Svařit, ale neprovařit!

V roce 2012 ITER Organization podepsala se španělskou společností Equipos Nucleares SA (ENSA) smlouvu o svařování vakuové komory tokamaku.  Svařování komponenty o hmotnosti 8 000 tun bude trvat dvěma stovkám specialistů čtyři roky a přijde celkem na 74,5 miliónů eur. Ropovod Družba se „svařoval“ 10 let, ten však měřil 4 000 km. Smlouva zahrnuje kromě vlastního spojení devíti segmentů zkoušky svařování na místě stavby, vývoj speciálních svařovacích technologií, vývoj a zkoušení svařovacích automatů a prověření kvalifikovanosti obsluhy. Koncem roku 2015 předvedla společnost ENSA testování prototypů svařovacích nástrojů. Vakuová komora patří k budovanému termojadernému experimentálnímu reaktoru ITER, který sedm partnerů staví od roku 2007 na jihu Francie 96 kilometrů severně od Marseilles.

Devět segmentů dvojstěnné vakuové komory se nejprve zavěsí do jámy pro reaktor a postupně se svaří tři dvojice segmentů. Zbydou tři nesvařené segmenty, které se přivaří ke svařeným dvojicím a tak dostaneme tři svařené trojice. Trojice se svaří dohromady a tak bude celá prstencová vakuová komora svařena z devíti segmentů. Kromě svařování segmentů komory bude třeba přivařit tři řady portů (přírub), které spojují vnější atmosféru kolem tokamaku s vnitřkem evakuované komory. Porty, chcete-li průduchy, slouží ke vstupům diagnostickým čidlům, vstřiku paliva a odsávání odpadu. Celková délka primárních svarů je 1,4 km. Jeden každý svar se „ošetří“ v průměru třicetpětkrát, což představuje navýšení svaru na dva milimetry a spotřebu svařovacího materiálu o hmotnosti dvaceti pěti tun! Délka jednoduchých svarů 1,4 kilometrů vzroste na kilometrů padesát.

Dozorcem robotické video

Některé svary budou prostému oku skryté a člověku nepřístupné – „dozorce/operátora“ zastoupí videotechnika. Pro svařování částí komory a přivařování portů bude třeba devadesát svařovacích přechodových pásů šířky od 10 do 16 cm vyrobených přesně na míru. Roboty budou pracovat také zevnitř komory a průduchů, neboť předinstalované tepelné stínění vakuové komory nedovolí přístup k jejím vnějším povrchům.

Jednostranné svařování tak silných plechů není obvyklé. Vyžaduje speciální techniky a nástroje vyvinuté a vyrobené jen pro tento účel. Svařování uvnitř dvojité vakuové komory se nevyhne dálkově řízené operaci pomocí kamer, obrazovek a monitorování svařovacích parametrů. Svařování přírub (portů) představuje polovinu svářečských prací.

„Vakuová nádoba by byla VVVIP (very very very importand person), pokud by byla živá. To znamená, že její svary musí být nejlepší dosažitelné kvality, spíše ještě lepší. Skutečně můžeme zaručit kvalitu, která uspokojí jakoukoli autoritu,“ prohlašuje Brian Macklin, inženýr z Tokamak Assembly Section patřící ITER.

Svary projdou maximálně detailní kontrolou

Při svařování vakuové komory musí být svary vakuově těsné. Zatímco například v Jaderné elektrárně Dukovany musí být svary těsné vůči vodě, ve vakuové nádobě musí těsnit vůči mnohem menším molekulám  helia. Helium se používá jako plyn detekující vakuové netěsnosti právě proto, že dobře proniká malými otvory. Pro potvrzení kvality svarů se při hledání vakuových netěsností připravuje jejich detailní revize pomocí radiografie či ultrazvukového testování. Vzhledem k tomu, že některé svary jsou pro kontrolora nepřístupné, budou se vizuálně kontrolovat endoskopem. Každý svar se bude kontrolovat okamžitě po vytvoření a posléze znovu po dokončení všech svarů, kdy bude možná pečlivější kontrola. Navíc bude každý svar podroben volumetrickému vyšetření podle kódu RCC-MR 2007 (Design and Construction Rules for Mechanical Components of Nuclear Installations, 2007), který se používá pro vakuovou nádobu k vyloučení defektů ve svaru. Velkou překážkou při kontrole bude nedostatek prostoru. Kupříkladu mezi tepelným stíněním a plochou vakuové nádoby bude pouhých 26 mm.

Akce by měla skončit ještě letos

Poslední krok vývojové fáze smlouvy se očekává na konci roku 2016, kdy společnost plánuje demonstraci svařování sektoru na sektor pomocí plnohodnotných přechodových plátů a svařování maket portů v měřítku 1:1. Současně se uskuteční „slavnostní“ přehlídka všech nově vyvinutých postupů svařování a testování.

Obrazové ilustrace použity se svolením ITER Organization.