RU2223561C2

RU2223561C2 - Method for manufacturing three-layer tubular fuel elements

Info

Publication number: RU2223561C2
Application number: RU2002102049/06A
Authority: RU
Inventors: В.В. Горбунов; Н.И. Майский; П.В. Приходько; С.Б. Шатунов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2004-02-10

Abstract

FIELD: nuclear power engineering; manufacture of dispersed-core fuel elements. SUBSTANCE: fuel elements of this type are manufactured in the form of round- or polygonal-section tubes having internal working layer (core) and bilateral protective cladding of corrosion-resistant material such as aluminum alloy. Proposed method for manufacturing such fuel elements includes placement of core billet made of uranium dioxide dispersed in aluminum matrix into aluminum alloy cladding, calibration, joint hot molding, drawing, and heat treatment; the latter is conducted prior to drawing at 420-460 C for 2-2.5 h followed by joint cooling down at a rate not over 30 C/h. Such procedure eliminates natural aging effect of matrix in cermet part which provides for good results in further plastic deformation of cermet products. EFFECT: improved quality of fuel elements. 1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к ядерной энергетике и может найти применение при изготовлении трехслойных трубчатых тепловыделяющих элементов (твэл) с сердечником дисперсионного типа. Твэлы данного типа выполняют в виде труб круглого или многогранного сечения, состоящих из внутреннего рабочего слоя (сердечника) и двусторонней защитной оболочки из коррозионно-стойкого материала, например алюминиевого сплава. The invention relates to nuclear energy and may find application in the manufacture of three-layer tubular fuel elements (fuel elements) with a dispersion type core. Fuel elements of this type are made in the form of pipes of circular or multifaceted cross-section, consisting of an inner working layer (core) and a two-sided protective sheath made of a corrosion-resistant material, for example, an aluminum alloy.

Известен способ изготовления трехслойных твэлов (А.Г. Самойлов, А.И. Каштанов. Дисперсионные твэлы. В двух томах. Том 1. М.: Энергоиздат, 1982, с. 199-205), включающий размещение заготовки сердечника в оболочке, калибровку, совместное горячее прессование, волочение и термообработку. A known method of manufacturing three-layer fuel rods (AG Samoilov, AI Kashtanov. Dispersion fuel rods. In two volumes. Volume 1. M .: Energoizdat, 1982, S. 199-205), including the placement of the core blank in the shell, calibration , joint hot pressing, drawing and heat treatment.

Недостатком данного способа является то, что оболочка твэлов подвергается старению, увеличивается ее твердость, а следовательно, снижается качество твэлов. The disadvantage of this method is that the cladding of the fuel rods undergoes aging, its hardness increases, and therefore, the quality of the fuel rods decreases.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату - прототипом является способ изготовления трехслойных трубчатых тепловыделяющих элементов (Ю.Н. Сокурский. Уран и его сплавы. М.: Атомиздат, 1971, с. 421-423, 432-434), включающий размещение заготовки сердечника в оболочке, калибровку, совместное горячее прессование, волочение и термообработку. The closest in technical essence and the achieved result - the prototype is a method of manufacturing a three-layer tubular fuel elements (Yu. N. Sokursky. Uranium and its alloys. M: Atomizdat, 1971, S. 421-423, 432-434), including the placement of the workpiece core in the shell, calibration, joint hot pressing, drawing and heat treatment.

Недостатком данного способа является то, что оболочка твэлов подвергается старению, увеличивается ее твердость, а следовательно, снижается качество твэлов за счет растрескивания оболочки. The disadvantage of this method is that the cladding of the fuel rods undergoes aging, its hardness increases, and therefore, the quality of the fuel rods decreases due to cracking of the cladding.

Задачей изобретения является повышение качества трехслойных тепловыделяющих элементов. The objective of the invention is to improve the quality of three-layer fuel elements.

Задача решается тем, что в способе изготовления трехслойных трубчатых тепловыделяющих элементов, включающем размещение заготовки сердечника, выполненного из диоксида урана, диспергированного в алюминиевой матрице, в оболочке из алюминиевого сплава, калибровку, совместное горячее прессование, волочение и термообработку, согласно формуле изобретения термообработку проводят перед волочением при температуре 420-460^oС в течение 2-2,5 ч с последующим охлаждением со скоростью не более 30^oС/ч.The problem is solved in that in the method of manufacturing a three-layer tubular fuel elements, including the placement of a core blank made of uranium dioxide dispersed in an aluminum matrix in an aluminum alloy shell, calibration, joint hot pressing, drawing and heat treatment, according to the invention, the heat treatment is carried out before drawing at a temperature of 420-460 ^o C for 2-2.5 hours, followed by cooling at a speed of not more than 30 ^o C / h

Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как проведение термообработки перед волочением придает материалу оболочки пластичность, снижается твердость и исключается эффект естественного старения, т.е. оболочечный материал не упрочняется во времени. Это позволяет волочение изделий проводить независимо от времени проведения термообработки и исключает необходимость проведения термообработки между стадиями волочения. The specified set of features is new and has an inventive step, since the heat treatment before drawing gives the material of the shell plasticity, reduces hardness and eliminates the effect of natural aging, i.e. shell material does not harden in time. This allows the drawing of products to be carried out regardless of the time of the heat treatment and eliminates the need for heat treatment between the stages of drawing.

При данных режимах исключается эффект естественного старения матрицы в металлокерамическом изделии, что положительно отражается при дальнейших операциях, связанных с пластической деформацией металлокерамических изделий. Under these conditions, the effect of natural aging of the matrix in the ceramic-metal product is excluded, which is positively reflected in further operations associated with plastic deformation of ceramic-metal products.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Заготовку сердечника, выполненного из диоксида урана, диспергированного в алюминиевой матрице, размещают в оболочке из алюминиевого сплава, калибруют и проводят совместное горячее прессование, после чего трехслойную трубу подвергают термообработке при температуре 420-460^oС в течение 2-2,5 ч, затем охлаждают вместе с печью со скоростью 30^oС/ч.The billet of a core made of uranium dioxide dispersed in an aluminum matrix is placed in an aluminum alloy shell, calibrated and hot pressed together, after which the three-layer pipe is subjected to heat treatment at a temperature of 420-460 ^o C for 2-2.5 hours, then cooled together with the furnace at a speed of 30 ^o C / h

Пример 1. В таблице 1 представлен осуществленный по прототипу способ получения трехслойных трубчатых тепловыделяющих элементов. Example 1. Table 1 presents the prototype method for producing three-layer tubular fuel elements.

При термообработке, включающей нагрев при 480^oС, выдержку 1-1,5 ч и охлаждение на воздухе, получается неустойчивое термодинамическое состояние алюминиевого сплава оболочки и алюминиевой матрицы, что приводит к их дальнейшему естественному старению. В связи с этим возникает необходимость проведения термообработки перед каждым волочением, причем непосредственно сразу после ее проведения.During heat treatment, including heating at 480 ^o C, holding for 1-1.5 hours and cooling in air, the unstable thermodynamic state of the aluminum alloy of the shell and the aluminum matrix is obtained, which leads to their further natural aging. In this regard, there is a need for heat treatment before each drawing, and immediately after it.

Пример 2. В таблице 2 представлен предложенный способ, включающий нагрев при температуре 420-460^oС, выдержку в течение 2-2,5 ч и медленное совместное с печью охлаждение со скоростью не более 30^oС/ч. По данной технологии получается устойчивое термодинамическое состояние алюминиевого сплава оболочки и алюминиевой матрицы, что исключает их дальнейшее старение.Example 2. Table 2 presents the proposed method, including heating at a temperature of 420-460 ^o C, holding for 2-2.5 hours and slow joint cooling with the furnace at a speed of not more than 30 ^o C / h Using this technology, a stable thermodynamic state of the aluminum alloy of the shell and the aluminum matrix is obtained, which eliminates their further aging.

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить качество трехслойных тепловыделяющих элементов, исключить растрескивание оболочки, придать ей пластичность и исключить эффект естественного старения. Thus, the proposed method allows to improve the quality of the three-layer fuel elements, to exclude cracking of the shell, to give it ductility and to exclude the effect of natural aging.

Claims

A method of manufacturing a three-layer tubular fuel elements, including the placement of a core blank made of uranium dioxide dispersed in an aluminum matrix in an aluminum alloy shell, calibration, joint hot pressing, drawing and heat treatment, characterized in that the heat treatment is carried out before drawing at a temperature of 420- 460 ° C for 2-2.5 hours, followed by cooling at a rate of not more than 30 ° C / h.