Научная статья на тему 'ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИТНЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ УСТАНОВОК АЭС, ВОССТАНОВЛЕННЫХ МЕТОДОМ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ'

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИТНЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ УСТАНОВОК АЭС, ВОССТАНОВЛЕННЫХ МЕТОДОМ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
25
7
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОВЕРХНОСТНОЕ ПЛАСТИЧЕСКОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ / ОСТАТОЧНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ / МИКРОТВЕРДОСТЬ / КИНЕТИЧЕСКОЕ ИНДЕНТИРОВАНИЕ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Уразов О.В., Егоров В.Г., Данилов А.Д., Дроздов И.Г.

На Нововоронежской атомной электростанции была разработана уникальная методика и спроектировано оборудование для восстановления поврежденных композитных сварных соединений (СС) трубопроводов различных диаметров методом поверхностного пластического деформирования (ППД) без остановки ядерного блока. Приведены результаты исследования физико-механических характеристик восстановленных СС для подтверждения их соответствия эксплуатационным требованиям. Для этого был изготовлен полномасштабный тест-образец сварного соединения дыхательного трубопровода АЭС с энергоблоком ВВЭР-1000. Измерение остаточного смещения поверхностного слоя выполнили на 3D цифровом микроскопе Keyence VHX-600. Анализ деформации поверхностного слоя показал высокую сходимость расчетных и экспериментальных данных. С целью сравнения значений твердости для исходной и обработанной поверхности методом ППД были проведены измерения твердости по Виккерсу с помощью твердомера Zwick ZHU2,5. По результатам измерения твердости был сделан вывод, что значения твердости для однопроходного и двухпроходного режима отличаются незначительно. Измерение микротвердости металла вырезки проводили в соответствии с ГОСТ 9450-76 на полуавтоматическом твердомере Zwick ZHV10, который позволяет измерять твердость по Виккерсу при нагрузках от 10 г до 10 кг. Для определения значений твердости поверхности был использован метод инструментального индентирования (регламентируется ГОСТ Р 8.748) с помощью прибора ТЕСТ-5У. Исследование остаточных напряжений по глубине материала было выполнено методом Соуэтта и Ванкромбрюгге. Сопоставление результатов испытаний на циклическую прочность образцов, прошедших обработку методом ППД при sа =(194-208) МПа, показало их преимущество по долговечности более чем в 10 раз

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

STUDY OF THE PHYSICAL AND MECHANICAL CHARACTERISTICS OF THE COMPOSITE WELDED JOINTS OF NPP INSTALLATIONS RESTORED BY THE METHOD OF SURFACE PLASTIC DEFORMATION

At the Novovoronezh nuclear power plant, a unique technique was developed and equipment was designed for the restoration of damaged composite welded joints of pipelines of various diameters by the method of surface plastic deformation (SPD) without shutting down the nuclear unit. The article presents the results of a study of the physical and mechanical characteristics of the restored joints to confirm their compliance with operational requirements. For this, we made a full-scale test sample of the welded joint of the NPP breathing pipeline with the VVER-1000 power unit. We measured the residual displacement of the surface layer on a Keyence VHX-600 3D digital microscope. An analysis of the deformation of the surface layer showed a high convergence of the calculated and experimental data. In order to compare the hardness values for the original and processed surface by the SPD method, we carried out Vickers hardness measurements using a Zwick ZHU2.5 hardness tester. Based on the results of hardness measurements, we concluded that the hardness values for single-pass and double-pass modes differ insignificantly. We measured the microhardness of the cut metal in accordance with GOST 9450-76 on a Zwick ZHV10 semi-automatic hardness tester, which makes it possible to measure the Vickers hardness at loads from 10 g to 10 kg. To determine the surface hardness values, we used the instrumental indentation method (regulated by GOST R 8.748) using the TEST-5U instrument. We carried out the study of residual stresses along the depth of the material by the Sowett and Vancrombrugge method. Comparison of the results of testing for cyclic strength of the samples that have been processed by the PPD method at sа = (194-208) MPa showed their advantage in durability by more than 10 times

Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИТНЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ УСТАНОВОК АЭС, ВОССТАНОВЛЕННЫХ МЕТОДОМ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ»

Машиностроение и машиноведение

DOI 10.36622/VSTU.2022.18.3.018 УДК 621.7

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИТНЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ УСТАНОВОК АЭС, ВОССТАНОВЛЕННЫХ МЕТОДОМ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

О.В. Уразов1, В.Г. Егоров2, А.Д. Данилов3, И.Г. Дроздов3

Филиал АО «Концерн Росэнергоатом» «Нововоронежская атомная станция»,

г. Нововоронеж, Россия 2Воронежский государственный университет инженерных технологий, г. Воронеж, Россия

3Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия

Aннотация: на Нововоронежской атомной электростанции была разработана уникальная методика и спроектировано оборудование для восстановления поврежденных композитных сварных соединений (СС) трубопроводов различных диаметров методом поверхностного пластического деформирования (ППД) без остановки ядерного блока. Приведены результаты исследования физико-механических характеристик восстановленных СС для подтверждения их соответствия эксплуатационным требованиям. Для этого был изготовлен полномасштабный тест-образец сварного соединения дыхательного трубопровода АЭС с энергоблоком ВВЭР-1000. Измерение остаточного смещения поверхностного слоя выполнили на 3D цифровом микроскопе Keyence VHX-600. Анализ деформации поверхностного слоя показал высокую сходимость расчетных и экспериментальных данных. С целью сравнения значений твердости для исходной и обработанной поверхности методом ППД были проведены измерения твердости по Виккерсу с помощью твердомера Zwick ZHU2,5. По результатам измерения твердости был сделан вывод, что значения твердости для однопроходного и двухпроходного режима отличаются незначительно. Измерение микротвердости металла вырезки проводили в соответствии с ГОСТ 9450-76 на полуавтоматическом твердомере Zwick ZHV10, который позволяет измерять твердость по Виккерсу при нагрузках от 10 г до 10 кг. Для определения значений твердости поверхности был использован метод инструментального индентирования (регламентируется ГОСТ Р 8.748) с помощью прибора ТЕСТ-5У. Исследование остаточных напряжений по глубине материала было выполнено методом Соуэтта и Ванкромбрюгге. Сопоставление результатов испытаний на циклическую прочность образцов, прошедших обработку методом ППД при ста =(194-208) МПа, показало их преимущество по долговечности более чем в 10 раз

Ключевые слова: поверхностное пластическое деформирование, остаточное напряжение, микротвердость, кинетическое индентирование

Введение

Опыт эксплуатации производственных и энергетических объектов показывает, что абсолютно на всех типах эксплуатируемого оборудования имеются проблемные критические элементы (сварные соединения I (СС), узлы, зоны), подверженные образованию и ускоренному развитию эксплуатационных повреждений. В таких случаях возникает необходимость проведения компенсирующих мероприятий, приводящих к восстановлению служебных свойств до приемлемого уровня в целях обеспечения эксплуатационной надежности благодаря повышению прочности деталей машин и конструкций в течение всего срока службы или хотя бы до срока планируемой замены оборудования. Наиболее сложными, в плане прове-

© Уразов О.В., Егоров В.Г., Данилов А.Д., Дроздов И.Г. 2022

дения ремонтных работ, являются регулярные случаи повреждения сварных соединений трубопроводов под действием циклических растягивающих напряжений [1-4].

На Нововоронежской атомной электростанции была разработана методика и спроектировано оборудование для восстановления поврежденных поверхностей трубопроводов различных диаметров методом поверхностного пластического деформирования (ППД), приводящего к изменению распределения напряжений по толщине [5-10].

Изготовление тест-образца

Для апробации метода роликовой накатки на примере сварных соединений дыхательного трубопровода АЭС с энергоблоком ВВЭР-1000 был изготовлен полномасштабный тест-образец. Этот образец был использован для от-

работки технологии накатки композитных сварных соединений.

Было изготовлено 2 сварных соединения (рис. 1) из 4-х темплетов, вырезанных из сектора трубы 099Ох7О мм с точным воспроизведением технологии плакирования и сварки, применяемых в монтажных условиях для компенсатора давления (КД) с трубопроводом Ду 350 (0 426х40 мм).

Сварку и наплавку выполняли в соответствии с Технологической инструкцией № ТИ 10818.25 2 90.00001 на наплавку и сварку трубопроводов из плакированных труб 0 351х36 мм и 0 426х40 мм из стали 10ГН2МФА+08Х19Н10Г2Б для В-1000.

Измерение остаточного смещения поверхностного слоя

Исследования выполняли на 3D цифровом микроскопе Кеуепсе УНХ-600, обеспечивающем вывод информации на компьютер и последующую обработку изображений.

С помощью функции построения 3D профиля измерены остаточные смещения поверхностного слоя для следующих режимов обработки: одиночное вдавливание роликом,

нагрузкой, однопроходный и двухпроходный режимы с нагрузкой 2500 Н (рис. 2).

Рис. 1. Модельное композитное сварное соединение Результаты измерений представлены в табл. 1.

а) б)

Рис. 2. Измерение деформации поверхностного слоя: после одиночного вдавливание ролика нагрузкой 2500 Н без прохода

(а); после однопроходной обработки с нагрузкой 2500 Н (б)

Таблица 1

Результаты измерения деформации поверхностного слоя

Режим обработки Остаточное смещение поверхностного слоя (измеренное), мкм Расчетное значение смещения поверхностного слоя, мкм

Одиночное вдавливание роликом с нагрузкой 250 кг. 39,2 34

Двухпроходный с нагрузкой 250 кг. 31 28

Расчетное значение остаточного смещения поверхностного слоя для однопроходного режима с нагрузкой 2500 Н составляет 28 мкм, что говорит о хорошей сходимости расчетных и экспериментальных данных. Также проведенный анализ состояния поверхности зоны наклепа показал отсутствие проскальзывания, зали-пания ролика на обрабатываемой поверхности, что указывает на правильный выбор рабочих параметров и хорошее исполнение рабочего узла.

Измерение твердости по Виккерсу

С целью сравнения значений твердости для исходной и обработанной поверхности методом ППД были проведены измерения твердости по Виккерсу с помощью твердомера Zwick

* а i * I 1з I Б т

— - ■:■-" ■ LC | <=-т~ I Гч» » -В"1Г

rt п "J н>г : па ¡-и

**

щ

4

2Ни2,5, позволяющего определять твердость по Роквеллу, Бринеллю, Мартенсу, Виккерсу, Кнуппу с записью диаграмм индентирования и имеющего совмещенный оптический микроскоп для измерения полученного отпечатка.

Измерения проведены в соответствии с ГОСТ 2999-75 [11] при нагрузке 294,2 Н (30 кг). Вид диаграмм индентирования представлен на рис. 3. Также на рис. 4 представлены полученные отпечатки исходной и обработанной поверхностей. Результаты измерения значений твердости представлены в табл. 2.

Следует обратить внимание на топографию зоны вокруг отпечатка (рис. 4), где происходит пластическое деформирование при внедрении индентора.

Cil г

Таблица 2

Результаты измерении твердости по Виккерсу

Поверхность стали HV30 Среднее значение HV30

Исходная 193; 187; 188; 189; 189. 189,2

Однопроходная обработка 227; 224; 228; 222; 226. 225,4

Двухпроходная обработка 228; 226; 228; 233; 228. 228,6

Величина и форма наплыва, а также топография наращивания позволяют оценить упрочняемость стали и предел текучести без изготовления разрывных образцов. Предварительный анализ отпечатков показывает высокий уровень стесненности металла в поверхностных слоях, что, в свою очередь, указывает на высокие остаточные деформации сжатия металла поверхности, а поднятие краев отпечатка по сравнению с исходным состоянием -на снижение упрочняемости.

По результатам измерения твердости можно сделать вывод, что значения твердости для однопроходного и двухпроходного режимов отличаются незначительно. Однако данный вывод нельзя сделать при сравнении значений твердости исходной и обработанной поверхностей, так как разница средних значений составляет около 17%.

компьютера с последующим переводом размера отпечатка в единицы твердости с применением программного обеспечения твердомера. Результаты измерения микротвердости для однопроходного режима и двухпроходного режима с нагрузкой 250 кг представлены в табл. 3 и 4 соответственно и проиллюстрированы на рис. 5.

резки проводили в соответствии с ГОСТ 945076 на полуавтоматическом твердомере Zwick ZHV10, который позволяет измерять твердость по Виккерсу, Кнупу, Бринеллю при нагрузках от 10 г до 10 кг.

Испытания проводили путем вдавливания в образец алмазного наконечника в форме правильной четырехгранной пирамиды Виккерса под действием нагрузки в 200 грамм. Время выдержки под нагрузкой составляет 12 секунд для полного прохождения процессов пластической деформации. Измерение отпечатка проводилось оптическим методом на экране

Рис. 5. Изменение микротвердости по глубине: □ - однопроходный режим, ◊ - двухпроходный режим

На рис. 6 представлены фотографии микроструктуры стали 10ГН2МФА для исходного состояния и в приповерхностном слое после обработки методом ППД.

Исходя из представленных фотографий можно сделать вывод, что микроструктура под зоной обработанной поверхности особенно не отличается по сравнению с исходной.

Таблица 3

Результаты измерения микротвердости для однопроходного режима

Измеряемая зона образца, мкм от обработанной поверхности HV0,2 Среднее значение HV0,2

Исходная область металла 207; 210; 212; 212; 210 210±2

60 231; 229; 243; 233; 229 233±6

210 230; 223; 228; 225; 226 227±3

360 228; 217; 218; 232; 223 224±6

510 204; 206; 212; 207; 215 209±5

Таблица 4

Результаты измерения микротвердости для двухпроходного режима

Измеряемая зона образца, мкм от обработанной поверхности HV0,2 Среднее значение HV0,2

Исходная 197; 205; 208; 206; 210 205±5

100 225; 246; 228; 237; 240 235±9

235 230; 233; 224; 231; 231 230±3

370 219; 225; 223; 227; 217 222±4

505 202; 215; 217; 210; 218 212±7

640 206; 215; 220; 204; 211 212±7

Рис. 6. Микроструктура стали до (а) и после (б) обработки соответственно Кинетическое индентирование

Для определения значений твердости поверхности (глубины и силы вдавливания) был использован метод инструментального инден-тирования (регламентируется ГОСТ Р 8.748), реализующий процедуру вдавливания жесткого индентора в испытуемый материал с непрерывной записью получаемых значений (прибор ТЕСТ-5У). На исследуемом образце стали 10ГН2МФА были проведены процедуры роликовой обработки в один и два прохода, затем методом кинетического индентирования шара диаметром 1мм получена запись многоцикловой диаграммы (рис. 7).

450 400 350 300 250 200 150 100 50 О

on , ■г?п

✓i и

/Я]/ il

* Цт /И 11 Л

20 40 «О

Глубина, |жи

00

Рис. 7. Вид диаграмм индентирования шара диаметром 1мм в разные участки поверхности образца стали 10ГН2МФА

Произведено по три вдавливания в материал на различных участках поверхности образца: исходной (И), обработанной в 1 проход (1П), обработанной в 2 прохода (2П).

Анализ диаграммы растяжения, восстановленной по диаграмме индентирования, показал, что разница между результатами, полученными на поверхностях, обработанных в один и два проходов, мало различаются между собой, и это различие находится в пределах погрешности измерения. Полученные результаты сопоставлены с диаграммой растяжения. Предполагается, что в результаты обработки материал поверхности образца деформируется и его свойства могут быть описаны посредством сдвига исходной диаграммы одноосного растяжения на величину пластической деформации. При этом результаты восстановления механических свойств хорошо ложатся на продолжение диаграммы одноосного растяжения исходного материала, сдвинутой по оси деформаций на абсолютную величину 15%.

Измерение остаточных напряжений по глубине материала методом Соуэтта и Ванкромбрюгге

Для определения остаточных напряжений был использован метод ступенчатого сверления отверстий, предложенный Соуэттом и Ванк-

ромбрюгге, позволяющий определять картины распределения напряжений по глубине материала с использованием дополнительных техник анализа. Суть данного метода заключается в позиционировании оси сверла с центром розетки тензорезисторов. При ступенчатом увеличении глубины отверстия происходит запись показаний тензорезисторов на каждом этапе сверления. В нашем случае результаты численных расчетов говорят о существовании неоднородного по глубине поля напряжений (рис. 8). Для измерения диаметра, глубины и эксцентрисите-

та отверстия (рис. 9) использовался цифровой микроскоп УНХ-600.

Результаты проведенных экспериментов для трех образцов материала (ОМ) и двух сварных соединений (СС) с указанием глубин шагов сверления представлены на рис. 10.

По результатам расчетных исследований была проведена калибровка расчетной модели МКЭ, позволяющая произвести расчет процесса упруго-пластической деформации материала при различных режимах нагружения.

Рис. 8. Распределение остаточных напряжений по глубине материала для однопроходной обкатки роликом ,КЯр=4.0мм

Рис. 9. Измерение профиля и глубины отверстия

а) б)

Рис. 10. Распределения остаточных напряжений по глубине: а) для обкатанного основного металла; б) для обкатанного сварного соединения. * Эксперимент с увеличенными значениями шагов сверления

С rmin

- 0

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

л A •1.2 •O 8 -0.0 О -0 2 -100

F Щ i -200

p 4 •300/

N H ■=1 = -1— — - - ¡= - 4 s s - - != 1= =F -aJo -CXP

bv -fcm

«00

/•€00

[E — — — — — —p~ — —I— —j— -700

MM -soo

Рис. 11. Распределения остаточных напряжений после калибровки расчетной модели по глубине обкатки для сварного соединения

Для этого варьировались глубины обкатки до момента совпадения глубин распределения остаточных напряжений, полученных МКЭ и экспериментально методом ступенчатого рассверливания для основного металла.

Проведенные расчетно-экспериментальные исследования показали хорошую сходимость расчетных данных (рис. 11) по распределению остаточных напряжений с экспериментальными результатами прямых измерений методом сверления отверстия.

Сопоставление результатов испытаний на циклическую прочность исходных полномасштабных образцов и полномасштабных образцов, прошедших обработку методом ППД, при

са =(194-208) МПа показало преимущество по долговечности более чем в 10 раз: N=3,05-104 циклов для исходных и N=3-10 циклов для образцов, прошедших ППД. Следует отметить, что в образцах после ППД, прошедших тестовые испытания, трещин выявлено не было.

Заключение

Анализ результатов экспериментальных исследований физико-механических характеристик восстановленных поверхностей на соответствие их эксплуатационным требованиям позволил сделать вывод: значения твердости для однопроходного и двухпроходного режимов отличаются незначительно; микроструктура под зоной обработанной поверхности практически не отличается от исходной; результаты восстановления диаграммы одноосного растяжения по диаграмме индентирования исходного материала хорошо согласуется с экспери-

ментально полученной диаграммой растяжения; сходимость расчетных данных по распределению остаточных напряжений с экспериментальными результатами прямых измерений методом сверления отверстия говорит об их высоком совпадении; при испытании на циклическую прочность образцы после ППД показали значительное увеличение долговечности восстановленных СС по сравнению с исходными.

Данные исследования позволили сделать вывод о соответствии восстановленных поверхностей эксплуатационным требованиям, что подтверждает высокую эффективность разработанной на Нововоронежской АЭС технологии восстановительного ремонта поврежденных поверхностей и сварных соединений энергетических трубопроводов различного диаметра без остановки ядерного блока. Данная разработка за счет сокращений срока простоя оборудования ежегодно на 14 суток позволяет при дополнительно произведенной электроэнергии увеличить выручку предприятия более чем на 400 млн. рублей в год [6,10].

Литература

1. Поваров В.П., Бакиров М.Б., Данилов А.Д. Автоматизированная система многопараметрического мониторинга параметров состояния энергетических установок АЭС. Воронеж: Научная книга, 2017. 276 с.

2. Поваров В.П., Бакиров М.Б., Данилов А.Д. Обработка данных в системе непрерывного мониторинга эксплуатационной повреждаемости критических элементов энергетических установок // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2018. Т. 14. № 1. С. 64-72.

3. Intellectual decision-making system in the context of potentially dangerous nuclear power facilities /

A. Danilov, V. Burkovsky, S. Podvalny, K. Gusev, V. Pova-rov // MATEC Web of Conferences. "13th International Scientific-Technical Conference on Electromechanics and Robotics "Zavalishin's Readings" - 2018". 2018. P. 2009.

4. Data support system for controlling decentralised nuclear power industry facilities through uninterruptible condition monitoring / V. Povarov, А. Danilov, V. Burkovsky, K. Gusev// MATEC Web of Conferences. "13th International Scientific-Technical Conference on Electromechanics and Robotics "Zavalishin's Readings" - 2018". 2018. P. 2012.

5. Расчетно-экспериментальная оценка влияния термической стратификации на эксплуатационную нагру-женность дыхательного трубопровода энергоблока № 5 Нововоронежской АЭС /

B.П. Поваров, О.В. Уразов, М.Б. Бакиров, В.И. Левчук // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. 2017. № 1. С. 5-16.

6. Уразов О.В., Данилов А.Д. Исследование процесса восстановления поврежденных поверхностей трубопроводов методом поверхностного наклепа // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2021. Т. 17. № 5. С. 126-132.

7. Restoration of metal properties of the circulation pump blades by the method of surface ultrasonic impact treatment / V.P. Povarov, O.V. Urazov, M.B. Bakirov, S.S.

Pakhomov, I.A. Belunik // Thermal Engineering. 2017. Vol. 64. № 10. P. 762-769.

8. The rolling simulation for cold work metal hardening / V. Urazov, A.D. Danilov, K.Yu. Gusev, P.Yu. Gusev, D.N. Meshkov // Journal of Physics: Conference Series. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. Krasnoyarsk, Russia, 2021. P. 42023.

9. Technology of nuclear power plant pipelines' joint welds' reconditioning repair by surface cold working method / O.V. Urazov, A.D. Danilov, K.Yu. Gusev, P.Yu. Gusev, I.A. Aksenov // AIP Conference Proceedings. Krasnoyarsk Scientific Centre of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. Melville, New York, United States of America, 2021. P. 60007.

10. Уразов О.В., Данилов А.Д. Технический комплекс для восстановительного ремонта поверхностных повреждений трубопроводов методом поверхностного наклепа // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2022. Т. 18. № 1. С. 140-146.

11. Степанова Т.Ю. Технологии поверхностного упрочнения деталей машин: учеб. пособие. Иваново: Иван. гос. хим.-технол. ун-т, 2009. 64 с.

Поступила 15.04.2022; принята к публикации 14.06.2022 Информация об авторах

Уразов Олег Владимирович - заместитель директора, филиал АО «Концерн Росэнергоатом» «Нововоронежская атомная станция (396072, Россия, Воронежская обл., г. Нововоронеж, Промышленная зона Южная, 1), e-mail: urazovov@nvnpp1.rosenergoatom.ru

Егоров Владислав Геннадьевич - д-р техн. наук, профессор, Воронежский государственный университет инженерных технологий (394036, Россия, г. Воронеж, пр-т Революции, 19), e-mail: danilov-ad@yandex.ru

Данилов Александр Дмитриевич - д-р техн. наук, профессор, Воронежский государственный технический университет (394006, Россия, г. Воронеж, 20-летия Октября, 84), e-mail: danilov-ad@yandex.ru

Дроздов Игорь Геннадьевич - д-р техн. наук, профессор, Воронежский государственный технический университет (394006, Россия, г. Воронеж, 20-летия Октября, 84), e-mail: drozdov_ig@mail.ru

STUDY OF THE PHYSICAL AND MECHANICAL CHARACTERISTICS OF THE COMPOSITE WELDED JOINTS OF NPP INSTALLATIONS RESTORED BY THE METHOD OF SURFACE PLASTIC DEFORMATION

O.V. Urazov1, V.G. Egorov2, A.D. Danilov3, I.G. Drozdov3

xPhilial of JSC "Concern Rosenergoatom" "Novovoronezh Nuclear Power Plant",

Novovoronezh, Russia

2 Voronezh State University of Engineering Technologies, Voronezh, Russia 3Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia

Abstract: at the Novovoronezh nuclear power plant, a unique technique was developed and equipment was designed for the restoration of damaged composite welded joints of pipelines of various diameters by the method of surface plastic deformation (SPD) without shutting down the nuclear unit. The article presents the results of a study of the physical and mechanical characteristics of the restored joints to confirm their compliance with operational requirements. For this, we made a full-scale test sample of the welded joint of the NPP breathing pipeline with the VVER-1000 power unit. We measured the residual displacement of the surface layer on a Keyence VHX-600 3D digital microscope. An analysis of the deformation of the surface layer showed a high convergence of the calculated and experimental data. In order to compare the hardness values for the original and processed surface by the SPD method, we carried out Vickers hardness measurements using a Zwick ZHU2.5 hardness tester. Based on the results of hardness measurements, we concluded that the hardness values for single-pass and double-pass modes differ insignificantly. We measured the microhardness of the cut metal in accordance with GOST 9450-76 on a Zwick ZHV10 semi-automatic hardness tester, which makes it possible to measure the Vickers hardness at loads from 10 g to 10 kg.

To determine the surface hardness values, we used the instrumental indentation method (regulated by GOST R 8.748) using the TEST-5U instrument. We carried out the study of residual stresses along the depth of the material by the Sowett and Vancrom-brugge method. Comparison of the results of testing for cyclic strength of the samples that have been processed by the PPD

method at Ca = (194-208) MPa showed their advantage in durability by more than 10 times

Key words: surface plastic deformation, residual stress, microhardness, kinetic indentation

References

1. Povarov V.P., Bakirov M.B., Danilov A.D. "Automated system of multiparametric monitoring of parameters of the state of NPP power plants" ("Avtomatizirovannaya sistema mnogoparametricheskogo monitoringa parametrov sostoyaniya en-ergeticheskikh ustanovok AES"), Voronezh: Nauchnaya kniga, 2017, 276 p.

2. Povarov V.P., Bakirov M.B., Danilov A.D. "Data processing in the system of continuous monitoring of operational damage of critical elements of power plants", Bulletin of Voronezh State Technical University (Vestnik Voronezhskogo gosu-darstvennogo tekhnicheskogo universiteta), 2018, no. 1, pp. 64-72.

3. Danilov A., Burkovsky V., Podvalny S., Gusev K., Povarov V. "Intellectual decision-making system in the context of potentially dangerous nuclear power facilities", MATEC Web of Conferences. 13. Ser., 13th International Scientific-Technical Conference on Electromechanics and Robotics "Zavalishin's Readings"- 2018, 2018, pp. 2009.

4. Povarov V., Danilov A., Burkovsky V., Gusev K. "Data support system for controlling decentralised nuclear power industry facilities through uninterruptible condition monitoring", MATEC Web of Conferences. 13. Ser., 13th International Scientific-Technical Conference on Electromechanics and Robotics "Zavalishin's Readings" - 2018, 2018, pp. 2012.

5. Povarov V.P., Urazov O.V., Bakirov M.B., Levchuk V.I. "Computational and experimental assessment of the effect of thermal stratification on the operational load of the breathing pipeline of the Novovoronezh NPP Unit No. 5", News of Higher Educational Institutions. Nuclear Power Engineering (Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Yadernaya energetika), 2017, no. 1, pp. 5-16.

6. Urazov O.V., Danilov A.D. "Investigation of the process of restoration of damaged pipeline surfaces by the method of surface riveting", Bulletin of Voronezh State Technical University (Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta), 2021, vol. 17, no. 5, pp. 126-132.

7. Povarov V.P., Urazov O.V., Bakirov M.B., Pakhomov S.S., Belunik I.A. "Restoration of metal properties of the circulation pump blades by the method of surface ultrasonic impact treatment", Thermal Engineering, 2017, vol. 64, no. 10, pp. 762769.

8. Urazov O.V., Danilov A.D., Gusev K.Yu., Gusev P.Yu., Meshkov D.N. "The rolling simulation for cold work metal hardening", Journal of Physics: Conference Series, Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations, 2021, pp. 42023.

9. Urazov O.V., Danilov A.D., Gusev K.Yu., Gusev P.Yu., Aksenov I.A. "Technology of nuclear power plant pipelines' joint welds' reconditioning repair by surface cold working method", AIP Conference Proc., Krasnoyarsk Scientific Centre of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. Melville, New York, United States of America, 2021, pp. 60007.

10. Urazov O.V., Danilov A.D. "Technical complex for restoring repair of surface damage to pipelines by the method of surface hardening", Bulletin of Voronezh State Technical University (Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta), 2022, vol. 18, no. 1, pp. 140-146.

11. Stepanova T.Yu. "Technologies of surface hardening of machine parts" ("Tekhnologii poverkhnostnogo uprochneni-ya detaley mashin"), study guide, Ivanovo State Chemical-Technological University, 2009, 64 p.

Submitted 15.04.2022; revised 14.06.2022

Information about the authors

Oleg V. Urazov, Deputy Director, branch of JSC "Concern Rosenergoatom" Novovoronezh Nuclear Power Plant (1, Yuzhnaya Industrial Zone, Novovoronezh 396072, Voronezh region, Russia,), e-mail: urazovov@nvnpp1.rosenergoatom.ru Vladislav G. Egorov, Dr. Sc. (Technical), Professor, Voronezh State University of Engineering Technologies (19, Revolutsii Ave., Voronezh 394036, Russia), e-mail: danilov-ad@yandex.ru

Aleksandr D. Danilov, Dr. Sc. (Technical), Professor, Voronezh State Technical University (84, 20-letiya Oktyabrya str., Voronezh 394006, Russia), e-mail: danilov-ad@yandex.ru

Igor' G. Drozdov, Dr. Sc. (Technical), Professor, Voronezh State Technical University (84, 20-letiya Oktyabrya str., Voronezh 394006, Russia), e-mail: drozdov_ig@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.