки переходника в опорное кольцо 5 верхний торец заготовки отжимает вверх пружинное устройство 4, которое после диффузионной сварки заготовки выталкивает сваренный переходник, зажатый между опорным кольцом 5 и роликами раскатника 2 в сторону поворотной планшайбы. После диффузионной сварки силовой шток опускают вниз ниже поворотной планшайбы 8, в результате чего сваренный переходник автоматически устанавливается в посадочное гнездо 9 (см. фиг.4). После этого нагретый переходник за счет поворота планшайбы на угол, включающий два шага между посадочными гнездами, устанавливают нагретый переходник на одной оси с роликовым раскатником 3, предназначенным для горячего поверхностного деформирования.

Температуру остывающего после диффузионной сварки переходника контролируют отдельным пирометром, который при охлаждении до температуры, необходимой для поверхностной деформации циркониевой части переходника (630-700°С), включает вращение роликового раскатника 3 и подъем силового штока 10, который поднимает и проталкивает переходник между опорным кольцом 5 и вращающимися роликами раскатника 3 (см. фиг.5). После операции поверхностного деформирования циркониевой части переходника силовой шток 10

опускает переходник в зону нагревателя 6, где переходник остывает до температуры вакуумного отжига (550°С), а потом с помощью нагревателя и автоматического пирометра эта температура поддерживается заданное время (см. фиг.6). После окончания отжига нагреватель 6 отключается и переходник за счет опускания силового штока 10 под поворотную планшайбу устанавливается в посадочное гнездо 9. После этого готовый переходник остается на поворотной планшайбе до тех пор, пока остальные загруженные вместе с ним заготовки не пройдут полный цикл изготовления, а если он был загружен один, то после охлаждения до 50-100°С в камеру напускают воздух, а переходник выгружают через люк 11.

1. Вакуумная установка для изготовления трубчатых переходников из циркония и стали, содержащая вакуумную камеру с роликовым раскатником для диффузионной сварки переходников, высокочастотный нагреватель, силовой шток-подъемник с приводом, установленным под вакуумной камерой соосно с роликовым раскатником и нагревателем, и поверхностную планшайбу с равномерно расположенными по окружности посадочными гнездами для переходников, снабженными центральными отверстиями для прохода силового штока-подъемника, отличающаяся тем, что в вакуумной камере рядом со сварочным роликовым раскатником на расстоянии не менее двух шагов между посадочными гнездами планшайбы установлен роликовый раскатник, предназначенный для поверхностного горячего деформирования циркониевой части переходника, а на одной оси с ним установлены высокочастотный нагреватель и силовой шток-подъемник с приводом.

2. Вакуумная установка по п.1, отличающаяся тем, что на планшайбе шаг между центрами гнезд составляет не менее 150 мм.