«Опыт применения волоконных лазеров для сварки элементов из нержавеющей стали центральной сборки дивертора ИТЭР» Лапин Александр ОАО «НИИЭФА» «Внедрение. - презентация

1 «Опыт применения волоконных лазеров для сварки элементов из нержавеющей стали центральной сборки дивертора ИТЭР» Лапин Александр ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

2 Conductors and Poloidal Magnetic Field Coils Conductors for Toroidal Magnetic Field Coil Switching Networks, Discharge Circuits, DC Distribution and Instrumentation Dome for Divertor Cassette PFC Tests First Wall & Shielding Blanket Upper Ports Assemblies Blanket Module Connections Diagnostics, H&CD Systems ИТЭР ИТЭР – это уникальный международный проект, направленный на строительство усилиями семи его участников первого международного экспериментального термоядерного реактора, крупнейшего в мире ТОКАМАКа. Целью Проекта является демонстрация технологической возможности использования термоядерной энергии в промышленных масштабах. ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

3 3. Проведение тепловых испытаний 100% элементов дивертора Этапы работы подтверждение квалификации и подготовка к производству изготовление и поставка Первая стенка Центральная сборка дивертора 2. Изготовление 40% панелей первой стенки реактора (8000 элементов) 1. Изготовление 60 центральных сборок дивертора (100%) Участие НИИЭФА им. Д.В. Ефремова в проекте ИТЭР ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

4 Способы сварки применяемые для изготовления дивертора Способы сварки применяемые для изготовления дивертора TIG сварка Орбитальная сварка Лазерная сварка HIP соединение Сварка взрывом Следующие способы сварки будут использоваться для сварки Центральной Сборки Дивертора: лазерная сварка, орбитальная сварка, TIG сварка, HIP соединение и сварка взрывом. ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

5 Материалы используемые для изделий ИТЭР Химический состав стали 316L(N) IG ElementAlloying elements and impurities content, wt. %. minmax C0.030 Mn Si0.50 P0.025 S0.01 Cr Ni Mo N B (or 0.001)* Cu0.3 Co0.05 Nb0.01 Ti0.1 Ta0.01 Химический состав стали XM19/Nitronic 50 ElementsContent in wt.% Min.Max. Febalance C0.06 Mn Si0.75 Cr Ni P0.040 S0.030 Mo N V Nb* Additional ITER specific requirements: Co0.05 ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

6 Сварные швы выполненные лазерной сваркой должны иметь 100% глубину провара. В сварных швах не должно быть непроходных дефектов в виде: непроваров, трещин, пор и шлаковых включений. С внутренней стороны соединений не должно быть капель и брызг металла. Требования к сварным соединениям ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

7 Визуальный контроль 100% EN ISO 970 Визуальный контроль 100% в соответствии с требованиями EN ISO 970 Цветная дефектоскопия 100% EN ISO Цветная дефектоскопия 100% в соответствии с EN ISO Радиографический контроль 100% EN ISO 435 Радиографический контроль 100% в соответствии с требованиями EN ISO 435Разрушающий: Механические испытания Механические испытания в соответствии с требованиями EN ISO 895 Поперечный изгиб Поперечный изгиб в соответствии с требованиями EN ISO 910 Металлографические исследования Металлографические исследования в соответствии с EN ISO 1321 Виды и объем контроля сварных соединений Неразрушающий: ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

8 Участок лазерной сварки Участок лазерной сварки Для выполнения лазерной сварки центральной сборки дивертора было приобретено и запущено в работу оборудование: лазерная ячейка Flex Lase оснащенная роботом Motoman HP50, Иттербиевый волоконный лазер ЛС-15 мощностью до 15 к Вт со сварочной лазерной головкой Precitec YW50 ZK и двухосевой позиционер MOTOMAN МТ Motoman HP50N Precitec YW50 Turn table ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

9 Устройства для защиты лицевой стороны прямолинейных и криволинейных лазерных сварных швов Устройство для защиты лицевой стороны кольцевых и криволинейных лазерных сварных швов и пример выполнения криволинейных швов при отработке их высококачественной защиты. Устройство для защиты лицевой стороны прямолинейных швов и пример сварного шва, сваренного с высококачественной защитой лицевой стороны шва ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

10 Лазерная сварка с использованием в качестве защиты флюса марки ESAB Ранее мы использовали защитный флюс для снижения количества брызг в коробчатых структурах ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

11 Причина отказа от флюса В связи с трудностью удаления шлака после сварки, некачественным формирования шва выявлением многочисленных подрезов и брызг, было решено отказаться от применения флюса внутри коробчатых структур и продолжить поиски альтернативных способов защиты. ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

12 Поиски альтернативных способов защиты корневой части шва при лазерной сварке коробчатых структур Измельчённый до дисперсности от 100 до 150 мкм флюс Флюс имеет не достаточно высокую температуру стеклования и при попадании излучения на него может прижигаться к стали достаточно прочно и простым смывание водой удалить этот слой не представляется возможным. Пылевидный кварц с частицами 50 мкм При сварке коробчатых образцов возникает проблема защиты поверхности корневой части шва, находящейся под проплавом противоположного шва. Суспензии На данный момент, мы максимально снизили брызгообразование при лазерной сварке, путем оптимизации режимов и применения специальных способов защиты. ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

13 Результат подбора режимов сварки для нержавеющей стали 316L толщиной 6 мм Для получения оптимальных режимов сварки более 100 различных параметров было отработанно и проанализировано. Все сварные швы выполненные на оптимизированных режимах соответствуют стандарту EN ISO level B ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

14 Результат подбора режимов сварки для нержавеющей стали 316L толщиной 12 мм Для получения оптимальных режимов сварки более 80 различных параметров было отработанно и проанализировано. Все сварные швы выполненные на оптимизированных режимах соответствуют стандарту EN ISO level B ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

15 Для лазерной сварки мы используем высококачественный газ аргон ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

16 Все сварщики-операторы прошли курс обучения в специализированном центре. Сертификация операторов робота MOTOMAN Сертификация операторов робота MOTOMAN ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

17 Аттестация организацией Bureau Veritas (France) В связи с корректировкой режимов сварки и разработкой новых технологий в 2014 году была запланирована повторная аттестация технологий и сварщиков-операторов. Мы планируем закончить аттестацию и получить аттестационные документы в сентябре 2014 года. Первая аттестация была успешно проведена в 2010 году ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

18 Заключение 1. Лазерные технологии сварки для нержавеющих сталей 316L и ХМ-19 для толщин 6 мм и 12 мм разработаны и аттестованы. 2. Успешно выполняется сварка замкнутых лазерных швов нержавеющих сталей 316L и ХМ-19, для толщин 6 мм и 12 мм разработаны и аттестованы. 3. Успешно разрабатывается лазерная сварка нержавеющих сталей 316L толщиной 14 мм ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года

19 ОАО «НИИЭФА» «Внедрение передовых лазерных технологий и оборудования в промышленность» Специализированный семинар в рамках 16-ой международной конференции «Оптика лазеров» и 7 –го международного конгресса по мощным волоконным лазерам 02 июля 2014 года