谢韦尔斯克示范综合体采用磁场控制电弧焊技术服务核燃料生产

俄罗斯谢韦尔斯克西伯利亚化工厂正在建设实验示范能源综合体(EDEC)。该综合体配套BREST-OD-300快中子反应堆，被视为多项创新核技术的试验平台。其中，一项已有多年历史的焊接技术正在获得新的应用场景，这就是磁场控制电弧焊，俄文缩写为DUMP。

DUMP焊接法最早由装配技术研究设计院于1966年开发，该机构现为NIKIMT-Atomstroy。它最初主要用于核设施中耐火材料部件的焊接，尤其是钛材料部件。与常见的钨极惰性气体保护焊(TIG焊)相比，这项技术的核心变化在于，电弧不再主要依靠焊枪或焊条运动来控制，而是由外部磁场“牵引”。

在传统TIG焊中，钨电极与工件之间在氩气等惰性气体保护下产生电弧，电弧加热母材形成熔池，氩气则隔绝空气，防止熔融金属被氧气和氮气影响。由于钨的熔点高达3422℃，电极不易受损，焊缝通常光滑、明亮且少有气孔。不过，这种方法对焊工技术要求高，效率也低于一些传统焊接方式，因此更多用于航空航天、化工和制药设备、高压管道以及核反应堆部件、汽轮机组和燃料元件等关键制造环节。

DUMP方法的特点，是利用特殊电磁铁产生的磁场控制电弧运动。ODEK公司员工弗拉基米尔·克拉夫琴科介绍，电弧点燃后，特定形状的磁场会把电弧偏转到端面边缘，并带动其旋转。这样，燃料棒插头和包壳壁等部件端面会被熔化，并沿半圆形端面的闭合轮廓形成一道焊缝。通过调整保护气体流量、焊接电流、焊接时间以及电弧在磁场中的旋转频率，可以为不同钢材选择合适工艺条件。

这种“无形之手”还带来更多工艺优势。横向交变磁场能让电弧左右摆动，拓宽焊缝，使焊缝与母材之间过渡更平滑;旋转磁场则能让电弧绕圆周运动，在焊接管道和圆柱形零件时，工件无需旋转也能形成焊缝。对于厚壁压力容器和大型结构，磁场可让电弧在狭窄坡口内振荡，交替熔合间隙两侧金属，从而形成质量较高的焊缝。设备还可通过磁场从下方“支撑”熔池，使焊缝背面保持平整，减少焊瘤和边缘凸起，这对内部表面要求严格的管道和储罐尤为重要。

为核领域制造的DUMP焊接系统由“电子实验室”公司生产，该公司由鲍曼莫斯科国立技术大学毕业生创立。克拉夫琴科表示，这一方法已在热列兹诺戈尔斯克矿业化工联合企业用于MOX燃料元件生产，埃列克特罗斯塔尔机械制造厂和西伯利亚化工联合企业化工冶金厂也采用了该技术。

在谢韦尔斯克的实验示范能源综合体中，制造—再制造模块将使用DUMP方法生产混合氮化物铀钚燃料。由于这种燃料具有较高放射性，自动化焊接系统可避免人员进入焊接区域作业，在保障焊接质量和可靠性的同时，也提升了生产环节的人员安全水平。