Способ очистки поверхности материалов

 

Использование: изобретение относится к области лазерной технологии и может быть использовано при дезактивации металлических конструкций и трубопроводов АЭС при снятии их с эксплуатации. Способ очистки поверхности материалов включает подачу лазерного излучения на обрабатываемую поверхность, лазерное излучение выбирают импульсно-периодического режима с модуляцией добротности резонатора, обеспечивающего плотность мощности на обрабатываемой поверхности, достаточной для возникновения процессов испарения наиболее тугоплавких соединений материалов, входящие в состав оксидной пленки, с абляцией продуктов испарения с обрабатываемой поверхности потоком газа, направление движения которого совпадает с направлением очистки поверхности материала. 1 табл., 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области лазерной технологии и может быть использовано при дезактивации металлических конструкции и трубопроводов АЭС при снятии их с эксплуатации.

Известен способ очистки поверхности металла [1].

Однако этот способ не позволяет снимать оксидные пленки о металлических поверхностей. Именно в таких пленках накапливаются радионуклиды в отложениях на внутренних поверхностях оборудования АЭС.

Известный способ очистки обеспечивает режим плавления, а не испарения, что не приводит к устранению радиоактивных оксидных пленок, и не обеспечивает тем самым снижение уровня радиационной активности.

Известен также электрохимический способ дезактивации углеродистых сталей [2].

Однако этот способ, во-первых, приводит к накоплению больших объемов радиоактивном, химически агрессивной жидкости, требующей хранения и последующей дезактивации, что в свою очередь представляет сложную и дорогостоящую проблему, во-вторых, не позволяет производить дезактивацию эастойных полостей, имеющихся в реакторных установках.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ очистки поверхности материалов, включающий подачу лазерного излучения на обрабатываемую поверхность изделия в нейтральной газовой среде с давлением от 10 до 40 атм. [3].

Однако этот способ, хотя и не приводит к образованию окислов на металлических поверхностях, тем не менее требует специального оборудования и не удаляет радиационные оксидные пленки с поверхностей и может сопровождаться деструкцией поверхностного слоя на большой глубине (до 200-300 мкм).

Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является дистанционная дезактивация от радиоактивных отложений металлических поверхностей путем удаления с них радиоактивных оксидных пленок без деструкции обрабатываемого материала.

Технический результат достигается тем, что в известном способе очистки поверхности материалов, включающем подачу лазерного излучения на обрабатываемую поверхность, лазерное излучение выбирают импульсно- периодического режима с модуляцией добротности резонатора, обеспечивающего плотность мощности на обрабатываемой поверхности, достаточную для возникновения на поверхности процессов испарения и абляции наиболее тугоплавких соединений металлов, входящих в состав оксидной пленки, при этом удаление продуктов испарения и абляции с обрабатываемой поверхности производят потоком газа или смесью газов, направление движения которого совпадает с направлением очистки поверхности материала лазерным излучением.

На фиг. 1 показана блок-схема экспериментальной установки, реализующей предложенный способ, где 1 - задающий генератор, 2 - согласующий телескоп, 3 - усилитель (квантрон), 4 - линза, 5 - блок наведения на обрабатываемую поверхность, 6 - обрабатываемая поверхность материала; на фиг. 2 представлена схема экспериментальной системы поглощения радиоактивных аэрозолей, удаляемых смесью газов.

Механизм предложенного способа очистки поверхности материалов заключается в следующем.

Задающий генератор 1, представляющий из себя серийный твердотельный лазер, работающий в импульсно-периодическом режиме с модуляцией добротности резонатора, излучает лазерный пучок с однородным распределением интенсивности по сечению. Это излучение проходит через согласующий телескоп 2 и поступает на усилительную линейку 3. Последняя представляет из себя типовые серийные квантроны 3 типа К-301В. Количество квантронов определяется требуемым уровнем плотности мощности излучения на поверхности металлического образца, которая в свою очередь зависит от максимальной температуры испарения наиболее тугоплавких соединений металлов, входящих в состав оксидной пленки. В результате воздействия лазерного излучения на металлический образец 6 на его поверхности возникают процессы испарения и абляции радиоактивной оксидной пленки. С целью предотвращения повторного осаждения удаленных продуктов коррозии на обрабатываемую поверхность, образец обдувается потоком газа, направление движения которого совпадает с направлением очистки. Для обеспечения радиационной безопасности и сбора для последующею утилизации радионуклидов, этот поток направляется в систему сорбции на фильтрах (фиг. 2).

В процессе исследований эффекта взаимодействия лазерного излучения с поверхностью различных металлов изменились: длительность импульсов; длина волны излучения; частота следования импульсов; диаметр области взаимодействия пучка; скорость движения пучка относительно обрабатываемой поверхности.

Предложенный способ позволит при снятии АЭС или отдельного оборудования с эксплуатации улучшить экологический фон среды, в которой находится очищаемая поверхность; обеспечить дезактивацию застойных зон реакторных конструкций, недоступных для обработки известными способами; достигнуть высокой степени дезактивации вплоть до естественного радиационного фона и использовать очищенный металл в промышленности.

Некоторые результаты испытаний предложенного способа представлены в таблице.

В качестве образцов 1 и 2 были взяты образцы стали марки 08Х18Н10Т с реальной пленкой радиоактивных продуктов коррозии - верхняя часть стояка канала РБМК Игналинской АЭС.

Данные таблицы показывают, что предлагаемый способ очистки (дезактивации) поверхности материалов сравнимы с лучшими результатами, получаемыми при химической дезактивации.

Помимо очистки поверхности материалов от радиационной оксидной пленки, реализация предлагаемого способа позволяет осуществить: - возможность дистанционной (до нескольких метров) дезактивации; - возможность дистанционной резки снятых о эксплуатации металлоконструкций с предварительной их дезактивацией.

Источники информации 1. Патент Франции N 2403860 кл. B 23 K 7/06, 1981 г.

2. Авт.св. СССР N 650360, 1977 г.

3. Авт. св. СССР N 1127775, B 28 D 1/00, В 23 К 7/06 (прототип).

Формула изобретения

Способ очистки поверхности материалов, включающий облучение лазерным излучением обрабатываемой поверхности, отличающийся тем, что лазерное облучение проводят в импульсно-периодическом режиме с модуляцией добротности резонатора, обеспечивающего плотность мощности на обрабатываемой поверхности, достаточную для возникновения процессов испарения наиболее тугоплавких соединений материалов, входящих в состав оксидной пленки, с абляцией продуктов испарения с обрабатываемой поверхности потоком газа, направление движения которого совпадает с направлением очистки поверхности материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3