Автоматичне зварювання, 2023, №03



2023 №03 (04)

DOI of Article 10.37434/as2023.03.05

2023 №03 (06)

---

Журнал «Автоматичне зварювання», № 3, 2023, с. 27-38

Математичне моделювання залишкових напружень в композитному зварному з’єднанні перехідної втулки колектора до патрубка парогенератора ПГВ-440

А.А. Макаренко¹, О.В. Махненко²

¹НТК ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України, 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11.
²ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

В елементах обладнання та трубопроводів діючих атомних електростанцій (АЕС) використовувались композитні зварні з’єднання різнорідних матеріалів, як правило, сталей феритно-перлітного (бейнітного) і аустенітного класів. Значна різниця в хімічному складі основного і зварювальних матеріалів призводить до хімічної і структурної неоднорідності металу в зоні з’єднання, а за рахунок різниці в коефіцієнтах температурного розширення матеріалів в процесі зварювання та післязварювальної термообробки утворюються високі нерелаксовані залишкові напруження, які суттєво впливають на міцність, довговічність та корозійну стійкість елементів обладнання. Значні труднощі з експериментального виміру залишкових напружень ускладнюють їх врахування при визначенні ресурсу елементів обладнання атомних електростанцій. Пошкодження зварного з’єднання Ду-1100 вузла приварки перехідної втулки колектору теплоносія з нержавіючої сталі 08Х18Н10Т до патрубка корпусу парогенератора зі сталі 22К є однією з проблем безпечної експлуатації атомних енергоблоків ВВЕР-440. При цьому відсутні систематизовані відомості про характер та причини виникнення цих пошкоджень. У зв’язку з цим методами математичного моделювання проведений аналіз мікроструктурного фазового складу і залишкових напружень, що виникають в даному з’єднанні при зварюванні, та їх вплив на ресурс зварного вузла. Аналіз результатів математичного моделювання теплових процесів, мікроструктурних фазових перетворень і напружено-деформованого стану (НДС) в композитному зварному з’єднанні показав, що при порушеннях технології наплавлення і зварювання при виготовленні парогенератору, а саме недотримання умов попереднього і супутнього підігріву (T ≥ 200 °C), можлива наявність загартованих структур в ЗТВ металу патрубка (Ст22К) і зниження характеристик тріщиностійкості матеріалу. Визначені досить високі залишкові напруження розтягу на внутрішній поверхні композитного з’єднання, яка під час експлуатації контактує з корозійною середою теплоносія, а також в зоні примикання (сплавлення) матеріалу перлітної сталі патрубка до аустенітного металу зварного шву, в якій існує висока вірогідність утворення дефектів несуцільності при зварюванні, що може негативно впливати на міцність і структурну цілісність зварного вузла патрубка парогенератора (ПГ) при подальшій довгостроковій експлуатації. Бібліогр. 17, рис. 15.
Ключові слова: композитне зварне з’єднання, парогенератор ПГВ-440, зона термічного впливу, мікроструктурні фазові перетворення, залишкові напруження, математичне моделювання


Надійшла до редакції 08.03.2023

Список літератури

1. Махненко В.И., Сапрыкина Г.Ю. (2002) Роль математического моделирования в решении проблем сварки разнородных сталей (обзор). Автоматическая сварка, 3, 18‒28.
2. Махненко О.В., Козлитина С.С., Дзюбак Л.И. и др. (2010) Риск образования карбидов и σ-фазы при сварке высоколегированных хромоникелевых сталей. Там же, 12, 9‒12.
3. Wenchun J., Wanchuck W., Yun L. et al. (2017) Residual Stress Distribution in a Dissimilar Weld Joint by Experimental and Simulation study. J. of Pressure Vessel Technology, 139, 011422-1-011422-10.
4. Deng D., Ogawa K., Kiyoshima S. et al. (2009) Prediction of residual stresses in a dissimilar metal welded pipe with considering cladding, buttering and post weld heat treatment. Computational Material Sci., 47, 398-408.
5. Касаткин О.Г., Царюк А.К., Скульский В.Ю. и др. (2007) Способ повышения сопротивляемости локальным повреждениям сварных соединений трубопроводов АЭС. Автоматическая сварка, 3, 32–35.
6. Ходаков В.Д., Харина И.Д., Корнеев А.Е. (2008) Исследование характера и причины повреждений разнородных сварных соединений узла приварки переходного кольца к патрубку Ду1100 Нововоронежской и Кольской АЭС. Сб. тр. 10-й Межд. конф., СПб., октябрь 2008. Т. 2. СПб, Прометей.
7. Варданян А.М. (2017) Оценка влияния условий эксплуатации на остаточный ресурс узлов парогенераторов энергоблоков ВВЕР-440: афтореф. дис. ... канд. техн. наук. Ереван, НПУА.
8. Парогенератор ПГВ-213: Инструкция по эксплуатации У 213-И-553.
9. Корпус парогенератора: Паспорт. 1137.50.06.000 ПС.
10. Корпус парогенератора. Паспорт. 1137.50.07.000 ПС.
11. Махненко В.И. (2006) Ресурс безопасной эксплуатации сварных соединений и узлов современных конструкций. Киев, Наукова думка.
12. Касаткин О.Г., Зайффарт П. (2002) Расчетные модели для оценки механических свойств металла ЗТВ при сварке низколегированных сталей. Сб. тр. Междунар. конф. «Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах», г. Киев, сс. 103‒106.
13. Зубченко А.С. (2003) (ред.) Марочник сталей и сплавов. Москва, Машиностроение.
14. Seyfarth, Meyer, Scharf (1992) Großer Atlas Schweiß-ZTU-Schaubilderю Fachbuchreihe Schweißtechnik, 110. Düsseldorf, DVS Verlag.
15. (2003) Механические свойства конструкционных материалов при сложном напряженном состоянии. Лебедев А.А. (ред.). Киев, Изд. дом «Ин Юре».
16. Saunders N., Guo U.K., Li X. et al. (2003). Using JMatPro to model materials properties and behavior. JOM, 55, 60‒65. DOI: https://doi.org/10.1007/s11837-003-0013-2
17. Margolin B.Z., Gulenko A.G., Kursevich I.P. et al. (2006). Modeling for fracture in materials under long-term static creep loading and neutron irradiation. Pt 2. Prediction of creep rupture strength for austenitic materials. Strength of Materials, 38(5), 449‒457.

---

Реклама в цьому номері:

---