Ajankohtaista tutkimuksissa
Kansi hitsattiin kuparikapseliin – maatuskassa kaikki toimi suunnitellusti
Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitukseen suunnitellun kuparikapselin kannen hitsauskokeet toivat Posivalle hyviä uutisia. Lopullista menetelmää loppusijoituskapseleiden sulkemiseen Posiva ei ole vielä valinnut, vaan kehitystyöt jatkuvat edelleen. Elektronisuihkuhitsaus on luvituksessa Posivan referenssimenetelmä
Mitä viime vuonna tehdyt kuparikapselin kannen sulkemisen hitsauskokeet kertoivat, Posivan kehitysinsinööri Timo Salonen?
”Kokeen tulosten perusteella voidaan jo nyt todeta, että loppusijoitukseen suunniteltu kapseli pystytään häiriöittä sulkemaan elektronisuihkuhitsausmenetelmällä (EBW). Kokeen aikana ei havaittu sellaisia asioita, jotka aiheuttaisivat ongelmia hitsausprosessiin. Kapselin sisällä tyhjiötaso ja lämpötilat nousivat ennakoitua enemmän, mutta eivät aiheuttaneet hitsaukseen häiriöitä. Komponenttien asennukset onnistuivat suunnitellusti ja laitteistot toimivat kuten oli ajateltu.
Kuparisen kapselin ja sisäosan välissä hitsauksen vaatima tyhjiötaso saavutettiin erittäin helposti. Varsinainen jännitys alkoi siinä vaiheessa, kun ryhdyttiin hitsaamaan kantta kapseliin. Jos tyhjiötaso olisi laskenut liikaa, hitsaus olisi keskeytynyt ja sulkeminen epäonnistunut. Hitsauksen aikana havaittiin pientä tyhjiötason nousua sisäosan ja kuparikapselin välissä, mutta noin 40 minuuttia kestävä hitsaussykli toimi häiriöittä.
Mikä tavoite oli asetettu vuoden 2011 sulkemiskokeille?
”Tavoitteena oli selvittää kapselin sisäosan vaikutus kapselin sulkemiseen ja varmistaa sisäosan tiiviysvaatimukset hitsauksen ajaksi. Sulkemishitsauksessa mahdolliset häiriötekijät eivät saa heikentää hitsin laatua. Toisin sanoen tuotantoprosessit eivät saa olla herkkiä häiriöille.”
Miksi Posiva tekee hitsauskehitystyötä?
”Tavoitteena on saada aikaan hitsi, joka
täyttää pitkäaikaisturvallisuuden vaatimukset. Tärkeimpiä vaatimuksia ovat
mekaaninen kestävyys ja korroosion kesto. Prosessin luotettavuus ja
laaduntuottokyky ovat myös tärkeitä asioita.
Valmistusteknisesti on oleellista, että hitsausta varten pystytään valmistamaan riittävän laadukkaat kupariset osat tavanomaisilla konepajatekniikoilla. Hitsien design on oltava sellainen, että ainetta rikkomattomat tarkastukset (NDT) on helppo toteuttaa. Hitsaus on myös pystyttävä tekemään kapselointilaitoksessa viranomaisvaatimukset huomioiden.
Tähän mennessä hitsauskehitys on fokusoitunut itse hitsausprosessin kehitykseen. Tavoitteena on ollut saavuttaa virheetön hitsi ja suuri hitsausprosessin häiriönsietokyky.”
Kuinka kauan hitsauksen kehitystyötä on jo tehty?
”Hitsauskehitystyö alkoi jo 1990-luvun alkupuolella, eli itse asiassa TVO:n ydinjätetoimiston aikana ennen Posivan perustamista. Suomessa yhteistyö alkoi Outokumpu Poricopperin ja Posivan yhteishankkeena, jossa Poricopper toteutti kuparikapselin hitsauksen ja valmistuksen kehitystyöt. Kapselin hitsauskehityksessä oli mukana silloinen Valmetin lentomoottorihuoltoyksikkö Nokialta, nykyinen Patria Aviation.
Vuoteen 1997 mennessä oli toteutettu alustavat kokeet ja hitsattu kaksi kantta. Näiden kokemusten perusteella Posiva ja Poricopper yhteistyössä hitsasivat vuosina 1998–2000 kahdesta levystä täyden mittakaavan kapselin, johon hitsattiin myös kansi. Kyseinen kapseli on näytteillä Olkiluodon vierailukeskuksessa.
Vuosina 2001–2003 yhteistyö jatkui Poricopperin (nykyisen Luvatan) kanssa.
Vuonna 2003 Posiva ja Patria Aviation solmivat pitkäaikaisen yhteistyösopimuksen, jossa Patrian elektronisuihkuhitsauslaitteisto modernisoitiin ja tehot nostettiin Posivan töitä edellyttävälle tasolle. Varsinaiset hitsauskehitystyöt alkoivat Patrialla syksyllä 2004. Kuparikapselin kansia on hitsattu tähän mennessä noin 50 kappaletta.”
Miten kehitystyö jatkuu tästä eteenpäin?
”Viime vuonna kokeessa ollut kapseli puretaan ja kannen hitsi lähtee ainetta rikkomattomaan tarkastukseen. Kannesta otetaan lisäksi noin 10–20 senttimetrin testipaloja, joista tutkitaan hitsiä. Täyden mittakaavan sulkemiskoetta ei Patria Aviationin laitteilla voi tehdä. Sellaiseen kokeeseen löytyy tarvittaessa laitteet Keski-Euroopasta.
Jatkossa tarkennetaan hitsausprosessin suorituskykyä, eli tuotetaan toistettavasti hyvälaatuisia hitsejä sekä tarkennetaan hitsin ominaisuuksia erityisesti virheettömyyden ja jäännösjännitysten osalta. Tähtäimenä ovat loppusijoituslaitoksen rakentamislupahakemus ja hitsausmenetelmän valinta.”
