Sposób zgrzewania wewnętrznych nieciągłości metalurgicznych we wlewkach ze stopu cyrkonu

Stopy na bazie cyrkonu są szeroko stosowane do produkcji wyrobów konstrukcyjnych pracujących w szczególnie trudnych warunkach, w tym do wytwarzania elementów prętów paliwowych do rdzeni reaktorów jądrowych. Wyrobom ze stopów cyrkonu stawiane są wysokie wymagania, przede wszystkim w zakresie właściwości mechanicznych i korozyjnych, a także zapewnienia jednorodności struktury i braku wewnętrznych nieciągłości metalurgicznych. Obecność wewnętrznych nieciągłości metalurgicznych w wyrobach konstrukcyjnych może prowadzić do wadliwej pracy elementów (skrócenia cyklu pracy prętów paliwowych), a najbardziej negatywnym skutkiem może być rozprężanie prętów paliwowych z uwolnieniem chłodziwa (awaria LOCA).

Zr jest jednym z głównych stopów wykorzystywanych do produkcji elementów konstrukcyjnych prętów paliwowych (koszulki, elementy końcowe) do reaktorów. Technologia wytwarzania elementów o przekroju okrągłym ze stopu Zr obejmuje dwukrotne przetapianie wlewka w łukowym piecu w próżni, kucie na gorąco wlewka, wyciskanie na gorąco półwyrobów, kilku cykli walcowania na zimno z pośrednią i końcową obróbką cieplną wyrobów gotowych. W procesie przetapiania ze względu na gradient prędkości krystalizacji w objętości wlewka nieuniknione jest powstawanie jamy usadowej w osi wlewka oraz powstawanie porowatości środkowej i pustek metalurgicznych.

Sposób zgrzewania wewnętrznych nieciągłości metalurgicznych we wlewkach ze stopu cyrkonu polega na zastosowaniu operacji wydłużania w złożeniu kowadeł trapezowo płaskich i kowadeł płaskich w czterech przejściach kuźniczych charakteryzuje się tym, że materiał wsadowy ze stopu cyrkonu (1), korzystnie w kształcie walca, z wewnętrznymi nieciągłościami metalurgicznymi, nagrzany do temperatury od 900°C do 1050°C korzystnie 970°C układa się równolegle do tworzącej walca na dolnym kowadle płaskim nagrzanym do temperatury od 200°C do 350°C korzystnie 250°C, naciska się z gniotem od 20 do 40% korzystnie 35%, górnym kowadłem trapezowym nagrzanym do temperatury od 200°C do 350°C korzystnie 250°C. Prędkość posuwu górnego kowadła wynosi od 5 do 18 mm/s korzystnie 8 mm/s, przy jednocześnie nieruchomym dolnym kowadle, a następnie materiał obracany jest o kąt 90° w stosunku do jego osi symetrii i wykonuje się drugi nacisk górnym kowadłem trapezowym z gniotem od 20 do 40% korzystnie 35%, tak przetworzony materiał nagrzewa się do temperatury od 900°C do 1050°C korzystnie 970°C i układa się na nieruchomym dolnym kowadle płaskim, temperatura kowadła od 200°C do 350°C korzystnie 250°C, naciska z gniotem od 20 do 40% korzystnie 35% płaskim kowadłem górnym o temperaturze kowadła od 200°C do 350°C korzystnie 250°C, które to kowadło przesuwa się w kierunku materiału z prędkością od 5 do 18 mm/s korzystnie 8 mm/s, a następnie materiał ponownie obracany jest kąt 90° w stosunku do osi symetrii materiału i naciska się górnym kowadłem płaskim poruszającym się z prędkością od 5 do 18 mm/s korzystnie 8 mm/s, z gniotem od 20 do 40% korzystnie 35%, przy czym temperatura materiału podczas operacji wydłużania musi być wyższa od 700°C, korzystnie wynosi od 900°C do 1050°C, najkorzystniej 970°C.