Исследование сопротивления деформированию и разрушению металла сварных швов корпуса ВВЭР

Представлены результаты исследования механических свойств и сопротивления хрупкому разрушению (СХР) металла сварного шва корпуса ВВЭР, выполненного современными сварочными материалами с использованием сварочной проволоки Св-15ХГМТА и керамического флюса 48АФ-71. Механические свойства исследованы посредством испытаний образцов на растяжение, а СХР – посредством испытаний образцов на ударный изгиб и на трещиностойкость. Анизотропия механических свойств и СХР исследованы при испытаниях указанных образцов, ориентированных в двух направлениях: в первом случае поверхность разрушения перпендикулярна оси сварного шва, во втором – параллельна. Показано, что металл шва, выполненного по данной технологии не имеет анизотропии как по механическим свойствам, так и по СХР. Предложено объяснение разброса СХР на основании результатов проведенных металлографических исследований. Полученные экспериментально прочностные и пластические характеристики сварного шва, выполненного современными сварочными материалами, позволяют заключить, что для исследовательских работ из соображений экономии материала для испытаний на растяжение можно применять цилиндрические пятикратные образцы диаметром 3 мм, имеющие поперечную относительно оси шва ориентацию, вместо образцов диаметром 6 мм и более продольной ориентации, при этом масштабным фактором можно пренебречь. Установлена корреляционная зависимость между значениями референсной температуры Т₀, определенной по методу Master Curve, и референсной температуры Т₁₀₀, определенной по методу Advanced Unified Curve, и значением критической температуры хрупкости Т_к0 для исследуемого металла шва в исходном состоянии.

1. Национальный стандарт Российской Федерации. Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Расчет на сопротивление хрупкому разрушению корпуса водо-водяного энергетического реактора. ГОСТ Р 59115.14–2021. – М., 2021.

2. ASTM E 1921-10ε1 . Standard Test Method for Determination of Reference Temperature, T0, for Ferritic Steels in the Transition Range // Annual Book of ASTM Standards. – 2010. – V. 03.01.

3. Margolin B. Z., Gulenko A. G., Nikolaev V. A., Ryadkov L. N. A new engineering method for prediction of the fracture toughness temperature dependence for RPV steels // Int. J. Pres. Ves. & Piping. – N 80. – 2003. – P. 817–829.

4. Margolin B. Z., Gulenko A. G., Fomenko V. N., Kostylev V. I. Further Improvement of the Prometey Model and Unified Curve Method. Part 2. Improvement of the Unified Curve Method // Eng. Fract. Mech. – 2018. – N 191. – P. 383–402.

5. Национальный стандарт Российской Федерации Обоснование прочности оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Методы определения характеристик трещиностойкости конструкционных материалов. ГОСТ Р 59115.6-2021.

6. Comparison of Irradiation-Induced Shifts of KJC and Charpy Impact Toughness for Reactor Pressure Vessel Steels. NUREG/CR-6609 U.S. Nuclear Regulatory Commission FIEN Office of Nuclear Regulatory Research Washington, DC 20555-0001. Oak Ridge National Laboratory.

7. Юрченко Е. В. Исследование и прогнозирование радиационного и теплового охрупчивания материалов эксплуатируемых и перспективных корпусов реакторов ВВЭР // Дис. ... канд. техн. наук. – СПб., 2015.

8. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭГ-7-002-86) / Госатомнадзор СССР. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 525 с.

9. Национальный стандарт Российской Федерации. Материалы оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Методы определения ударной вязкости и критической температуры хрупкости по результатам испытаний на ударный изгиб. ГОСТ Р 70431–2022. – М., 2022.

10. Margolin B. Z., Gulenko A. G., Fomenko V. N., Kostylev V. I. Further Improvement of the Prometey Model and Unified Curve Method. Part 2. Improvement of the Unified Curve Method // Eng. Fract. Mech. – 2018. – N 191. – P. 383–402.

11. Тимофеев М. Н., Галяткин С. Н., Фоменко А. В., Шубин О. В. Анализ опыта изготовления корпуса реактора и блока верхнего проекта ВВЭР-ТОИ из сталей 15Х2НМФА кл. 1 и 15Х2МФА-А мод. А // Тяжелое машиностроение. – 2021. – № 9. – С. 9–13.

12. ГОСТ Р 50.05.12–2018. Межгосударственный стандарт. Сварные соединения. Методы определения механических свойств.

13. AWS B4.0:2016. Standard Methods for Mechanical Testing of Welds, by American Welding Society, 2016.

14. ГОСТ Р 50.05.12–2018. Национальный стандарт Российской Федерации. Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Контроль радиационного охрупчивания корпуса реактора атомной станции.

15. Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии. Сварка и наплавка оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (НП-104-18). – М.: Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору. – 2018. – 260 с.

16. ASTM E399–90. Standard Test Method for Plane-Strain Fracture Toughness of Metallic Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA, 1997.