International research journal

Методы и принципы 
В работе [9] исследована зависимость ударной вязкости титанового сплава ПТ-7М трубчатки ПГ от содержания в 
ней водорода при температуре испытания 20°С. Исследования проводились для сплава, проработавшего на атомном 
судне в течении ~ 65 тыс.часов при температуре ~ 250°С. В табл. 1 приводится зависимость ударной вязкости от 
содержания водорода в титане [11]. 
Таблица 1 – Зависимость ударной вязкости от содержания водорода в титане 
№ п/п 
Содержание водорода, % масс 
Ударная вязкость, Дж/см
2
1 
0,003 
1,30 
2 
0,010 
0,30 
3 
0,025 
0,15 
Наблюдается резкое снижение ударной вязкости сплава при увеличении содержания водорода, т.е. практически 
полностью деградирует его ударная вязкость при температуре 20°С. 
В работе [9] исследовано интегральное содержание водорода (в составе гидридов и в твердом растворе) 
коллекторных труб трубчатки ПГ-28, отработавших на а/л «Вайгач». 
Измерения проводились импульсно-спектральным методом на разных участках по длине труб, включая участок 
вблизи сварного шва, у резьбопаяного соединения. Результаты измерений даны в табл. 2 (табл.2 из указанной работы). 
Обнаружено аномально высокое содержание водорода вблизи сварного шва, особенно с внутренней стороны трубы, 
которая в рабочих условиях имеет более низкую температуру, чем внешняя, и куда мигрирует водород. Средний же 
уровень содержания водорода в трубной системе из титана, выработавшей свой проектный ресурс, на а/л «Вайгач» 
(~ 68 тыс. часов) составил 0,025%. 
Таблица 2 – Содержание водорода в коллекторной трубе Ø 22×2,5 мм 
Поверхность трубки 
Расстояние от края сварного шва, мм 
Содержание водорода, % 
Внешняя 
7 
0,120 
40 
0,077 
70 
0,040 
Внутренняя 
7 
0,150 
Разница между максимальным и средним содержанием водорода достигла шести раз. 
Эксплуатация АППУ на а/л «Вайгач» проводилась при низком содержании аммиака в теплоносителе первого 
контура. Она перед отказами шести секций ПГ не превышало 60 мг/л, т.е. ~ 120 нмл/л по водороду. 
Таким образом, диффузия водорода происходила за 

67 тыс.час. в локальном участке коллекторной трубы при 
низком содержании аммиака (водорода) в теплоносителе первого контура. Этот участок расположен на входе 
питательной воды второго контура в парогенератор. Температура ее 104°С. 
Температура же титанового сплава на этом участке, по мнению исследователей коллекторных труб, была близка к 
этой температуре. 
Это объясняется образованием застойной зоны на этом участке и захолаживанием в ней температуры воды первого 
контура. 
Следствием этого является низкая растворимость водорода в титане и образование гидридных включений в нем. 
Они расположены по линиям наибольших напряжений и приводят к охрупчиванию сплава. Об этом свидетельствуют 
результаты испытаний коллекторных трубок с а/л «Вайгач» на сплющивание, представленные в табл. 3. 
Испытания проводились при комнатной температуре. 
Таблица 3 – Результаты испытаний на сплющивание фрагментов коллекторных труб из сплава ПТ-7М 
Расстояние от края сварного шва до 
середины образца, мм 
Усилие сплющивания, кг 
Поведение образца при 
сплющивании 
7 
100 
Хрупкое разрушение 
40 
550 
70 
700 
Без разрушений 
Проведены испытания также при циклической изгибающей нагрузке образцов коллекторных труб, отработавших 
на а/л «Вайгач» ~ 67 тыс. час. и имеющих внутренние трещины глубиной до 0,5 мм. Одновременно проводились 
испытания образцов коллекторных труб в исходном состоянии. Результаты испытаний представлены в табл. 4. 

---

Международный научно-исследовательский журнал ▪ № 1 (103) ▪ Часть 1 ▪Январь 
59 
Таблица 4 – Результаты испытаний на усталость образцов узлов «втулка РПС/коллекторная труба Ø22×2,5 мм» 
№ 
п/п 
Испытуемые образцы 
Содержание 
водорода,
% масс 
Максимальная 
амплитуда 
напряжений, МПа 
Число циклов 
до разрушения 
Положение трещины 
1 
Модельные образцы 
(исходное состояние) 
≤0,003 
475 
8,2×104 
По краю сварного шва 
№62 
со стороны 
коллекторной 
трубки Ø22×2,5 мм 
-"- 
550 
4,05×104 
-"- 
630 
1,52×104 
2 
Натурные образцы 
после холодного 
хранения 
от 0,12 до 0,15 
230 
1 
По коллекторной трубке 
Ø22×2,5 мм на 
расстоянии 
2…3 мм от сварного шва 
№62 
280 
1 
3 
Натурные образцы 
(фрагменты трубной 
системы ПГ-28 после 
холодного хранения 
и восстановительной 
термообработки при 
400°С, 2 часа) 
-"- 
150
1,23×103 
По коллекторной трубке 
Ø22×2,5 мм на 
расстоянии 
2…3 мм от сварного шва 
№62 
194 
1,10×103 
200 
1,21×104 
В исходном состоянии фрагменты труб обладали высоким уровнем усталостной прочности, которая резко 
снизилась за время эксплуатации из-за значительного водородного охрупчивания. Испытания проводились после 
холодного хранения. 
Разрушения образцов произошло на расстоянии от 2 до 3 мм от сварного шва после одного цикла испытаний. Отжиг 
при 400°С позволил снизить эффект водородного охрупчивания. Результаты изложенных испытаний позволили 
установить картину постепенного повреждения коллекторных труб в процессе эксплуатации. 
Она состояла из: 

локального повышенного внедрения водорода в титановый сплав, сопровождающегося образованием гидридных 
включений на внутренней стороне труб и трещин на ней глубиной до 0,5 мм различной направленности. 

снижения циклической прочности труб на указанном участке вблизи сварного шва. 

повышенной концентрации циклических напряжений в локальном участке трубы из-за конструктивных 
особенностей узла приварки коллекторной трубы к втулке РПС. 
Вывод 
Из анализируемых данных следует: 
1. Значительный вклад в снижение ресурсных характеристик трубчатки ПГ-28 был внесен повышенным внедрением 
водорода из среды первого контура в локальный участок коллекторной трубы Ø22×2,5 мм. Располагался он в верхней 
части ПГ на входе питательной воды во второй контур. На этом участке созданы условия для низкой растворимости 
водорода в воде первого контура и в титановом сплаве с образованием гидридных включений в нем. Граница раздела 
"вода – газовая среда" эпизодически смещается вниз и указанный узел контактирует с азотно-водородной средой. 
2. Образуются участки коллекторных труб, чувствительные к содержанию водорода в теплоносителе первого 
контура и в газовой среде, что в свою очередь в сочетании с эксплуатационными факторами (виброударными 
нагрузками) определяют ресурсные характеристики трубчатки ПГ-28 из титанового сплава.