Припой для герметизации заготовки стержня топливного сердечника керметного тепловыделяющего элемента ядерного реактора

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к технологии изготовления стержней топливных сердечников керметных твэлов. Припой для герметизации заготовки стержня топливного сердечника керметного тепловыделяющего элемента ядерного реактора состоит из консолидированных органической связкой смеси порошков меди и циркония в массовом соотношении (0,17-0,25):(0,83-0,75). Порошок меди выбран фракцией 10-50 мкм из партии с основной фракцией 5-10 мкм, а порошок циркония выбран фракцией 50-100 мкм из партии с основной фракцией 100-140 мкм. Изобретение позволяет повысить выход годных по герметичности заготовок.

 

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к технологии изготовления стержней топливных сердечников керметных твэлов.

Одним из направлений в ядерной энергетике является использование твэлов, в которых керметные тепловыделяющие сердечники набраны из стержней (см., например, Федик И.И., Гаврилин С.С. и др. "Новое поколение твэлов на основе микротоплива для ВВЭР". - М.: Атомная энергия, 2004, т.96, вып.4, с.280).

Для изготовления такого стержня используется заготовка, выполненная в виде трубы из циркониевого сплава, заполненной засыпкой порошка ядерного топлива с покрытием из материала матрицы и закрытой с торцов двумя цилиндрическими заглушками (см. Гаврилин С.С., Денискин В.П., Леонов А.В., Федик И.И. "Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора". Патент РФ №2305334 от 15.03.06, опубл. 27.08.2007. Бюл. №24).

Такая конструкция заготовки предполагает герметизацию полости трубы, заполненной засыпкой порошка ядерного топлива, с помощью пайки, причем припой размещается в проточке заглушки.

Известен четырехкомпонентный припой (Zr-8Fe-8Nb-2,2Be, % мас.), выполненный в виде аморфной ленты толщиной 20-40 мкм или мелкодисперсного порошка, изготовленного дроблением ленты, которые при создании паяного соединения размещаются между элементами конструкции из циркониевых материалов (см., например, Калин Б.А., Федотов В.Т., Севрюков О.Н. и др. «Разработка и применение быстрозакаленных припоев для прецизионной пайки конструктивных элементов атомной техники». Вопросы атомной науки и техники. Серия: Материаловедение и новые материалы. Выпуск 1 (64), 2005 г., с.182-189).

Недостатком применения такого припоя является невозможность совмещения операций дегазации загруженных в заготовку материалов и герметизации заготовки пайкой при использовании одного и того же нагревательного оборудования. Это обусловлено для рассматриваемого припоя низкой температурой создания паяного соединения (815-865°C), недостаточной для завершения операции дегазации материалов.

Известен также припой, состоящий из смеси порошков меди и циркония в массовом соотношении (0,17-0,25):(0,83-0,75), консолидированных органической связкой, например глицерином (см. Гаврилин С.С., Денискин В.П., Леонов А.В., Федик И.И. "Заготовка стержня топливного сердечника керметного тепловыделяющего элемента ядерного реактора", описание изобретения к патенту РФ №2305333 от 15.03.06. Бюл. №24, 27.08.2007). В этом припое применены порошки меди и циркония, поставляемые промышленностью.

Недостатком припоя является то, что при дегазации заготовки удаление связки связано с неконтролируемым выносом мелких фракций порошков, которые всегда присутствуют в поставляемых материалах. Такой вынос увеличивает вероятность изменения заданного массового соотношения компонентов припоя, что приводит к образованию нежелательных эвтектических соединений медь-цирконий и, как следствие, непропаю шва и нарушению герметичности заготовки. Этот недостаток усугубляется в случае подачи материала матрицы в засыпку в виде гидрида циркония, преобразуемого при дальнейшей температурной обработке в циркониевую матрицу. Выделяющийся при этом в большом количестве водород истекает из заготовки через зазоры между заглушками и трубой заготовки, дополнительно увеличивая вероятность выноса мелких фракций припоя.

По совокупности существенных признаков последний припой наиболее близок к предлагаемому припою и выбран в качестве прототипа.

Сущность изобретения состоит в следующем. Предлагаемый припой выполнен из смеси порошков циркония и меди в массовом соотношении (0,17-0,25):(0,83-0,75), причем порошок меди выбран фракцией 10-50 мкм из партии с основной фракцией 5-10 мкм, а порошок циркония выбран фракцией 50-100 мкм из партии с основной фракцией 100-140 мкм.

От прототипа этот припой отличается определенным выше фракционным составом.

Экспериментально показано, что циркониевый порошок, отобранный фракцией 50-100 мкм из партии порошка с основной фракцией 100-140 мкм, не захватывается потоками выделяющихся газов, а припекание частиц меди к частицам циркония закрывает каналы свободного выхода для частиц меди размером более 10 мкм.

Пример практической реализации предлагаемого припоя

При изготовлении предлагаемого припоя порошок циркония основной фракции 100-140 мкм подвергали рассеву на ситах с отбором фракции 50-100 мкм. Отобранную фракцию обеспыливали промывкой в трихлорэтилене. Порошок меди фракции 10-50 мкм из партии с основной фракцией 5-10 мкм получали осаждением порошка в вязкой среде на основе водного раствора глицерина. В качестве органической связки припоя использовался глицерин.

Применение приготовленного припоя при изготовлении заготовок с засыпкой порошка ядерного топлива с покрытием позволил увеличить выход годных по герметичности с 90 до 100%. Герметичность заготовок определялась при проведении операции обжатия оболочки заготовки на засыпку порошка ядерного топлива с покрытием внешним давлением аргона сразу после проведения операций дегазации и герметизации.

Таким образом, отличие предлагаемого припоя от известных обеспечивает удержание порошков в месте их размещения (проточки заглушек) при дегазации заготовки, что увеличивает выход годных по герметичности заготовок.

Припой для герметизации заготовки стержня топливного сердечника керметного тепловыделяющего элемента ядерного реактора, состоящий из консолидированных органической связкой смеси порошков меди и циркония в массовом соотношении (0,17-0,25):(0,83-0,75), отличающийся тем, что порошок меди выбран фракцией 10-50 мкм из партии с основной фракцией 5-10 мкм, а порошок циркония выбран фракцией 50-100 мкм из партии с основной фракцией 100-140 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для изготовления дисперсионного тепловыделяющего элемента ядерного реактора. .
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам, применяемым при изготовлении стержней топливных сердечников керметных тепловыделяющих элементов ядерных реакторов различного назначения.

Изобретение относится к атомной энергетике, преимущественно к конструкции заглушек стержневого тепловыделяющего элемента (твэла) ядерного реактора, предназначенных для контактно-стыковой сварки с оболочкой твэла.

Изобретение относится к способу изготовления тепловыделяющих элементов ядерного реактора и может быть использовано в атомной энергетике при изготовлении с применением контактно-стыковой сварки тепловыделяющих элементов (твэл) и направляющих каналов стержневого типа для тепловыделяющих сборок энергетических ядерных реакторов.

Изобретение относится к способу изготовления тепловыделяющего элемента (твэл) ядерного реактора и может найти применение в ядерной технике. .

Изобретение относится к способу контактно-стыковой сварки трубы с заглушкой и может найти применение при изготовлении стержневых тепловыделяющих элементов ядерных установок.

Изобретение относится к сварке, в частности способу герметизации тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) ядерного реактора контактно-стыковой сваркой и может быть использовано в атомной энергетике.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к тепловыделяющим сборкам для ядерных реакторов с водой под давлением. .

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам изготовления керметных стержней топливных сердечников тепловыделяющих элементов (твэл) ядерных реакторов различного назначения.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к конструкции заготовки, используемой при прессовании стержней топливных сердечников керметных тепловыделяющих элементов (твэл) ядерных реакторов различного назначения.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению сварочной проволоки для сварки жаропрочных хромистых мартенситных сталей. .
Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для наплавки деталей, испытывающих активный абразивный износ металла по металлу в условиях повышенной температуры и многократных перепадов температур, например валков горячей прокатки, опорных валков, привалковой арматуры и других деталей металлургического оборудования прокатных станов.

Изобретение относится к металлургии сложнолегированных сварочных материалов и может быть использовано для ручной и автоматической сварки деталей из высоконикелевых сплавов.

Изобретение относится к электродуговой сварке под флюсом и может быть использовано при сварке листовых металлоконструкций и резервуаров, работающих при отрицательных температурах.
Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к составу связующего электродных покрытий, и может быть использовано при изготовлении электродов для ручной электродуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей.

Изобретение относится к пайке, в частности к разработке оптимальной формы выпуска и состава припоя, применяемого при пайке изделий из вольфрама и его сплавов с изделиями из меди и ее сплавов, например энергонапряженных узлов для термоядерной энергетики.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для монтажа электрорадиоэлементов и интегральных схем на печатные платы и формирования надежных и качественных паяных соединений, предназначенных для работы в жестких условиях эксплуатации.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к металлам сварных швов для соединения между собой медно-никелевых сплавов с содержанием от 9,0 до 41,0 мас.% никеля, и может быть использовано при изготовлении и ремонте судовых трубопроводов систем забортной воды кораблей и судов всех типов и назначений, рыбозащитных устройств и других конструкций и изделий из рассматриваемых медно-никелевых сплавов.
Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой сварке под флюсом, в частности к флюсам, предназначенным для примешивания к плавленым флюсам

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к технологии изготовления стержней топливных сердечников керметных твэлов

Наверх