Проблемы комплексной технологии обеспечения точности полых шестигранных корпусов

ференции (Курган, 8-10 декабря 2010 г). Курган, Изд-во Курганского гос. ун-та, 2010. С. 195-201.

V.E. Ovsyannikov, V.A. Frolov, Ju.G. Gurevich

INNOVATIVE MANUFACTURING TECHNIQUES OF THE STEEL POWDER The theoretical substantiation and questions of practical realisation of new manufacturing techniques of a steel powder on the basis of diffusive oxidation of a powder of grey cast-iron cooperating with a ferrous dross at heating are considered Key words: dross, steel powder, cast-iron, diffusive oxidation.

Получено 26.12.11

УДК 621.7-1; 621.98; 621.9.01

А.В. Кутергин, асп., 8-910-703-76-66, Lizard 1371 @yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

А.С. Ямников, д-р техн. наук, проф.,

ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ПОЛЫХ ШЕСТИГРАННЫХ КОРПУСОВ

Обозначены проблемные позиции в технологии изготовления шестигранных корпусов исследовательских ядерных реакторов. Показано, что трудности в обеспечении заданной точности вызваны явлениями технологической наследственности из-за больших остаточных напряжений при гибке и сварке листовых заготовок.

Ключевые слова: гибка листа, сварка, точность, неплоскостность, шестигранный корпус, механическая обработка.

Основной задачей работы является создание технологии изготовления шестигранного корпуса, усечённого по одной стороне из листового проката, гнутого, с одним сварным швом при обеспечении заданной точности. Данное изделие применяется в качестве корпуса активной зоны реактора ИБР-2. Ядерный исследовательский реактор ИБР-2 средней мощностью 1,5 МВт является импульсным реактором периодического действия на быстрых нейтронах. Он используется в качестве импульсного источника нейтронов для научных исследований во многих областях физики с применением метода спектрометрии по времени пролета. Исходя из того, что ИБР-2 относится к особому классу реакторов, а корпус является одной из наиболее ответственных частей установки, к выбору конструкционных материалов, контролю качества при изготовлении и точности предъявляются жесткие требования. Корпус реактора представляет собой комбинированный сосуд, работающий под давлением Pmax<3 кгс/см2 при темпера-

туре от 300 до 400°С. На уровне активной зоны корпус имеет неправильное шестигранное сечение. Именно эта часть корпуса является наиболее ответственной. Высота шестигранника 850 мм. Толщина стенки корпуса шестигранника 7 мм [1].

Выбор материала для изготовления шестигранника основан на эмпирических данных, а именно, на опыте работы реактора ИБР-2 с 1978 по 2006 годы. Корпус выполнен из аустенитой стали марки 12Х18Н9Т, характеризующейся низким содержанием углерода, ограничением по альфа-фазе, повышенной чистотой шихты, высокой пластичностью и малой склонностью к трещинообразованию в околошовной зоне при повышенной температуре, высокой коррозионной стойкостью и повышенной стойкостью против термоциклической усталости. Химический состав приведен в таблице [2].

Химический состав материала 12Х18Н9Т

С Si Мп № S Р Сг Си

до 0,12 до 0,8 До2 СЛ до 0,02 до 0,035 17... 19 до 0,3 (0,5...0,8)Ті Остальное Fe

Существующая технология производства включает в себя гибку заготовки на листогибочном прессе с последующей аргонодуговой сваркой. Сварка проводится при тщательном соблюдении термического режима, так как готовое изделие эксплуатируется при высоких температурах и под давлением. Обработка поверхности детали производится фрезерованием. Несмотря на большие габаритные размеры корпуса, требования предъявляются жёсткие. Отклонения от плоскостности по всей длине изделия не должны превышать двух миллиметров. Это должно достигаться как на стадии гибки листа, так и при последующей сварке во избежание завалов стенок.

К усечённой стороне шестигранника активной зоны примыкает подвижный отражатель. Подвижный отражатель является сложной механической системой, обеспечивающей надежную работу двух частей, определяющих модуляцию реактивности: основной подвижный отражатель (ОПО) и дополнительный подвижный отражатель (ДПО). Роторы ОПО и ДПО вращаются в противоположных направлениях с разными скоростями. В момент совмещения обоих отражателей у зоны реактора генерируется импульс мощности. Он используется для периодической модуляции реактивности и создания импульсов мощности на ИБР-2. Вращение этих лопастей ОПО и ДПО происходит на расстоянии порядка 5 мм от корпуса, а максимально допустимые отклонения в горизонтальной плоскости составляют 0,3...0,7 мм. И это при внушительных размерах - каждая лопасть имеет ширину 50 мм и длину более двух метров.

Помимо подвижного отражателя, к стенкам корпуса прилегают органы системы управления и защиты контрольно-измерительных приборов. Предположим, что в какой - то части корпуса существует неровность, которая приводит к более близкому прилеганию органа системы управления и защиты и контрольно-измерительных приборов, что, в свою очередь, вводит дополнительную реактивность, а это значит, что в какой-то момент времени больше нейтронов возвращается в активную зону и число делений растёт. В связи с тем, что теоретические расчёты расходятся с практикой, процесс управления цепной реакцией, а следовательно и реактором усложняется.

Для достижения требуемой точности следует использовать специальную оснастку и крепежи для гибки и сварки листа, которая должна жёстко удерживать заготовку во избежание перекосов и неплоскостности. Затем необходимо произвести механическую обработку сварного шва и заготовки в целом для придания поверхности более ровного вида, например, фрезерованием, для чего возможно применение специально разработанной насадки.

Схема реактора ИБР-2М

Во время сварки в каждой точке сварного соединения возникают напряжения и деформации.

В начальный период сварки происходит нагрев металла, а затем естественное остывание. В этом процессе напряжения и деформации существенно изменяются по величине, знаку, характеру распределения в том

или ином сечении. Временные напряжения и деформации по мере старения постепенно переходят в остаточные.

При образовании в каждой точке металла деформаций формируются перемещения свариваемых элементов и за счет этого возникает формоизменение изделия после сварки. Остаточные напряжения и деформации необходимо уменьшить. Уменьшение остаточных напряжений и деформаций может быть достигнуто рациональным выбором способа и режимов сварки, равномерным разогревом заготовки с целью уменьшения угловых деформаций, применением сборочно-сварочной оснастки с последующей черновой и чистовой фрезерной обработкой как шва, так и поверхности корпуса в целом.

Работа представлена на Международной Интернет-конференции по металлургии и металлообработке, проведенной ТулГУ 1 - 30 июня 2011 г.

Список литературы

1. Аксенов В.Л. Импульсные реакторы для нейтронных исследований // Физика элементарных частиц и атомного ядра, 1995. Т. 26. Вып. 6. 1449 с.

2. Марочник сталей и сплавов: справочник / под общ. ред.

А.С. Зубченко. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.

A.V. Kutergin, A.S. Yamnikov

THE PROBLEMS OF AGGREGATE TECHNOLOGY OF ASSURANCE OF ACCURACY OF HOLLOW SIX-SIDED VESSELS

Problem positions in manufacturing techniques of six-sided vessels of research reactors are indicated. It is shown that difficulties in the assurance of prescribed accuracy are caused by the phenomena of the technological heredity because of the large residual stress at banding and welding of blanks.

Key words: banding, welding, accuracy, nonflatness, the six-sided vessel, machining.

Получено 14.01.12