Выдавливание трубных заготовок

Подготовка заготовок к горячему выдавливанию в большинстве случаев завершается укупоркой их в медную оболочку или нанесением на их по­верхность электрохимическим спосо­бом слоя меди толщиной от 50 до 250 мкм. Эта операция имеет целью защитить поверхность металла от окисления и загрязнения. Слой меди служит так же смазкой. Выдавливание может проводится и без оболочки после нагрева в соляных ваннах или путем покрытия жидким стеклом. Температура выдавливания порядка 800 ⁰С.

Рис.4.

Выдавливание трубной заготовки.

Скорость выдавливания составляет 15 — 20 мм/с. Трубные заготовки имеют толщину стенки 193 мм и наружный диаметр 298 мм.

Прокатка труб

Следующей технологической операцией при производстве тонкостенных труб является их обработка на станах холодной прокатки. Не останавливаясь на конструкционных особенностях этих станов, отметим, что это станы валкового типа («Рокрайт», ХПТ т. п.) с подвижными и неподвижными клетями. На этом оборудовании за один — два перехода из толстостенных труб получают трубы с диаметром, примерно только вдвое превышающим диаметр готовой трубы. При прокатке на станах ХПТ (холодная прокатка труб) степень деформации за переход обычно составляет 40—70% в зависимости от состава и состояния циркониевого сплава и размеров исходной трубы. (рис.5).

Прокатка трубы на стане ХПТ

Рис.5

I — начало рабочего хода; II — конец рабочего хода. 1 — калибры; 2 — оправка; 3 — труба

Прокатка труб на станах ХПТ неизбежно связана с неравномерностью деформации по сечению и длине трубы, которая зависит в основном от формы (геометрии) калибров, степени деформации за переход и величины подачи. Главным условием качественной прокатки является установление такого режима деформации, который обеспечил бы получение единообразия геометрии и текстуры по сечению в стенке труб.

Для снятия наклепа (деформационного упрочнения) и повы­шения вязкости трубы перед последующей прокаткой подвергают промежуточному отжигу, который проводят в вакууме с оста­точным давлением не более 0,0133 Па, чтобы исключить поглощение сплавом азота и кислорода, ухудшающих механиче­ские и антикоррозионные свойства сплавов. Температура отжи­га зависит от состава сплава и степени его холодной деформа­ции, но для промышленных относительно малолегированных спла­вов, какими являются циркалой и бинарные сплавы с 1 и 2,5 % N5, она обычно составляет 580-700 ⁰С. Длительность отжига выбирается с учетом массы загрузки, типа печи и составляет 1—2,5 ч.

Прокатка труб на конечный размер является одной из важней­ших технологических операций, определяющих качество получае­мых канальных труб. Предыдущие операции холодной обработки имели целью уменьшить размеры труб, приблизить их к размерам готовой трубы, улучшить качество поверхности и точность геометрических размеров по сравнению с исходной выдавленной трубой, а также заложить основы тре­буемой текстуры. Заключительная операция холодной прокат­ки и ее деформационный процесс формируют и определяют ка­чество готовых изделий.

Подавляющее большинство стран и фирм, производящих цир­кониевые канальные трубы, используют для получения труб готового размера прокатку на пилигриммовых станах или на ста­нах роликового типа — ХПТР. При прокатке труб на стане ХПТР основная деформация идет по стенке трубы (до 60 %) при сравни­тельно незначительном изменении ее среднего диаметра. При та­кой прокатке отношение деформаций по стенке и диаметру (показатель Q) достигает значения 4 — 5. Степень деформации при конечной прокатке выбирают с учетом требуемых свойств гото­вых труб, которые зависят не только от степени деформации, величины Q, но и от режима термообработки.

Существует определенная зависимость между деформацией трубы и ее текстурой. Для предотвращения гидридного растрескивания каналов в процессе эксплуатации необходимо иметь тангенциальную ориентацию гидридов. Необходимым условием для этого является соотношение между деформацией трубы по диаметру и по толщине стенки. Деформация по толщине стенки должна быть больше, чем по диаметру, а a-зерна должны быть ориентированы так, что бы нормаль к плоскости базиса была близка к радиальному направлению. Для благоприятной тангенциальной ориентации гидридов величина Q должна быть больше трех.

Для обеспечения прямолинейности готовых труб на специальных станках проводится операция их правки. Изгиб трубы на длине 500 мм не должен превышать 0,5 мм.

Заключительной операцией является отделка поверхности труб. Основной целью является повышение коррозионных свойств, а так же корректировка и доводка размеров. Эта операция включает в себя травление в кислотном растворе и различного рода обработку поверхности (шлифовка, полировка, электрополировка, струйная обработка и т.д.).

Зарубежные и отечественные технические условия (специфика­ции) предусматривают обязательный контроль и испытания труб по многим параметрам. Предусмотрены и разработаны процедуры разрушающего (выборного) и неразрушающего контроля. Основные параметры контроля показаны на рис.6.

Рис.6.

Операции контроля и испытания готовых труб.

Каналы ядерных реакторов работают в очень тяжёлых условиях. Поэтому они весьма чувствительны даже к небольшим дефектам, внешним воздействиям и различного рода напряжениям.

Высокие требования, предъявляемые к циркониевым каналам, удовлетворяются как строгим соблюдением технологических режимов их производства, так и тщательным их контролем.

Теоретически обоснованные представления о влиянии технологии изготовления циркониевых труб на весь комплекс их свойств отсутствуют, как нет и таких методов испытания труб, которые могли бы в полной мере воспроизвести напряжения и деформации каналов в условиях работы реактора. Тем не менее, опыт эксплуатации циркониевых каналов позволил выработать определенную инженерную систему обеспечения качества канальных труб, которая включает и учитывает:

1) требования спецификаций и технических условий на трубы;

2) обеспечение качества материалов, полуфабрикатов;

3) соблюдение технологического процесса производства труб и его контроль;

4) контроль готовой продукции и анализ результатов контроля;

5) дополнительные лабораторные исследования качества и свойств готовой продукции.

Процесс включает следующие основные технологические переделы: получение металлического циркония; плавку и отливку слитков; изготовление трубных заготовок из слитков методами горячей деформации и механической обработки; горячее выдавливание толстостенных труб; производство труб методами холодной деформации до конечного размера в сочетании с различными промежуточными операциями.

Принципиальная схема производства труб показана на рисунке ниже, хотя надо иметь в виду, что на разных заводах многие технологические операции могут выполняться по-разному в зависимости от способа получения циркония и его качества, от состава сплава и способа переплавки, от принятой деформационной схемы и термической обработки изделий и т.д.