Способ изготовления дистанционирующей решетки из циркониевого сплава

 

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение в тепловыделяющих сборках ядерных реакторов для дистанционирования тепловыделяющих элементов. Технический результат изобретения - повышение надежности, упругих свойств ячеек дистанционирующей решетки, снижение усилий запрессовки в них тепловыделяющих элементов при сборке тепловыделяющих сборок и предотвращение повреждений поверхности тепловыделяющих элементов. В способе изготовления собранную дистанционирующую решетку подвергают отжигу при температуре, времени и разряжении, достаточных для снятия внутренних напряжений без окисления ячеек и обода, а затем температуру снижают до величины, достаточной для образования защитной окисной пленки на поверхности обода и ячеек дистанционирующей решетки, и дальнейшее охлаждение ведут в окислительной среде. Отжиг осуществляют при температуре 580±15^oС в течение не менее 180 мин при остаточном давлении 2•10^-3 мм рт.ст., температуру снижают до 500±20^oС, а образование защитной окисной пленки ведут с использованием в качестве окислительной среды атмосферного воздуха. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение в тепловыделяющих сборках (ТВС) ядерных реакторов для дистанционирования тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ).

Известен способ изготовления дистанционирующей решетки, включающий изготовление из сплава циркония с 1% ниобия шестигранного обода и ячеек с внутренними выступами, размещение в нем и закрепление точечной сваркой между собой и к ободу ячеек с внутренними выступами (см. Б.А.Дементьев. Ядерные энергетические реакторы, 11-е издание. М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 44).

Недостатками способа изготовления дистанционирующей решетки из циркониевого сплава являются - невысокая упругость выступов ячеек, не способных при установке тепловыделяющих элементов в достаточной мере упруго деформироваться; - склонность циркония к налипанию и схватыванию (см. Металлургия циркония. Перевод с английского. М.: Иностранная литература, 1959, с. 162-163), что не исключает повреждений поверхности циркониевой оболочки ТВЭЛ при сборке ТВС; - внутренние напряжения, возникающие при точечной сварке ячеек между собой, не исключающие деформацию и перекос ячеек в дистанционирующей решетке и соответственно не исключающие повреждений поверхности ТВЭЛа при запрессовке их в ячейки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления дистанционирующей решетки из циркониевого сплава, включающий изготовление из сплава циркония с 1% ниобия шестигранного обода и ячеек с внутренними выступами, размещение в нем и закрепление точечной сваркой между собой и к ободу ячеек с внутренними выступами (см. патент RU 2127001 по заявке 97104685/25 от 27.03.1997, опубликован 27.02.1999, бюллетень 6, МКИ 6 G 21 C 3/34. Дистанционирующая решетка ТВС). Известные недостатки известного способа присущи и способу-прототипу.

Кроме того, из-за невысокой упругости упомянутых выступов ячеек и применения при запрессовке ТВЭЛ в ячейки дистанционирующих решеток наконечников большего диаметра, чем диаметр ТВЭЛа, как расширителей стенок ячеек не исключена возможность образования между ТВЭЛом и стенкой ячейки зазоров, что при работе в ядерном реакторе при колебаниях ТВЭЛа в возможном зазоре может произойти разрушение циркониевой оболочки ТВЭЛа (см. Металлургия циркония. Перевод с английского. М.: Иностранная литература, 1959, с. 298), так как цирконий отличается склонностью к разъедающей коррозии, появляющейся в результате истирания металла между соприкасающимися поверхностями.

При запрессовке ТВЭЛов в ячейки дистанционирующих решеток с применением конусных расширителей стенок ячеек может возникнуть смещение стенок ячеек, деформация соседних ячеек и станет не возможным запрессовка ТВЭЛ в соседние ячейки дистанционирующей решетки, так как при этом не исключено повреждение ячейки, либо повреждение и разрушение поверхности ТВЭЛа.

Технической задачей изобретения является повышение надежности, упругих свойств ячеек, снижение усилий запрессовки тепловыделяющих элементов в ячейки дистанционирующих решеток при сборке тепловыделяющей сборки и предотвращение повреждений поверхности тепловыделяющих элементов при этом. Эта техническая задача решается тем, что в способе изготовления дистанционирующей решетки из циркониевого сплава, включающем изготовление шестигранного обода и ячеек с внутренними выступами, размещение в нем и закрепление точечной сваркой между собой и к ободу ячеек; согласно изобретению собранную дистанционирующую решетку подвергают отжигу при температуре, времени и разряжении, достаточных для снятия внутренних напряжений без окисления ячеек и обода, а затем температуру снижают до величины, достаточной для образования защитной окисной пленки на поверхности обода и ячеек дистанционирующей решетки, и дальнейшее охлаждение ведут в окислительной среде.

Другими отличиями являются: отжиг осуществляют при 580±15^oС в течение не менее 180 мин при остаточном давлении 2•10^-3 мм рт.ст.; температуру снижают до 500±20^oС, а образование защитной окисной пленки ведут с использованием в качестве окислительной среды атмосферного воздуха.

Выполнение отжига дистанционирующей решетки при вышеприведенных режимах позволит снять внутренние напряжения с ячеек и обода дистанционирующей решетки, а охлаждение на воздухе с температуры 500^oС до комнатной температуры позволит образовать на поверхности дистанционирующей решетки окисный слой, повысить при этом твердость и прочность за счет кислорода, повысить надежность и упругие свойства ячеек, снизить усилия запрессовки в них тепловыделяющих элементов за счет исключения фактора схватывания между соприкасающимися поверхностями (ТВЭЛами и ячейками дистанционирующей решетки) при сборке тепловыделяющей сборки и предотвратить повреждение поверхности тепловыделяющих элементов при этом.

Способ изготовления дистанционирующей решетки осуществляют следующим образом. Ячейки из циркониевого сплава с 1% ниобия с внутренними выступами выкладывают с образованием поля ячеек с внутренними выступами, точечной сваркой закрепляют между собой ячейки и подвергают обезжириванию, затем поле ячеек закрепляют точечной сваркой к ободу и подвергают обезжириванию. Дистанционирующую решетку подвергают отжигу при 580±15^oС в течение не менее 180 мин при остаточном давлении 2•10^-3 мм рт.ст. Режимы выбраны оптимальными и увеличение температуры выше заданной может привести к короблению дистанционирующей решетки, а снижение температуры не позволит решить техническую задачу. Температуру снижают до 500±20^oС и охлаждают на воздухе с образованием на поверхности дистанционирующей решетки окисной защитной пленки, предохраняющей от коррозии. Режимы также выбраны оптимальными. Образовавшийся на поверхности ячеек и ободе окисный слой позволяет решить поставленную техническую задачу и, кроме того, при сборке тепловыделяющей сборки отпадает необходимость применения конусных съемных наконечников, используемых как расширители ячеек.

Формула изобретения

1. Способ изготовления дистанционирующей решетки из циркониевого сплава, включающий изготовление шестигранного обода и ячеек с внутренними выступами, размещение в нем и закрепление точечной сваркой между собой и к ободу ячеек, отличающийся тем, что дистанционирующую решетку подвергают отжигу при температуре, времени и разряжении, достаточных для снятия внутренних напряжений без окисления ячеек и обода, а затем температуру снижают до величины, достаточной для образования защитной окисной пленки на поверхности обода и ячеек дистанционирующей решетки, и дальнейшее охлаждение ведут в окислительной среде.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отжиг осуществляют при 580±15^oС в течение не менее 180 мин при остаточном давлении 2•10^-3 мм рт. ст.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что температуру снижают до 500±20^oС, а образование защитной окисной пленки ведут с использованием в качестве окислительной среды атмосферного воздуха.