Електронно-променеве наплавлення стелітом робочих поверхонь арматури АЕС

Наплавлення стелітом (кобальтовими сплавами) є одним із найефективніших методів захисту деталей, що працюють в екстремальних умовах. Стеліті, виготовлені на основі кобальту (Co) з додаванням хрому (Cr), вольфраму (W) та вуглецю (C), цінуються завдяки унікальним поєднанням таких параметрів, як корозійна стійкість, жароміцність та мінімальний знос.

Їхній вибір для захисту конструкційних елементів АЕС обумовлений такими факторами:

• Кавітаційна стійкість: Сплав витримує руйнівну дію швидких потоків теплоносія.
• Низький коефіцієнт тертя: Сплав схильний до полірування, що знижує інтенсивність задиру при терті «метал-метал».
• Радіаційна стійкість: Матеріал не втрачає властивості під впливом інтенсивного опромінення.
• Корозійна стійкість: Хром у складі створює пасивну плівку, що захищає від окислення та агресивних середовищ.
• Твердість при високих температурах: Зберігає механічну міцність при робочих температурах першого та другого контурів реактора.

Вибір технологічного процесу наплавлення залежить від необхідної точності та обсягу робіт

• Аргонодугове наплавлення (TIG): Забезпечує високу якість та чистоту наплавленого шару. Мінімум бризок та відмінний контроль ванни.
• Плазмове-порошкове наплавлення (PTA): Дає мінімальне перемішування стеліту з основним металом (до 5%), що дозволяє зберегти властивості сплаву вже в першому шарі.
• Газополум'яне наплавлення: Часто використовується для нанесення стеліту на кромки клапанів та невеликих деталей.
• Лазерне наплавлення: Забезпечує надточне нагрівання та мінімальні деформації деталі.
• Електронно-променева наплавлення (ЕПН): Дозволяє створювати захисні шари з унікальними характеристиками, які неможливо отримати традиційними методами.

Використання електронного променю реалізує якісний стрибок у забезпеченні надійності вузлів та конструктивних елементів АЕС.

Переваги застосування методу ЕЛН для забезпечення необхідної надійності арматури АЕС

1. Мінімальне перемішування: Електронний промінь дозволяє розплавити лише тонкий шар основного металу. Завдяки цьому склад наплавленого стеліту залишається "чистим", не розбавляючись металом з основи поверхні, що особливо критично для збереження корозійної стійкості.
2. Мінімальна зона термічного впливу: Висока концентрація енергії мінімізує деформацію деталі, що дозволяє з високою точністю наплавляти стеліт на поверхню вже готових виробів та конструктивних елементів.
3. Вакуумне середовище: Процес відбувається в умовах високого вакууму, що виключає насичення металу атмосферними газами (киснем, азотом, воднем). Це практично гарантує відсутність пір, мікротріщин та оксидних включень.
4. Дрібнозерниста структура: Швидке охолодження після проходження променю сприяє формуванню дуже дрібної структури сплаву, що суттєво підвищує його зносостійкість.

Технічні особливості реалізації ЕЛН

При наплавленні на елементи арматури (клапана, засувки, сідла) критично важливе дотримання специфічних параметрів:

• Форма присадки: Стеліт може подаватися до зони наплавлення у вигляді дроту або порошку. Порошкове наплавлення дозволяє більш точно дозувати матеріал для обробки складних геометричних поверхонь.
• Сканування променем: Для рівномірного розподілу тепла електронний промінь сканує поверхнею за певними траєкторіями, запобігаючи її перегріву.
• Контроль якості: На АЕС діють суворі стандарти, де ПНАЕ Г-7-009-89 є основним документом, що визначає правила контролю зварних з'єднань та наплавлень, тому після наплавлення обов'язково проводиться капілярний чи ультразвуковий контроль відсутність місць несплавління.

Дослідний завод спецелектрометалургії є дослідно-виробничим майданчиком головного підприємства, де проводиться апробація інноваційних технологій спеціальної електрометалургії, до яких належать унікальні технологічні процеси наплавлення спеціальними сплавами на поверхню відповідальних деталей та конструктивних елементів, що працюють у жорстких режимах експлуатації. З цією метою на підприємстві розробляється та виготовляється обладнання та оснащення для забезпечення вакууму, необхідного для виконання всіх вимог технологічного процесу електронно-променевого наплавлення.