Совершенствование технологии изготовления и сборки элементов панелей первой стенки ИТЭР на основе компьютерного моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Кудрявцева Анна Михайловна

• Кудрявцева Анна Михайловна
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Кудрявцева Анна Михайловна

ВВЕДЕНИЕ

1 Технология изготовления и сборки панелей первой стенки ИТЭР

1.1 Устройство реактора ИТЭР. Описание конструкции

1.2 Панели первой стенки ИТЭР

1.2.1 Технология изготовления и сборки пальцев панелей первой стенки

1.2.2 Макетная программа по отработке технологии изготовления и сборки пальцев панелей первой стенки

1.2.3 Выбор режимов термостабилизации

1.2.4 Вакуумная индукционная пайка облицовки

2 Методология и методика исследования предварительной оценки качества изготовления элементов конструкции и сборки панелей первой стенки ИТЭР

2.1 Исследуемые материалы и их свойства

2.1.1 Характеристики упругости и пластичности

2.1.2 Экстраполяция свойств бронзы СиСйг

2.1.3 Экстраполяция свойств стали 8316ЦК)-Ю

2.1.4 Свойства биметаллического соединения СиСйг/8316ЦК)-Ю

2.2 Применение математических методов оценки и прогнозирования качества изготовления и сборки панелей первой стенки

2.2.1 Модели пластичности

2.2.2 Метод численного моделирования

2.3 Основные оценочные параметры качества изготовления и сборки конструкции панелей первой стенки

3 Математическое моделирование технологических процессов и методов изготовления элементов и сборки панелей первой стенки

3.1 Моделирование лазерной сварки биметаллической крышки и стального

основания

3.1.1 Расчетная модель для теплового расчета

3.1.2 Результаты теплового расчета лазерной сварки

3.1.3 Расчетная модель для расчета напряженно-деформированного состояния макета

3.1.4 Результаты расчета напряженно-деформированного состояния макета в процессе лазерной сварки

3.2 Моделирование процесса термостабилизации

3.2.1 Тепловой расчет

3.2.2 Расчет напряженно-деформированного состояния макета

3.2.3 Верификация расчетной модели

3.3 Моделирование вакуумной индукционной пайки облицовки

4 Оценка и сравнительный анализ основных параметров качества изготовления и сборки конструкции панелей первой стенки

4.1 Сравнительный анализ режимов термостабилизации

4.2 Практические рекомендации по изготовлению и сборке панелей первой стенки

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А (обязательное) Акт внедрения результатов работы

Приложение Б (справочное) Свойства материалов

Приложение В (справочное) Тепловые поля «жесткого» режима

Приложение Г (справочное) Тепловые поля «релаксирующего» режима

Приложение Д (справочное) Тепловые поля «мягкого» режима

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии изготовления и сборки элементов панелей первой стенки ИТЭР на основе компьютерного моделирования»

Актуальность работы

ITER (ИТЭР) - один из самых амбициозных энергетических проектов в современном мире. Первый в мире международный термоядерный экспериментальный реактор-токамак строится в настоящее время во Франции на базе ведущих мировых термоядерных программ. Задача ИТЭР заключается в демонстрации научной и технологической осуществимости термоядерной энергетики.

Термоядерный реактор-токамак состоит из множества составных элементов, одним из главных является вакуумная камера тороидальной формы. В вакуумной камере будут проходить реакции синтеза, также она является основной защитой от излучения. Основными внутрикамерными элементами ИТЭРа являются модули бланкета (защитные блоки), состоящие из обращенных к плазме панелей первой стенки (1111С) и защитных модулей (Рисунок 1.1). Российская Федерация является одним из основных изготовителей панелей первой стенки реактора-токамака ИТЭР. Общее количество 1111С, которое необходимо изготовить в АО «НИИЭФА» и АО «НИКИЭТ» - 179 штук, количество типоразмеров - около 30.

Анализ технологических процессов и результатов опытных работ, выполненных по реализации программы квалификации основных операций технологии изготовления и последующей сборки панелей первой стенки ИТЭР, позволил выявить существенные дефекты в отдельных элементах конструкции, что сказалось на качестве конечного изделия. Так, характер образовавшихся дефектов в биметаллическом соединении (БМС) сталь/бронза крышки пальца панели первой стенки, указал на несовершенство технологии сварки и последующей термостабилизации, а также вакуумной индукционной пайки, выразившейся в некорректном назначении параметров режима технологического процесса изготовления. Дефекты представляют собой нарушения целостности соединения в виде трещины, что совершенно недопустимо, поскольку данный элемент конструкции непосредственно обращен к плазме. Одним из важнейших

требований, предъявляемых к данному элементу конструкции является целостность вакуумно-плотного биметаллического соединения обращенных к плазме 1111С, так как именно панели первой стенки, охлаждаемые водой, защищают остальные элементы реактора от тепловых нагрузок. Малейшая течь приводит к потере вакуума и повреждению остальных элементов реактора. В соответствии с технологией производства конструкция ППС ИТЭР в виде макета после изготовления отдельных элементов и последующей сборки проверяется на герметичность путем гидроиспытаний и испытаний гелием.

Обеспечение качества изделий и эффективности их изготовления на современном этапе развития производства возможно только на основе использования оптимизированных компьютерных технологий. С учетом тенденций развития машиностроения повысить эффективность изготовления сборки сложных изделий можно за счет широкого использования возможностей компьютерно-интегрированного производства и математического виртуального оптимизационного моделирования. Это дает возможность наиболее полно использовать информацию об изделии на разных этапах его производства.

Необходимость разработки эффективных методов предварительной проверки элементов конструкции реактора-токамака ИТЭР, позволяющих усовершенствовать технологический процесс изготовления отдельных элементов и сборку, исключить объем натурных испытаний, тем самым, сократить общее время и обеспечить высокое качество получения изделия, представляет собой важную задачу научного исследования.

В настоящее время активно развиваются и применяются САЕ-программы, которые позволяют выполнять компьютерное моделирование технологических процессов изготовления различных конструкций с целью оценки их прочности по результатам предварительных расчетов напряженно-деформированного состояния (НДС). Основные преимущества компьютерного моделирования перед непосредственными испытаниями реальных образцов — это значительная экономия времени и ресурсов.

Изучение и исследование причин и устранение условий образования технологических дефектов при изготовлении и сборке панелей первой стенки ИТЭР на основе компьютерного моделирования, а также совершенствование технологии являются актуальной научной проблемой.

Степень разработанности темы

В конце прошлого века было принято решение о создании международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР - крупнейшего в мире токамака, который объединяет в себе передовые технологии токамакостроения, в том числе сложную технологичную конструкцию панелей первой стенки. Участие стран заключается в производстве и поставке элементов реактора, так Российская Федерация поставляет 40% панелей высоконагруженной первой стенки реактора-токамака ИТЭР, основными изготовителями являются АО «НИИЭФА» (обращенные к плазме элементы - пальцы) и АО «НИКИЭТ» (несущая конструкция и механическое крепление). В ходе отработки технологии изготовления и сборки пальцев панелей первой стенки ИТЭР в АО «НИИЭФА» было выявлено нарушение качества (целостности и герметичности биметаллического соединения) и технологичности конечного изделия. Исследованием причин образования дефектов активно занимались специалисты из АО «НИИЭФА», что отражено в трудах Пискарева П.Ю., Герваша А.А., Огурского А.Ю., Мазуля И.В. Однако, следует отметить, что исследование причин нарушения качества биметаллического соединения выполнялся по анализу результатов, полученных на опытных образцах и натурных испытаниях, и было направлено в основном на изучение свойств и характеристик как используемых материалов, так и самого соединения. Предварительный анализ влияния параметров технологических процессов на качество конечного изделия также был выполнен на основании данных натурных испытаний, что не дает возможности в полной мере оценить качество изделия. В связи с этим было предложено использовать компьютерное моделирование технологических процессов для оценки качества изделия, что позволяет наиболее полно использовать информацию

об изделии на разных этапах его производства и сократить объем натурных испытаний.

Цель работы. Усовершенствование технологии, повышение эффективности и качества изготовления элементов конструкции и сборки панелей первой стенки ИТЭР на основе компьютерного моделирования.

Задача работы - разработка научно обоснованной методики и математических моделей предварительной оценки параметров технологического процесса операций сборки и термостабилизации, позволяющих обеспечить качество (герметичность и точность размеров) панелей первой стенки ИТЭР.

Для решения данной задачи и достижения цели необходимо:

1. Разработать расчетные модели анализа технологичности и оценки состояния конструктивных элементов панели первой стенки с учетом теплового и механического воздействий в процессе изготовления и сборки элементов ППС.

2. Исследовать влияние напряженно-деформированное состояние панели первой стенки реактора на качество соединения элементов конструкции после процесса лазерной сварки и последующей термостабилизации, а также вакуумной индукционной пайки облицовки.

3. Установить зависимость параметров теплового и механического воздействия на качество и напряженно - деформированное состояние ППС.

4. Разработать методику и практические рекомендации по осуществлению технологического процесса изготовления и сборки конструкции панелей первой стенки ИТЭР.

Объект исследования - технология изготовления элементов конструкции и сборки панелей первой стенки ИТЭР.

Предмет исследования - параметры операций технологического процесса изготовления элементов конструкции и сборки панелей первой стенки ИТЭР, обеспечивающие требуемое качество изделия (прочностные характеристики, технологичность элементов, целостность и герметичность).

Область исследования соответствует паспорту специальности 2.5.6. «Технологии машиностроения» пунктам 3 «Математическое моделирование

технологических процессов и методов изготовления деталей и сборки изделий машиностроения» и 4 «Совершенствование существующих и разработка новых методов обработки и сборки с целью повышения качества изделий машиностроения и снижения себестоимости их выпуска».

Научная новизна:

1. Разработаны методики расчета теплового и напряженно-деформированного состояния панелей первой стенки в ходе выполнения технологических процессов лазерной сварки, термостабилизации и вакуумной индукционной пайки облицовки, позволяющие прогнозировать качество, эффективность изготовления и сборки элементов панелей первой стенки ИТЭР на основе математических моделей и компьютерного моделирования технологических операций процесса;

2. Установлены закономерности изменения параметров технологичности изделия, таких как точность исполнительных размеров, отклонения формы, геометрических поводок отдельных элементов в зависимости от напряженно-деформированного состояния на основании проведенного сравнительного анализа расчетных и опытных (натурных) измерений;

3. Определены этапы и принципы расчетов основных параметров технологического процесса изготовления элементов панели и эффективности сборки панелей первой стенки ИТЭР на основе компьютерного моделирования с использованием полученных математических моделей, что обеспечивает высокие требования, предъявляемые к качеству изделия.

Теоретическая значимость работы. Разработаны и представлены принципы моделирования технологии изготовления панелей первой стенки ИТЭР, который может быть использован при численном решении аналогичных задач.

Практическая значимость работы состоит в том, что по результатам диссертационной работы были даны рекомендации по реализации технологического процесса изготовления и сборки панелей первой стенки, используемые при производстве серийных ППС ИТЭР в АО «НИИЭФА» (акт внедрения результатов диссертационной работы приведен в Приложении А).

Разработанные расчетные модели позволили существенно повысить производительность и качество технологического процесса изготовления и одноразовой сборки панелей первой стенки за счет сокращения объемов макетных испытаний.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Методика расчета теплового и напряженно-деформированного состояния панелей первой стенки в ходе выполнения технологических процессов лазерной сварки и последующей термостабилизации, позволяющие оценить влияние тепловых и механических воздействий на качество изделия ППС.

2. Методика расчета теплового и напряженно-деформированного состояния панелей первой стенки, позволяющая оценить технологичность сборки ППС в процессе вакуумной индукционной пайки облицовки для обоснования качества изделия.

3. Принципиально новый подход предварительной оценки качества изготовления элементов и сборки ППС реактора, основанный на разработанной методике компьютерного моделирования с использованием математических моделей расчета операции лазерной сварки и последующей термостабилизации, а также вакуумной индукционной пайки.

Достоверность и обоснованность научных результатов работы подтверждается сопоставлением расчетных и опытных измерений геометрических поводок ППС после изготовления, качественным соответствием расположения зон появления дефектов в изготовленных макетах и расчетных моделях.

Апробация работы. Материалы диссертационного исследования представлялись на следующих научно-практических конференциях: Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых «Инновационные идеи в машиностроении» (Санкт-Петербург, 24-26 мая 2022 года); Международная научно-практическая конференция молодых учёных и специалистов атомной отрасли «КОМАНДА» (Санкт-Петербург, 28 июня - 1 июля 2023); Международная научно-практическая конференция Перспективные

машиностроительные технологии (Advanced engineering technologies) AET 2024 (Санкт-Петербург, 13-17 мая 2024).

Личный вклад автора. Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой обобщены результаты исследований, полученные лично автором и в соавторстве. Личный вклад автора заключается в установлении общей концепции работы, формулировке цели и задач исследования, аналитическом построении математических моделей, анализе полученных результатов и разработке практических рекомендаций по совершенствованию технологического процесса. Разработка технологии изготовления и эксперименты выполнены сотрудниками АО «НИИЭФА». Автор принимал непосредственное участие в подготовке и написании статей и докладов на конференции по результатам работы.

Публикации. Основные результаты работы изложены в 6 печатных публикациях, из которых 1 входят в наукометрическую базу Scopus/ 2 - статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения по результатам работы, списка литературы из 75 наименований и 5 приложений, общим объемом 124 страниц машинописного текста, включая 53 рисунка, 15 таблиц.

1 Технология изготовления и сборки панелей первой стенки ИТЭР

1.1 Устройство реактора ИТЭР. Описание конструкции

Токамак — тороидальная установка для магнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протекания управляемого термоядерного синтеза. Основное и принципиальное отличие термоядерного реактора от ядерных реакторов на базе реакции деления заключается в получении энергии за счет реакции синтеза легких ядер, а не деления тяжелых, что приводит к отсутствию долгоживущих радиоактивных отходов и позволяет получить увеличение мощности термоядерной реакции.

На данный момент во Франции ведется строительство международного экспериментальный термоядерный реактор типа токамак ИТЭР (ITER -International Thermonuclear Experimental Reactor), объединяющего в себе самые передовые технологии токамакостроения. Реакция ядерного синтеза заключается в получении энергии за счет образования более тяжелых ядер из легких. В частности, в проекте ИТЭР реакция ядерного синтеза на основе дейтерий-тритиего топлива -одно ядро дейтерия сливается с одним ядром трития, в результате чего образуется одно ядро гелия-4, один свободный нейтрон и 17,6 МэВ общей энергии. Таким образом основной задачей ИТЭР является демонстрация осуществимости термоядерной энергетики [1-3].

Вакуумная камера является одним из ключевых компонентов термоядерного реактора ИТЭР и предназначена для обеспечения условий, необходимых для удержания плазмы и проведения термоядерного синтеза. Вакуумная камера выполняет функцию физического барьера, поддерживая вакуум, и предотвращает взаимодействие плазмы с окружающим оборудованием. Со стороны плазмы вакуумная камера облицована защитными бланкетами и диверторными кассетами [4-7] (Рисунок 1.1).

Защитные бланкеты ИТЭР являются сложными внутрикамерными компонентами и выполняют множество функций, в том числе вносят основной

вклад в обеспечение нейтронной защиты сверхпроводящих катушек электромагнитной системы реактора и вакуумной камеры [8-10]. В бланкете нейтроны замедляются, их кинетическая энергия преобразуется в тепловую энергию, тепло отводится системой охлаждения.

В общей сложности 440 модулей бланкета покрывают внутренние стенки вакуумной камеры, что соответствует площади 600 м2. Основными компонентами защитных бланкетов являются обращенные к плазме панели первой стенки и защитные модули. Характерные размеры ППС 1 м в полоидальном направлении и 1,5 м в тороидальном направлении, вес достигает до 4,6 тонн. [11; 12]

Каждая панель первой стенки (Рисунок 1.2) является сборочной единицей и включает в себя обращенные к плазме теплонапряженные компоненты, так называемые пальцы (fingers), несущую конструкцию первой стенки, защитный тепловой экран, систему механического крепления ППС к защитному модулю и систему электрической связи. Панели первой стенки являются одними из наиболее энергонапряженных элементов реактора, так как непосредственно обращены к плазме.

Рисунок 1.2 - Панель первой стенки ИТЭР

Панели первой стенки являются частью системы охлаждения, поэтому каждый палец имеет внутренние каналы системы охлаждения, так называемые гипервапатроны [13; 14]. Охлаждение панелей происходит за счет циркуляции воды по внутренним каналам. Каждая панель состоит из 40 пальцев. Пальцы панелей первой стенки состоит из следующих компонентов (Рисунок 1.3):

- основание пальца, выполненное из нержавеющей стали (316L(N)), основной функцией которого является сопротивление электромагнитным и тепловым нагрузкам [15];

- биметаллическая крышка (сталь 316L(N) - бронза СиСйг) с каналом охлаждения типа гипервапатрон (см. Рисунок 1.2) для удаления значительных тепловых потоков в воду. Пальцы ППС охлаждаются водой Т=70 °С под давлением 5 МПа (50 атм). Таким образом основная функция биметаллической крышки - отвода тепла, для выполнения данной задачи была выбрана бронза СиСйг, поскольку она обладает большой теплопроводностью [16];

- бериллиевая облицовка представляет собой набор плиток и служит для защиты пальца от тепла, так как обладает большой теплоемкостью. В

силу того, что бериллиевая облицовка является наружным слоем пальца ППС, то есть непосредственно обращенным к плазме, при выборе конструкционного материала была учтена возможность вносить в плазму примесные химические элементы, которые негативно влияют на плазму и термоядерную мощность, что прямо-пропорционально зависит от атомного номера Ъ примесных элементов. Так как бериллий обладает малым атомным номером Ъ, то он слабо взаимодействует с термоядерной плазмой [17-19]. В настоящее время обсуждается замена конструкционного материала облицовки панелей первой стенки с бериллия на вольфрам. [20]

Рисунок 1.3 - Обращенный к плазме компонент ППС [21]

1.2 Панели первой стенки ИТЭР

1.2.1 Технология изготовления и сборки пальцев панелей первой стенки

В ИТЭРе существует два вида первых стенок в зависимости от воспринимаемого теплового потока со стороны плазмы: высоконагруженные (восприятия теплового потока до 5 МВт/м2) и нормальные (восприятия теплового потока до 2 МВт/м2) [22].

АО «НИИЭФА» и АО «НИКИЭТ» являются основными изготовителями высоконагруженных панелей первой стенки [24-28]. Всего требуется изготовить и поставить в ИТЭР 179 ППС, что составляет 40% от общего количества ППС.

Существует около 30 вариантов исполнения панелей первой стенки в зависимости от их расположения в вакуумной камере (Рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Высоконагруженные панели первой стенки в сечении ИТЭР, которые необходимо изготовить в АО «НИИЭФА»

АО «НИКИЭТ» осуществляет изготовление и поставку в АО «НИИЭФА» некоторых компонентов для финальной сборки ППС, таких как несущую конструкцию первой стенки, систему механического крепления ППС к защитному модулю, системы электрической связи, а также корпусы пальцев первой стенки [2931]. АО «НИИЭФА» отвечает за изготовление остальных элементов пальцев ППС, финальную сборку и испытания панелей. Процесс изготовления и сборки панелей первой стенки состоит из множества технологически сложных этапов [32].

Первым этапом является изготовление биметаллической крышки методом горячего изостатического прессования (ГИП), в ходе которого две заготовки из бронзы СиСйг и стали 316ЦК) сопрягаются по заданному профилю [33-36]. Для получения вакуум-плотного прочного биметаллического соединения СиСйг-Ю/316ЦК)-Ю в рамках проекта ИТЭР в АО «НИИЭФА» было освоено два метода сварки в твердой фазе: сварка взрывом и диффузионная сварка ГИП. Однако вследствие сложности и вариативности профилей сопрягаемых заготовок биметаллической крышки пальцев ППС был выбран метод ГИП.

Обработка свариваемых поверхностей заготовок из бронзы и стали проводится механически до шероховатости ^а 6.3. Заготовки из бронзы и стали протравливаются, очищаются, затем помещаются в сварную герметичную капсулу из нержавеющей стали, которая плотно облегает заготовки в сборе (Рисунок 1.5). Для облегчения удаления контейнера после сварки внутренняя сторона стенок контейнера покрывается антиадгезиантом - нитридом Бора (В^. Одновременно с целью предохранения периметра диффузионно-свариваемой границы сталь/бронза от попадания BN вдоль границы укладывается тонкая медная фольга. Из капсулы откачивают остаточный газ и окончательно ее герметизируют. Герметичную капсулу помещают внутрь камеры газостатического пресса, где выдерживают 2 часа под действием давления аргона до 150 МПа при температуре 980 °С. Получившуюся биметаллическую заготовку обрабатывают со всех сторон, удаляя стенки нержавеющей капсулы. Далее следует термическая обработка биметаллической заготовки с целью дисперсионного упрочнения СиСйг-Ю: отжиг на 980 °С с закалкой в воду и старение при 480 °С в течение 2 часов [21].

Заключительной производственной операцией для биметаллической крышки является механическая обработка на 5-координатном фрезерном обрабатывающем центре. На этом же этапе производится обработка гипервапатрона.

Рисунок 1.5 - Эскиз капсулы для ГИП [21]

Сборка биметаллической крышки и стального основания производиться путем лазерной сварки швов сложной пространственной конфигурации, что обусловлено минимальными остаточными сварными деформациями и получением

свойств сварного шва на уровне исходного материала [37]. Следующим этапом является термостабилизация, проводимая с целью частичной релаксации напряжений в изделии, возникающих на этапе сварки, и необходимая для достижения заданных требований точности к конечному изделию, а также сохранению размерной стабильности изделия в процессе всего срока службы [37]. Затем выполняется финальная прецизионная механическая обработка пальца.

Заключительной технологической операцией сборки пальцев ППС ИТЭР является вакуумная индукционная пайка бериллиевой облицовки [38-40]. В процессе вакуумной индукционной пайки палец ППС, установленный на специальной оснастке в комплекте с блоками, фиксирующими бериллиевые плитки, помещается в вакуумную камеру печки внутрь рабочей зоны индуктора (Рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 - Установка для быстрой индукционной пайки в вакууме [39]

Описанная выше технология изготовления и сборки пальца ППС представлена на рисунке 1.7. После выполнения каждого из перечисленных технологических процессов проводиться неразрушающий контроль.

Изготовление заготовок СиСгёг и 316ЦТМ)-ГС

Термообработка: - закалка бронзы

- старение +

Механическая

обработка БМ крышки ♦

Лазерная сварка БМ

крышки и стального основания t

Термостабилизация ♦

Финальная механическая

обработка ♦

Пайка бериллиевой облицовки

Рисунок 1.7 - Технология изготовления пальцев ППС

1.2.2 Макетная программа по отработке технологии изготовления и сборки пальцев панелей первой стенки

Согласно принятому в международной организации ИТЭР подходу каждый технологический процесс должен быть квалифицирован до начала серийного производства [41; 42]. Целью квалификации является подтверждение качества, надежности и повторяемости результата в заданных условиях. Таким образом, все этапы технологии изготовления пальцев ППС требуют предварительных исследований на макетах упрощенной конфигурации.

Макет пальца ППС имеет прямолинейную форму, существенно упрощенный корпус пальца и меньшую длину - около 270 мм (Рисунок 1.8). Общий вид макета в разрезе и характерные размеры сечения представлены на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 - Общий вид макета в разрезе

После каждого технологического процесса выполняется контроль качества изделия, включающий в себя визуальный контроль, металлографические и фактографические методы исследования, ультразвуковая дефектоскопия [43]. Согласно утвержденной процедуре, максимальный разрешенный размер дефекта в соединении СиСйгШбЦК) не должен превышать 2 мм.

В процессе отработки технологического процесса изготовления и сборки ППС на макетах пальцев упрощенной конфигурации были выявлены дефекты, представляющие собой нарушение целостности биметаллического соединения (трещины, Рисунок 1.9) в угловых зонах макетов (отмечено на Рисунок 1.8). Согласно полученным данным, дефекты в БМС образуются на следующих операциях технологического процесса:

- термостабилизация, проводимая после лазерной сварки;

- вакуумная индукционная пайка бериллиевой облицовки.

Целостность вакуумно-плотного биметаллического соединения является одним из важнейших требований к конструкции элементов обращенных к плазме компонентов высоконагруженной панели первой стенки, так как именно панели первой стенки, охлаждаемые водой, защищают остальные элементы реактора от

тепловых нагрузок, и малейшая течь приведет к потере вакуума и повреждению остальных элементов реактора.

а) макет с трещиной по

б) ультразвуковая дефектограмма

биметаллическому соединению

Рисунок 1.9 - Дефекты, в процессе изготовления макетов [44]

В силу того, что дефекты появляются в процессе термостабилизации, были рассмотрены альтернативные режимы термостабилизации, проводимой после лазерной сварки.

1.2.3 Выбор режимов термостабилизации

С целью частичной релаксации напряжений, наследуемых на предыдущем этапе, после лазерной сварки проводиться термическая стабилизация. Термостабилизация выполняется в вакуумной печи, чтобы не допустить окисления бронзовых поверхностей. Положение макета в вакуумной печи представлено на рисунке 1.10.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кудрявцева Анна Михайловна, 2026 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Основы проектирования магнитных термоядерных реакторов / А. Б. Алексеев [и др.]; под ред. В. А. Глухих, Г. Л. Саксаганского ; Науч.-исслед. ин-т электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова. — Санкт-Петербург : Изд-во Политехнического ун-та, 2016. — 613 с. ISBN 978-5-7422-5179-8.

[2] Физико-технические основы управляемого термоядерного синтеза: учеб. пособие / В. А. Глухих, В. А. Беляков, А. Б. Минеев. - Санкт-Петербург : Изд-во Политехн. ун-та, 2006. - 347 с. ISBN 5-7422-1117-1

[3] Aymar, R. The ITER design / R. Aymar, P. Barabaschi, Y. Shimomura -DOI:10.1088/0741-3335/44/5/304 \\ Plasma Physics and Controlled Fusion. - 2002. -Vol. 44, No. 5. - P. 519-565.

[4] K loki. Design of the ITER vacuum vessel / K loki, G Johnson, K Shimizu, D Williamson - DOI: 10.1016/0920-3796(95)90116-7 \\ Fusion Engineering and Design. -1995. - Vol. 27, - P. 39-51

[5] ITER Vacuum Vessel design and construction / K. Ioki, C. H. Choi, E. Daly [et al.] // Fusion Engineering and Design. - 2012. - Vol. 87, No. 5-6. - P. 828-835. - DOI 10.1016/j.fusengdes.2012.02.023.

[6] ITER vacuum vessel, in-vessel components and plasma facing materials / K. Ioki, V. Barabash, J. Cordier [et al.] // Fusion Engineering and Design. - 2008. - Vol. 83, No. 7-9. - P. 787-794. - DOI 10.1016/j.fusengdes.2008.05.027.

[7] Y Gohar. ITER blanket designs / Y Gohar, R Parker, P.-H Rebut // Fusion Engineering and Design. - 1995. - Vol.27, - P.52-61. - DOI 10.1016/0920-3796(95)90117-5

[8] A shaped First Wall for ITER / R. Mitteau, A. Loarte, M. Merola [et al.] // Journal of Nuclear Materials. - 2010. - DOI 10.1016/j.jnucmat.2010.10.070.

[9] The design of the ITER first wall panels / R. Mitteau, B. Calcagno, P. Chappuis [et al.] // Fusion Engineering and Design. - 2013. - Vol. 88, No. 6-8. - P. 568-570. - DOI 10.1016/j.fusengdes.2013.05.030.

[10] Raffray, A. R. Overview of the design and R&D of the ITER blanket system / A. R. Raffray, M. Merola // Fusion Engineering and Design. - 2012. - Vol. 87, No. 56. - P. 769-776. - DOI 10.1016/j.fusengdes.2012.02.013.

[11] The ITER blanket system design challenge / A. R. Raffray, B. Calcagno, P. Chappuis [et al.] // Nuclear Fusion. - 2014. - Vol. 54, No. 3. - P. 033004. - DOI 10.1088/0029-5515/54/3/033004.

[12] Design evolution and integration of the ITER in-vessel components / A. Martin, B. Calcagno, P. Chappuis [et al.] // Fusion Engineering and Design. - 2013. -Vol. 88, No. 9-10. - P. 1955-1959. - DOI 10.1016/j.fusengdes.2013.01.004.

[13] A mature industrial solution for ITER divertor plasma facing components: Hypervapotron cooling concept adapted to Tore Supra flat tile technology / F. Escourbiac, M. Missirlian, J. Schlosser [et al.] // Fusion Engineering and Design. - 2005. - Vol. 7579, No. Suppl.. - P. 387-390. - DOI 10.1016/j.fusengdes.2005.06.328.

[14] Hypervapotron heat sinks in ITER plasma-facing components—Process qualifications and production control toward series production / T. Hirai, L. Bao, V. Barabash [et al.] // Fusion Engineering and Design. - 2023. - Vol. 189. - P. 113454. -DOI 10.1016/j.fusengdes.2023.113454.

[15] Davis, J.W & Kalinin, G.M. (1998). Material properties and design requirements for copper alloys used in ITER. Journal of Nuclear Materials. s 258-263. 323-328. 10.1016/S0022-3115(98)00270-0.

[16] Osch, E.V. & Horsten, M.G. & Vries, M.I.. (1998). Irradiation testing of 316L(N)-IG austenitic stainless steel for ITER. Journal of Nuclear Materials. s 258-263. 301-307. 10.1016/S0022-3115(98)00362-6.

[17] G. Kalinin, V. Barabash, A. Cardella et al, Assessment and selection of materials for ITER in-vessel Components, Journal of Nuclear Materials, 2000, v 283-287, p. 10- 19.

[18] V. Barabash, A. Peacock, S. Fabritsiev, G. Kalinin et al, Materials challenges for ITER - Current status and future activities, Journal of Nuclear Materials, 2007, v 367370, p. 21-32..

[19] I.B. Kupriyanov, G.N. Nikolaev, G. Gorayev, Progress in development and qualification of beryllium for ITER blanket first wall application in Russian Federation, Fusion Engineering and Design, 2017, v. 124, p. 1004-1010.

[20] Бериллиевую облицовку реактора ITER планируют заменить на вольфрамовую. Пресс-центр НИЯУ МИФИ, 04.10.2023; URL: http s: //www. mephi.ru/press/news/21494

[21] High heat flux components with beryllium armour: From the small-scale mock-ups to the full-scale prototype of the ITER first wall panel / P.Yu. Piskarev, А.А. Gervash, D.A. Glazunov [et al]. - DOI 10.1016/j.fusengdes.2024.114473 // Fusion Engineering and Design. 2024, Vol. 203, 114473, ISSN 0920-3796

[22] EHF FW panel for ITER BM with mechanical attachment of the plasma-facing components / S. Tomilov, M. Sviridenko, A. Leshukov [et al.] // Fusion Engineering and Design. - 2019. - Vol. 138. - DOI 10.1016/j.fusengdes.2019.04.002.

[23] Герваш, А. А. Многослойная первая стенка с бериллиевой облицовкой для международного термоядерного реактора токамака : специальность 01.04.13 "Электрофизика, электрофизические установки", 05.02.01 : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Герваш Александр Андреевич. - Санкт-Петербург, 2003. - 118 с.

[24] Overview of manufacturing technologies under development in Russia for ITER plasma facing components / R. N. Giniyatulin, I. V. Mazul, A. A. Gervash [et al.] // Fusion Engineering and Design. - 2018. - Vol. 136. - P. 527-533. - DOI 10.1016/j.fusengdes.2018.03.015.

[25] Russian development of enhanced heat flux technologies for ITER first wall / I. Mazul, A. Alekseev, V. Belyakov [et al.] // Fusion Engineering and Design. - 2012. -Vol. 87, No. 5-6. - P. 437-442. - DOI 10.1016/j.fusengdes.2011.12.005.

[26] Preparation to manufacturing of ITER plasma facing components in Russia / I. V. Mazul, V. A. Belyakov, R. N. Giniatulin [et al.] // Fusion Engineering and Design. - 2011. - Vol. 86, No. 6-8. - P. 576-579. - DOI 10.1016/j.fusengdes.2011.02.022.

[27] Разработка конструкции, изготовление и экспериментальное основание компонентов системы бланкета ИТЭР, поставляемых АО "НИКИЭТ" / Ю. Г.

Драгунов, А. Ю. Лешуков, Ю. С. Стребков [и др.] // Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики : Сборник докладов IV Международной научно-технической конференции, Москва, 27-30 сентября 2016 года. Том 2. - Москва: АО "НИКИЭТ", 2016. - С. 325-340.

[28] Несущая конструкция первой стенки модуля бланкета ИТЭР / И. В. Данилов, А. Ю. Лешуков, А. В. Размеров [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез. - 2013. - Т. 36, № 1. - С. 17-43.

[29] Разработка конструкции, изготовление и экспериментальное обоснование работоспособности компонентов системы бланкета ИТЭР / Ю. Г. Драгунов, А. Ю. Лешуков, Ю. С. Стребков [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез. - 2016. - Т. 39, № 4. - С. 13-26. - DOI 10.21517/0202-3822-2016-39-4-13-26.

[30] Изготовление и испытания поставочных компонентов системы бланкета ИТЭР / М. Н. Свириденко, Д. А. Власов, С. А. Козлов [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез. - 2025. - Т. 48, № 1. - С. 30-40.

[31] Система механического крепления панелей первой стенки бланкета ИТЭР / М. Н. Свириденко, А. Ю. Лешуков, А. В. Размеров [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез. - 2016. - Т. 39, № 2. - С. 29-43. - DOI 10.21517/0202-3822-2016-39-2-29-43.

[32] Mazul, I.V., Belyakov, V.A., Gervash, A.A. et al. Technological challenges at manufacturing plasma-directed ITER components in Russia // Engineering Design. Elzevier. - 2016. - pp. 1028-1034.

[33] Отработка технологии горячего изостатического прессования вакуумно-плотного биметаллического соединения внутрикамерных компонентов ИТЭР / А.А. Герваш и др. // Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики: сб. докладов V Международной научно-технической конференции. М.: Издво АО «НИКИЭТ». 2018. С. 963 - 970.

[34] A.A. Gervash, D.A. Glazunov, D.V. Lyanzberg, I.V. Mazul, A.Y. Ogursky, P.Y. Piskarev, V.V. Ruzanov, Refinement of the technology of hot isostatic pressing of vacuum-tight bimetallic joint of ITER in-Vessel components, Innovative Designs and

Technologies of Nuclear Power: Collection of papers of V International Scientific and Technical Conference, Publishing House of JSC "NIKIET," Moscow, 2018, pp. 24282434

[35] IO ITER. Qualification procedure for HIP Qualification of CuCrZr/316L, ITER_UID_P9HDP8 vol. 1.1 2018. - 19 p

[36] IO ITER. HIP bonded CuCrZr/316L(N)-IG Joint Specification, ITER_UID_WDZCWB vol. 1.2 2018. - 14 p.

[37] S.A. Fabritsiev, D.Kiselev, A.A. Kazakov, Investigation of the mechanical properties and structure of laser welds for ITER divertor and first wall, Fusion Engineering and Design, 2018, v 127, p. 139-150. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2017.12.038.

[37] Исследование режимов термостабилизации панелей первой стенки реактора ИТЭР на основе компьютерного моделирования метомом конечных элементов / А. М. Кудрявцева, А. Н. Лабусов, П. Ю. Пискарев, М. М. Радкевич // Металлообработка. - 2024. - № 4(142). - С. 48-55. - DOI 10.25960/mo.2024.4.48.

[38] Технология вакуумной индукционной пайки облицовки высоконагруженных панелей первой стенки ИТЭР / П. Ю. Пискарев, А. А. Герваш, А. Ю. Огурский [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез. - 2024. - Т. 47, № S1. - С. 122-132. - DOI 10.21517/0202-3822-2024-47-1122-132

[39] Подготовка к выполнению программы квалификации технологии вакуумной индукционной пайки бериллиевой облицовки компонентов реактора ИТЭР / П. Ю. Пискарев, А. Ю. Огурский, А. А. Герваш, И. В. Мазуль // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2018. - № 8(86). - С. 33-43.

[40] The development of technology of Be/CuCrZr joining using induction brazing / A. Gervash, R. Giniyatulin, T. Guryeva [et al.] // Fusion Engineering and Design. -2019. - Vol. 138. - DOI 10.1016/j.fusengdes.2019.03.175.

[41] Status of the beryllium tile bonding qualification activities for the manufacturing of the ITER first wall / R. Mitteau, R. Eaton, G. Perez [et al.] // Fusion

Engineering and Design. - 2015. - Vol. 98-99. - P. 1367-1370. - DOI 10.1016/j.fusengdes.2015.01.055.

[42] Experimental and numerical assessment of normal heat flux first wall qualification mock-ups under ITER relevant conditions / J. Du, A. Bürger, G. Pintsuk [et al.] // Physica Scripta, Julich, 13-17 мая 2013 года. - Julich, 2014. - P. 014061. -DOI 10.1088/0031 -8949/2014/T159/014061.

[43] Robot-based In-Process Examination of ITER Dome and First-Wall Panels based on Novel Ultrasonic Tomography Approach / A. Bulavinov, R. Pinchuk, T. Gurieva [et al.] // World Conference on Non-Destructive Testing (WCNDT 2016) : Proceedings of the 19th Conference, 13-17 June 2016, Munich, Germany. — 2016. — [8 p.].

[44] Study of the bimetallic joint CuCrZr/316L(N) / P. Y. Piskarev, A. A. Gervash, A. M. Kudryavceva [et al.] // Materials Science Forum. - 2021. - Vol. 1040 MSF. - P. 814. - DOI 10.4028/www.scientific.net/MSF.1040.8.

[45] Post Welding Stress Relieving procedure: position adopted in the Internal Components Division, ITER, 2014

[46] ГОСТ 17535-77: Детали приборов высокоточные металлические. Стабилизация размеров термической обработкой. Типовые технологические процессы, 1978 г., 44 с

[47] NF EN 13445-4 V2: Unfired pressure vessels - Part 4: Fabrication, 2014

[48] В.В. Вологдин, Э.В. Кущ. Индукционная пайка. - 4-е изд., перераб. И доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр.отд-ние, 1979. - 80 с.

[49] Патент на полезную модель № 195416 U1 Российская Федерация, МПК B23K 1/002, B23K 37/04. устройство для фиксации деталей в процессе пайки : № 2019117452 : заявл. 04.06.2019 : опубл. 28.01.2020 / А. А. Герваш, А. Ю. Огурский, Е. В. Окунева [и др.] ; заявитель Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом").

[50] Патент на полезную модель № 215106 U1 Российская Федерация, МПК B23K 37/04, B23K 1/002. Устройство с ленточным натяжителем для фиксации

деталей в процессе индукционной пайки : №2 2022113329 : заявл. 18.05.2022 : опубл. 29.11.2022 / А. А. Герваш, А. Ю. Огурский, В. В. Рузанов, П. Ю. Пискарев ; заявитель Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом".

[51] Патент № 2758710 C2 Российская Федерация, МПК B23K 1/002. Способ вакуумной индукционной пайки : № 2019145478 : заявл. 30.12.2019 : опубл. 01.11.2021 / А. А. Герваш, А. Ю. Огурский, П. Ю. Пискарев [и др.] ; заявитель Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом

[52] Опыт прохождения квалификации критических технологий изготовления высоконагруженных панелей первой стенки ИТЭР / П. Ю. Пискарев, А. А. Герваш, А. Ю. Огурский [и др.] // Проблемы термоядерной энергетики и плазменные технологии : Материалы III Международной конференции, Таруса, 1621 октября 2023 года. - Таруса: Издательский дом МЭИ, 2023. - С. 83-84.

[53] G21B 1/11. Способ термической обработки бронзы cucrzr, применяемый при изготовлении изделий с бериллиевой облицовкой и биметаллическим соединением cucrzr/316L(N) : № 2020132798 : заявл. 05.10.2020 : опубл. 23.03.2022 / П. Ю. Пискарев, А. А. Герваш, И. В. Мазуль [и др.] ; заявитель Российская Федерация от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"

[54] Скворцов, Ю. В. Конспект лекций по дисциплине Теории пластичности и ползучести [Электронный ресурс] / Ю. В. Скворцов ; Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева (нац. исслед. ун-т) (СГАУ). - Самара, 2013.

[55] Беляев Н.М. Сопротивление материалов. - М: Государственное издательство физико-математической литературы, 1959. - 856 с.

[56] Феодосьев В. И. Сопротивление материалов: Учеб. Для вузов. - 10-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1999. - 592 с. (Сер. Механика в техническом университете; Т.2)

[57] Справочник машиностроителя. Том 3 - М: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1956. - 563 с.

[58] Журавков М.А., Старовойтов Э.И. Механика сплошных сред. Теория упругости и пластичности: учеб.пособие. - Минск: БГУ, 2011 - 543 с.

[59] ITER IO. "ITER Structural Design Criteria for In-vessel components (SDC-IC)", 2012, ITER_D_222RHC, v3.0

[60] Исследование причин разрушения вакуумно-плотного биметаллического соединения CuCrZr-IG / 316L(N)-IG обращенных к плазме компонентов Первой стенки изготовления / П. Ю. Пискарев, А. А. Герваш, В. В. Рузанов [и др.] // Труды 62-й Всероссийской научной конференции МФТИ. 18-24 ноября 2019 года. Фундаментальная и прикладная физика. — М : МФТИ, 2019 - С. 372-375

[61] Кудрявцева А. М. Моделирование процесса пайки бериллиевой облицовки высоконагруженной первой стенки термоядерного реактора ИТЭР: выпускная квалификационная работа магистра: 15.04.03 - Прикладная механика / Кудрявцева Анна Михайловна. - Санкт-Петербург, 2019. - 70 с.

[62] Стружанов В. В. Теория упругости: основные положения: учебное пособие / В.В. Стружанов, Н.В. Бурмашева; М-во науки и высш. образования Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2019. — 204 с.

- ISBN 978-5-7996-2541-2.

[63] Release 2019 R1 Documentations for Ansys

[64] Елисеев В.В. Механика деформируемого твердого тела / В. В. Елисеев.

— Санкт-Петербург : Изд-во Политехнического ун-та, 2006. — 231 с. : - ISBN 57422-1277-1

[65] Зенкевич О. К. Метод конечных элементов в технике: Пер. с англ. / О. Зенкевич ; Под ред. Б. Е. Победри. - Москва : Мир, 1975. - 541 с.

[66] Каменев, С. В. Основы метода конечных элементов в инженерных приложениях: учебное пособие / С. В. Каменев; Оренбургский гос. ун-т. -Оренбург: ОГУ, 2019. -110 с.

[67] Шабров Н. Н. Метод конечных элементов в расчетах деталей тепловых двигателей. - Л.: Машиностроение, 1983. - 212 с.

[68] Даутов Р.З., Карчевский М.М. Введение в теорию метода конечных элементов. Учебное пособие. — Казань: Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина, 2004. — 239 с. ISBN 5-9810-103-4

[69] Кудрявцева, А. М. Моделирование напряженно-деформированного состояния элементов первой стенки реактора ИТЭР в процессе лазерной сварки / А. М. Кудрявцева, А. Н. Лабусов // Инновационные идеи в машиностроении : Сборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, Санкт-Петербург, 24-26 мая 2022 года / Под редакцией А.А. Поповича, Д.П. Гасюка. - Санкт-Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2022. - С. 271274.

[70] Кудрявцева, А. М. Компьютерное моделирование этапов технологического процесса изготовления панелей первой стенки ИТЭР методом конечных элементов / А. М. Кудрявцева, А. Н. Лабусов, П. Ю. Пискарев // X международная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов атомной отрасли "Команда" : Сборник тезисов, Санкт-Петербург, 2730 июня 2023 года. - Санкт-Петербург: ООО "Издательский дом Недра", 2023. - С. 45-47.

[71] Vacuum Induction Brazing Technology of Armour Material for ITER Enhanced Heat-Flux First Wall Panels / P. Yu. Piskarev, A. A. Gervash, A. Yu. Ogursky [et al.] // Physics of Atomic Nuclei. - 2024. - Vol. 87, No. S1. - P. S129-S139. - DOI 10.1134/S1063778824130088.

[72] Анализ разрушения диффузионного биметаллического соединения CuCrZr/316L(N), полученного в условиях горячего изостатического прессования / П. Ю. Пискарев, А. А. Герваш, Б. С. Ермаков, С. А. Вологжанина // Нанофизика и Наноматериалы : Сборник научных трудов Международного семинара, Санкт-Петербург, 25-26 ноября 2020 года. - Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский горный университет, 2020. - С. 258-264.

[73] The high-heat-flux test facilities in the joint stock company "d.V. Efremov Institute of Electrophysical Apparatus" / A. Volodin, V. Kuznetcov, V. Davydov [et al.]

// Fusion Engineering and Design. - 2015. - Vol. 98-99. - P. 1411-1414. - DOI 10.1016/j.fusengdes.2015.02.016.

[74] Brazing of Be with CuCrZr-bronze using copper-based filler metal STEMET / B. A. Kalin, A. N. Suchkov, V. T. Fedotov [et al.] // Nuclear Materials and Energy. -2016. - Vol. 9. - P. 388-393. - DOI 10.1016/j.nme.2016.07.004.

[75] Analysis of CuCrZr/316L(N) bimetallic joint with and without nickel interlayer for plasma-facing components / P. Piskarev, A. Gervash, S. Bobrov [et al.] // Materials Physics and Mechanics. - 2022. - Vol. 48, No. 2. - P. 184-198. - DOI 10.18149/MPM.4822022 4.

Приложение А (обязательное)

Акт внедрения результатов работы

«УТВЕРЖДАЮ» Заместитель генерального директора по термоядерным и магнитным технологиям -

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы Кудрявцевой Анны Михайловны: «Совершенствование технологии изготовления и сборки элементов панелей первой стенки ИТЭР на основе компьютерного

моделирования»

Комиссия в составе:

Константинов Алексей Юрьевич (член комиссии, заместитель директора НТЦ «Синтез» - главный конструктор)

Кухтин Владимир Петрович (член комиссии, начальник научно-исследовательского расчетно-теоретического отделения «Вычислительные технологии»)

Глазунов Дмитрий Александрович (член комиссии, главный специалист научно-исследовательского отделения «Энергонапряжённые многослойные компоненты», научно-исследовательский отдел технологий и материалов первой стенки термоядерных установок),

подтверждает, что результаты диссертационной работы Кудрявцевой A.M. на тему: «Совершенствование технологии изготовления и сборки элементов панелей первой стенки ИТЭР на основе компьютерного моделирования» представляют практический интерес и были использованы при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области разработки внутрикамерных компонентов для перспективных энергетических установок.

Председатель комиссии

Зам. директора НТЦ «Синтез» главный конструктор Члены комиссии

Начальник НИРТО Вычислительные технологии

Главный специалист НИО ТИМПСТУ

Глазунов Д. А.

Кухтин В.П.

112

Приложение Б (справочное)

Свойства материалов

Физические свойства стали S316L(N)-IG при различных температурах приведенные в Таблице Б.1.

Таблица Б.1 - Физические свойства стали S316L(N)-IG [59]

т, °с Е, ГПа р, кг/м3 а 10-6/°С т X, Вт/м К Ср, Дж/(кг К)

20 200 0,3 7930 15,3 14,28 472

100 193 7899 15,9 15,48 501

150 189 7879 16,2 16,23 512

200 185 7858 16,6 16,98 522

250 180 7837 16,9 17,74 530

300 176 7825 17,2 18,49 538

350 172 7793 17,5 19,24 546

400 168 7770 17,8 19,99 556

450 164 7747 18,0 20,74 567

500 159 7724 18,3 21,49 578

550 155 7701 18,5 22,24 -

600 151 7677 18,7 22,99 -

650 147 7654 18,9 23,74 -

700 142 7630 19,0 24,49 -

750 - 7606 19,2 25,25 -

800 - 7582 19,3 26,00 -

900 - - 19,6 - -

1000 - - 19,7 - -

Т - расчетная температура; Е - модуль упругости; ц - коэффициент Пуассона; р - плотность; ат - коэффициент теплового расширения; X - коэффициент теплопроводности; Ср - удельная теплоемкость

Table A. SO 3.3 1-4: Minimum true stress-strain da из of steel 316L(NVIG up to -1.5% of strain

Т = 20"С т = ioo х; т _ zaox. Т^ЗОО'С T= 400°C

тше Strain % True Stress MPa True Strain % True Stress MPa True Strain % True Stress MPa True Strain % True Stress MPa True Strain % True Stress MPa

0 0.0 0 0.0 0 0.0 0.000000 0.00 0 0

0,01 20.0 0.010362 20.0 0.01081 20.0 0.011363 20,00 0.0119 20.00238

0.01999Й 40.0 0.020724 40.0 0.021622 40.0 0.022731 40.01 0.02382 40.0W53

0,029997 60.0 0.031101 60.0 0.032511 60.0 0.034324 60.02 0.03 628 60.02177

0.040017 80.0 0 041065 80.0 0.044314 80.0 0.048520 80.04 0.05499 80.044

0.050169 100.1 0.053417 100.1 0.061886 100.1 0.079155 100.08 0.11312 100.11318

0.060599 120.1 0.0703ЭЭ 120.1 0.104509 120.1 0.18111Й 120.22 0.34216 120,4113

0.073585 140.1 0.10469 140.1 0.23167 140.3 0.523363 140.73 1.14473 141.61183

0.091795 160.1 0.188265 160.3 0.596754 161.0 1.537932 162.48 2.04031 153.09189

0123647 180.2 0.393173 180.7 0 964978 171.6 - - - -

o.iasesi 200.4 0.66G941 201.7 1 544222 191.9

0.310245 220.7 1.284091 212.7 - - - - - -

0.553481 241.3 1.385783 224.2 - - - - - -

1.011009 262.6 - - - - - - - -

1.36499 273.7 - - - - - - - -

1.835381 285.2 - - - - - - - -

Физические свойства бронзы СиСйг при различных температурах приведенные в Таблице Б. 2.

Таблица Б.2 - Физические свойства бронзы СиСйг [59]

T, °C E, ГПа р, кг/м3 a 10-6/°C ш, X, Вт/м K Cp, Дж/(кг K)

20 127,5 0,33 8900 16,7 318 390

100 127 8863 17,3 333 398

150 125 8840 17,5 339 402

200 123 8816 17,7 343 407

250 121 8791 17,8 345 412

300 118 8767 18,0 346 417

350 116 8742 18,0 347 422

400 113 8716 18,1 347 427

450 110 8691 18,2 346 432

500 106 8665 18,4 346 437

550 95 - 18,5 - 442

600 86 - 18,6 - 447

Т - расчетная температура; Е - модуль упругости; ц - коэффициент Пуассона; р - плотность; ат - коэффициент теплового расширения; X - коэффициент теплопроводности; Ср - удельная теплоемкость

Table A.S31.3.1-2: Tabulated data tor minimum true »tress-strain data forCuCrZr treatment C with rcduccd strength properties (first wall.'dlvenor treatment, partially solution annealed and aged)

T = 20°C T = 50°C T = 100°C T = 150°C

True strain True stress True strain True stress True strain Tttje stress True strain True stress

% MPa % MPa % MPa % MPa

0 0 0 0 0 0 0 0

0.007968 10.0008 0.007874 10.00079 0.008 10,0000 0.00813 10.00081

0.039333 50.01992 0.039362 50.01969 0.039992 50.02 0.040642 50.02033

0.079788 100.0798 0.078882 100.0789 0.080243 100.0803 0.081677 100.0817

0.097053 120.1165 0.096298 120.1156 0.098895 120.1187 0.101091 120.1223

0.122474 140.1716 0.123926 140,1736 0,133752 140.1874 0.14622 140.2049

0.189697 160.3038 0.203889 160,3266 0,251616 160.4031 0,314027 160.5032

0.224296 165.3705 0.246152 165.4067 0.31639 165.5229 0.408471 165.6754

0.272293 170.4635 0.305181 170.5196 0.407727 170.6946 0.542367 170.9245

0.330867 175.594 0.387456 175.6734 0.535863 175.9403 0.730072 176.2037

0.430951 1 S0.7774 0.501635 180,9052 0,714459 181.2906 0.994162 181.7984

0.557729 106,0347 0.659187 186,2235 0,961558 186.787$ 1,358793 187.5309

0.731263 191.3945 0.875151 191,6701 1.300739 192.1875 1.859306 193.5657

0.96724 196.3953 1.169058 197.293 1.762466 190.4673 2.540038 200.0165

1.265875 202.5084 1.56601 203.1567 2.395632 204.8286 3.457081 207.0351

1.712947 208.5418 2.097922 209,3462 3,219222 211.7066 4,680224 214.8226

2.2B0981 214.8451 2.804883 215.9736 4.324002 219.2796 - -

3.039524 221.6154 3.736582 223.1056 - - - -

4.011445 229.0046 4.953664 231.1725 • - - -

5.284144 237.2091

T =200=0 T = 250°C T = 300«

True Strain True stress True strain True stress True «train True stress

% MPa % MPa % MPa

□ 0 0 0 0 0

0.008264 10.00083 0.008474 10.00086 0.00862 10.00086

0.041314 50.02066 0.042364 50.02119 0 043094 50 02155

0.Q832S1 100,0833 0.08S737 100.08S8 0 087915 100.088

0.106296 120.1276 0.112627 120.1352 0.122067 120.1466

0.168819 140.2365 0.20001 140.2803 0.259024 140.3631

0.433479 160.6951 0.596621 160.9574 0 920505 161.4796

0.585473 165.9689 0.826857 166.37 1.307496 167.1715

0.301862 171.3686 1.15531 171.9752 1.8S0S82 173.1909

1.107228 176.9484 1.61 &805 177.856 2,638145 179.6782

1.534138 182.7027 2.266626 184.1263 3.72290 186.8277

2.125134 138.9737 3.161723 190.9426 5.215648 194.905

2.935247 195.6596 4.385013 198.5169 - -

4.0338BS 203.0269

Физические свойства бериллия Ве при различных температурах приведенные в Таблице Б.3.

Таблица Б.3 - Физические свойства бериллия Ве [59]

т, °с Е, ГПа ц р, кг/м3 а 10-6/°С т X, Вт/м К Ср, Дж/(кг К)

20 306 0,33 1830 11,56 200 1807

100 303 1825 12,51 169 2046

200 299 1817 13,51 144 2295

300 294 1808 14,32 127 2497

400 288 1799 14,96 116 2660

500 281 1789 15,6 107 2791

600 273 1779 15,58 100 2998

700 264 1770 16,14 91 2989

800 255 1760 16,36 82 3071

1000 - - 16,70 - -

1100 - - 16,87 - -

1200 - - 17,06 - -

Т - расчетная температура; Е - модуль упругости; ц - коэффициент Пуассона; р - плотность; ат - коэффициент теплового расширения; X - коэффициент теплопроводности; Ср - удельная теплоемкость

116

Приложение В (справочное)

Тепловые поля «жесткого» режима

Нагрев макета. Тепловые поля при нагреве макета представлены на рисунках В.1-В.2.

Рисунок В.1 - Поле температур № 1 (шаг 1, подшаг 14)

Охлаждение макета. Тепловые поля при охлаждении макета представлены на рисунках В.3-В.5.

Рисунок В.3 - Поле температур № 3 (шаг 1, подшаг 8)

Рисунок В.4 - Поле температур № 4 (шаг 1, подшаг 11)

Рисунок В.5 - Поле температур № 5 (шаг 1, подшаг 15)

119

Приложение Г (справочное) Тепловые поля «релаксирующего» режима

Нагрев макета. Тепловые поля при нагреве макета представлены на рисунках Г.1-Г.4.

Рисунок Г.1 - Поле температур № 1 (шаг 1, подшаг 47)

Рисунок Г.3 - Поле температур № 3 (шаг 1, подшаг 94)

Рисунок Г.4 - Поле температур № 4 (шаг 1, подшаг 115)

Охлаждение макета. Тепловые поля при охлаждении макета представлены на рисунках Г.5-Г.7.

Рисунок Г.5 - Поле температур № 5 (шаг 1, подшаг 8)

Рисунок Г.6 - Поле температур № 6 (шаг 1, подшаг 15)

Рисунок Г.7 - Поле температур № 7 (шаг 1, подшаг 21)

123

Приложение Д (справочное) Тепловые поля «мягкого» режима

Нагрев макета. Тепловые поля при нагреве макета представлены на рисунках Д.1-Д.2.

Рисунок Д.1 - Поле температур № 1 (шаг 1, подшаг 16)

Охлаждение макета. Тепловые поля при охлаждении макета представлены на рисунке Д.3.

Рисунок Д.3 - Поле температур № 3 (шаг 1, подшаг 120)