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Aug 18, 2023

NUCOBAM: Aumentando a lucratividade da indústria nuclear e melhorando a segurança

O principal objetivo do NUclear COMponent Based on Additive Manufacturing (NUCOBAM) é

O principal objetivo do NUclear COmponent Based on Additive Manufacturing (NUCOBAM) é desenvolver o processo de qualificação que permite o uso de tais componentes de metal Additively Manufactured (AM) em uma instalação nuclear. Uma vez qualificado, o uso de AM permitirá que a indústria nuclear enfrente os desafios de obsolescência de componentes, para fabricar e operar novos componentes com design otimizado. Isso aumentará a eficiência e a segurança do reator. Esses desenvolvimentos serão utilizados para três aplicações principais em três períodos distintos:

Este projeto investiga o processo de fusão a laser em leito de pó (LPBF) para consolidar materiais de aço inoxidável para componentes nucleares de reatores de água leve (LWR) existentes. Os mecanismos convencionais de degradação, como irradiação, envelhecimento térmico, carregamentos mecânicos, bem como rachaduras assistidas pelo ambiente, como corrosão por rachadura por tensão e deformação, são examinados.

Para estudar minuciosamente as propriedades físicas e mecânicas do aço inoxidável L-PBF, quatro parceiros da NUCOBAM produziram amostras de manufatura aditiva: VTT, AMRC, Laborelec e CEA (ver exemplo de processo na Fig. 1). O consórcio europeu, composto por 13 parceiros, está a conjugar as suas competências e recursos para fazer face a um dos grandes desafios dos componentes das centrais nucleares: o envelhecimento dos componentes, seja por efeitos de irradiação de neutrões no núcleo dos reatores ou problemas de envelhecimento térmico para sempre períodos de serviço mais longos.

Duas aplicações em Aço Inoxidável (SS) 316L AM (ver Fig. 3) foram consideradas para testes em serviço:

A AM é de grande interesse para componentes com geometria complexa, como grades, pois reduz custo e tempo em comparação com a fabricação convencional por remoção de material.

O filtro de detritos também é especialmente interessante para estudar como um componente interno e, portanto, sujeito à degradação por irradiação de nêutrons.

Os componentes do corpo da válvula AM são de grande interesse porque estão sujeitos a tensões térmicas e de pressão e têm que enfrentar os problemas de envelhecimento das ligas de aço inoxidável durante a operação de longo prazo.

Uma vez que ambos os projetos de filtro de detritos e válvula de esfera tenham sido validados, as especificações preliminares do processo de fabricação de aditivos (pAMPS) foram estabelecidas.

Portanto, o NUCOBAM estabeleceu para si cinco objetivos técnicos e um objetivo de divulgação, conforme listado abaixo.

Estabelecer uma metodologia de qualificação para componentes nucleares AM a serem propostos para padronização e comunicados aos comitês de código de projeto nuclear:A indústria nuclear e os reguladores precisam de um processo confiável de qualificação e codificação para AM como base para a futura fabricação de componentes e uso em NPPs.

Desenvolva um plano de fabricação de Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) que garanta e demonstre a estabilidade, repetibilidade e reprodutibilidade do processo que atende aos padrões de qualidade nuclear:Os processos de qualificação e codificação devem garantir que o AM forneça resultados estáveis, homogêneos e reprodutíveis em termos de desempenho dos materiais.

Demonstrar que o desempenho do material L-PBF atende aos requisitos de qualificação:Os processos de qualificação e codificação devem garantir que o AM forneça desempenhos de materiais de acordo com os requisitos existentes para processos de fabricação convencionais.

Demonstrar que o caso de uso interno do L-PBF atende à sua função relacionada à segurança e aos requisitos operacionais (consulte IBAM na Fig. 4):A operação segura e confiável dos componentes AM em um reator precisa demonstrar que o comportamento do material AM sob irradiação é consistente com a experiência de campo existente e não sofre nenhuma degradação inaceitável.

Avalie o desempenho operacional dos componentes AM ex-core em relação à função relacionada à segurança e aos requisitos operacionais:A operação segura e confiável de componentes AM em NPPs precisa demonstrar que os componentes AM atendem aos requisitos funcionais dedicados e que o material AM não sofre nenhuma degradação inaceitável.