Подготовка трубчатых оболочек твэлов

Оболочки твэлов находятся в сложных условиях эксплуатации. Они подвергаются тепловому, химическому и механическому воздействию. Основные требования, предъявляемые к оболочке: высокая теплопроводность; коррозионная и эрозионная стойкость в теплоносителе и в контакте с ядерным топливом; стабильность формы и размеров во время эксплуатации; минимальный паразитный захват нейтронов; технологичность; по возможности низкая стоимость. По геометрической форме оболочки твэл могут быть классифицированы на: а) трубы с прямыми ребрами; б) гладкие трубы; в) трубы со спиральными ребрами; г) сферы; д) пластины. Наибольшее распространение, в энергетических аппаратах, получили оболочки трубчатого типа изготавливаемые из сплавов циркония и нержавеющей стали.

Оболочка в виде гладкой тонкостенной бесшовной трубы.

Получение тонкостенных бесшовных труб из сплавов циркония являются наиболее специфичными. Процесс изготовления тонкостенных труб характеризуется высокими техническими требованиями к качеству металла (по химическому составу, содержанию примесей и включений), к допускам на геометрические размеры труб. Заготовками служат прутки, полученные прессованием, а также просверленные стержни. Для защиты от окисления при волочении стержень помещают в герметичную металлическую оболочку (материал – медь или мягкая сталь) и процесс ведут со смазкой на графитовой основе. Получающаяся защитная оболочка препятствует одновременно соприкосновению циркония с инструментом, и таким образом не допускается истирание инструмента и растрескивание поверхности трубы. Трубчатые оболочки твэлов из циркониевых сплавов можно получать прессованием при температурах 650-1000⁰С и скоростью Пуассона до 500 мм/сек. Однако для большего уменьшения толщины стенок трубчатых оболочек твэлов за один проход с целью повышения производительности рекомендуется применять холодную прокатку. В отличие от волочения при этом способе не возникает напряжения растяжения, снижающего деформируемость материала. Правильный выбор режимов прокатки позволяет за один проход уменьшить сечение на 80%.

Большое значение при изготовлении трубчатых твэл имеет контроль качества оболочки твэлов малого диаметра (~10 мм). Контроль внутренней поверхности оболочек твэлов малого диаметра осуществляется методом реплик (отпечатков), получаемых с помощью поливинилхлоридной трубки, вставляемой внутрь оболочки с гарантированным зазором (рис. 12). В открытый конец трубки подают аргон под давлением, которое поддерживают в течение всего процесса снятия реплики. Втулки из фотопласта предотвращают деформацию трубки на концах. Затем центральную часть трубки подогревают горелкой, постепенно повышая температуру до 145⁰С. При разогреве трубки под действием внутреннего давления происходит вдавливание во все неровности внутренней поверхности оболочки размягченного поливинилхлорида. После охлаждения давление снижают и поливинилхлоридную трубку извлекают. Поливинилхлорид восстанавливает после извлечения полученную реплику, которую рассматривают на оптическом или электронном микроскопе. Этот метод позволяет получить отпечатки для оболочек с внутренним диаметром от 1,5 мм.

Рис. 12. Схема получения реплик с внутренней поверхности оболочек твэлов

1 – трубка из поливинилхлорида; 2- контролируемая оболочка; 3 втулки из фторопласта; 4 – подача аргона под давлением.

Тонкостенные трубы для оболочек твэл применяемых в отечественных энергетических реакторах изготавливают по следующей схеме:

· заготовка под прессование;

· нагрев и горячее прессование;

· подготовка гиль под холодную прокатку (удаление окалины, обрезка концов, разрезка «в размер»);

· холодная прокатка на трубных станках;

· отделочные операции: травление с доведением до заданного размера по диаметру, промежуточный и окончательный отжиг. Отправление и приемка ОТК с контрольными обмерами диаметров, толщины стенок, кривизны; перископический контроль внутренней поверхности и поверхностных дефектов.