CN111331213A - 一种燃料组件空间曲面结构下管座钎焊方法 - Google Patents

一种燃料组件空间曲面结构下管座钎焊方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于燃料组件焊接技术领域，具体涉及一种燃料组件空间曲面结构下管座钎焊方法。包括空间曲面结构下管座钎焊需通过两次钎焊而成，分别是下管座组装件钎焊和下管座部件钎焊；下管座结构件、上筋条、下筋条、叶片组装钎焊而成的零件叫下管座组装件，下管座组装、导向管座、仪表管座组装钎焊而成的零件叫做下管座部件；整个下管座钎焊方法流程包括步骤一、下管座组装件组装点焊，步骤二、下管座组装件涂料；步骤三、下管座组装件钎焊；步骤四、下管座部件组装点焊；步骤五、下管座部件涂料；步骤六、下管座部件钎焊；解决了管座钎焊后局部流道堵塞，未钎到、未钎满缺陷的情况。

Description

一种燃料组件空间曲面结构下管座钎焊方法
技术领域
本发明属于燃料组件焊接技术领域，具体涉及一种燃料组件空间曲面结构下管座钎焊方法。
背景技术
现核燃料组件下管座多采用防异物板与结构件相结合的分体结构形式(如图1所示)，“华龙一号”燃料组件下管座，采用创造性的空间曲面结构形式(如图2所示)，使用钎焊技术制造带有流道和过滤功能一体化设计，利用流道本身的几何形状进行异物过滤，从而减小由于异物磨蚀引起的燃料破损。
法国阿海珐集团一直在研究的燃料组件整体钎焊下管座，但从公开报道看，并未进入实用阶段，将该技术应用到燃料组件下管座产品中。空间曲面结构下管座钎焊制造技术，已于2013年成功运用至CF3先导组件的生产，并进行入堆考验，堆内运行情况良好。在国内现用的压水堆制造中，钎焊工艺技术在管座制造中运用的堆型，属国内首次研究运用。
空间曲面下管座为十字交叉网状性结构件，主要由以下五种零件组成：由以下5种106个零件组装钎焊而成：下管座结构件(1个)、上筋条(15个)、下筋条(15个)、叶片Ⅰ(48个)、叶片Ⅱ(2个)、中心仪表管座(1个)和导向管座(24个)，组装钎焊完成。
在空间曲面结构下管座钎焊过程中，经过钎焊循环后，存在管座局部流道堵塞，未钎到、未钎满缺陷的情况(如图3所示)，且经过多次循环钎焊补焊仍不能解决，钎着率低，难以满足严格的技术要求。
下管座钎焊缝数量较多，并且技术文件对钎焊缝性能要求高，导致成品率非常低。影响钎焊缝成形及焊缝性能的因素多，钎焊工艺的研究尤为重要。
下管座结构件四周，由于叶片鼓包凸起与下管座结构件四周间隙过小，该处钎焊缝局部流道堵塞。
叶片与下管座结构件处钎焊缝未钎到或未钎满。
双叶片结构处钎焊缝未钎到、未钎满、局部气孔。
导向管座孔和仪表管座孔经机械加工后产生的孔口毛刺，由于叶片较薄，机加工后有很多较硬的卷边毛刺，且打磨空间较小，致使钳工手动去除难度大，生产效率低，且易磕伤、碰伤叶片，叶片变形，最终导致管座未钎到、未钎满焊缝缺陷产生的几率增大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种燃料组件空间曲面结构下管座钎焊方法，解决了管座钎焊后局部流道堵塞，未钎到、未钎满缺陷的情况。
本发明的技术方案如下：
一种燃料组件空间曲面结构下管座钎焊方法，包括空间曲面结构下管座钎焊需通过两次钎焊而成，分别是下管座组装件钎焊和下管座部件钎焊；
下管座结构件、上筋条、下筋条、叶片组装钎焊而成的零件叫下管座组装件，下管座组装、导向管座、仪表管座组装钎焊而成的零件叫做下管座部件；
整个下管座钎焊方法流程包括步骤一、下管座组装件组装点焊，步骤二、下管座组装件涂料；步骤三、下管座组装件钎焊；步骤四、下管座部件组装点焊；步骤五、下管座部件涂料；步骤六、下管座部件钎焊；
所述步骤一、下管座组装件的组装点焊；
将下管座结构件、上筋条、下筋条、叶片组装成下管座组装件，用下管座组装点焊夹具组装定位焊接，确保钎焊缝间隙小于0.10mm；
把下筋条装入下管座结构件的筋条槽内，用工具轻敲下筋条使其与筋条槽底部贴平；
把中间的中心叶片对扣装入下管座结构件的相应的中间叶片槽内，再依次装入其余叶片，用工具轻敲叶片顶部，使其与叶片槽及筋条贴紧；
把上筋条装入下管座结构件的筋条槽内，用工具轻敲上筋条使其与下筋条槽底部及叶片贴平；
检查上、下筋条及叶片的安装位置是否正确，确保叶片的球凸方向正确，并保证叶片与筋条相互卡合；
将组装好的下管座组装件用下管座组装点焊夹具固定好；
依次对上筋条、下筋条与下管座结构件连接处进行TIG固定对称点焊。
所述步骤二、下管座组装件的涂料；
将组装固定点焊好的下管座组装件进行背面涂料、正面涂料，之后进行钎焊；
采用直线端部涂覆涂料方式，对下管座组装件背面进行涂料，包括叶片与下筋条交叉处A，叶片与下管座结构件交叉处B，下筋条与下管座结构件交叉处C；
翻转至正面，采用直线端部涂覆涂料方式，对下管座组装件正面进行涂料，包括叶片与上筋条交叉处D，叶片与下管座结构件交叉处E，上筋条2与下管座结构件交叉处F；
在侧面对叶片与下管座结构件交叉处G进行直线垂直涂料；
在侧面对上、下筋条与下管座结构件交叉处H进行直线垂直涂料.
如钎料涂到非钎焊部位，应擦除干净；
全部涂料操作完成后，在下管座结构件底部四周涂止钎剂，防止钎焊料流至非钎焊位置。
所述步骤三、下管座组装件钎焊；
将涂料完成的下管座组装件装入真空热处理炉，将炉内真空抽至5×10-2Pa以下开始升温；先在40～60分钟内升温至800℃，800℃保温10分钟后，在20分钟内升温至980～1040℃，在此温度保温30～60分钟进行钎焊；最后以650℃/小时的冷却速率充氩快冷至430℃，再炉冷至140℃以下出炉。
所述步骤四、下管座部件的组装点焊；
将下管座组装件、导向管座、中心仪表管座组装成下管座部件，采用下管座导向管座点焊夹具组装定位焊接，确保钎焊缝间隙小于0.10mm；
将下管座组装件上导向管座孔、中心仪表管座孔加工完毕，清洗后的下管座组装件放入下管座导向管座点焊夹具中；
将导向管座、仪表管座装入下管座组装件对应的安装孔内，用工具轻敲导向管座、仪表管座使其与下筋条底部贴平；
将夹具基体放入组装固定好，调整顶紧螺钉，确保导向管座、仪表管座与筋条叶片之间缝隙；
依次对导向管座与上筋条连接处，仪表管座与上筋条的连接处进行TIG固定对称点焊；
所述步骤五、下管座部件的涂料；
将组装固定点焊好的下管座部件进行涂料钎焊；
在下管座部件背面，采用端部点涂方式，依次对导向管座与叶片交叉处J，导向管座与下筋条交叉处K，仪表管座与叶片交叉处L、仪表管座与下筋条交叉处M进行端部点涂；
翻转到正面，采用端部点涂方式；依次对导向管座与叶片交叉处N，导向管座与下筋条交叉处P，仪表管座与叶片交叉处Q、仪表管座与下筋条交叉处R进行端部点涂；
如钎料涂到非钎焊部位，应擦除干净。
所述步骤六、下管座部件的钎焊；
将涂料完成的下管座部件装入真空热处理炉，将炉内真空抽至5×10-2Pa以下开始升温；先在40～60分钟内升温至800℃，800℃保温10分钟后，在20分钟内升温至980～1040℃，在此温度保温30～60分钟进行钎焊；最后以650℃/小时的冷却速率充氩快冷至430℃，再炉冷至140℃以下出炉。
本发明的有益效果在于：
采用设计的工装夹具组装的下管座组装件和下管座部件，便于组装操作，且钎焊缝间隙均匀，其间隙控制至在0.05～0.10mm之间，提高了组装效率和质量。
成功解决下管座局部流道堵塞、未钎到、未钎满缺陷的情况，产品的一次钎着率达99％，成品率由30％提高至80％以上。
该工艺已成功运用于“华龙一号”燃料组件下管座制造工艺，并进行辐照入堆考验。
为“华龙一号”燃料组件的研制、产业化运用及提高产品经济性和竞争力奠定了坚实的技术基础。
附图说明
图1为下管座组装件组装示意图；
图2为下管座组装件点焊示意图；
图3为下管座组装件背面涂料示意图；
图4为下管座组装件正面涂料示意图；
图5为下管座组装件叶片与下管座结构件侧面涂料示意图；
图6为下管座组装件上、下筋条与下管座结构件侧面涂料示意图；
图7为下管座部件导向管座、仪表管座组装点焊示意图；
图8为下管座部件背面涂料示意图；
图9为下管座部件正面涂料示意图。
图中：1、下管座结构件；2、上筋条；3、下筋条；4、叶片；5、球凸；6、筋条槽；7、叶片槽；8、下管座结构件连接处；9、交叉处A；10、交叉处B；11、交叉处C；12、交叉处D；13、交叉处E；14、交叉处F；15、交叉处G；16、交叉处H；17、下管座组装件；18、导向管座；19、中心仪表管座；20、连接处；21、上筋条的连接处；22、交叉处J；23、交叉处K；24、交叉处L；25、交叉处M；26、交叉处N；27、交叉处P；28、交叉处Q；29、交叉处R。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一种燃料组件空间曲面结构下管座钎焊方法，空间曲面结构下管座钎焊需通过两次钎焊而成，分别是下管座组装件钎焊和下管座部件钎焊。
下管座结构件、上筋条、下筋条、叶片组装钎焊而成的零件叫下管座组装件。下管座组装、导向管座、仪表管座组装钎焊而成的零件叫做下管座部件。
整个下管座钎焊方法流程包括：步骤一、下管座组装件组装点焊，步骤二、下管座组装件涂料；步骤三、下管座组装件钎焊；步骤四、下管座部件组装点焊；步骤五、下管座部件涂料；步骤六、下管座部件钎焊。
步骤一、下管座组装件的组装点焊；
如图1所示，将下管座结构件1、上筋条2、下筋条3、叶片4组装成下管座组装件，用下管座组装点焊夹具组装定位焊接，确保钎焊缝间隙小于0.10mm。
把下筋条装入下管座结构件的筋条槽6内，用工具轻敲下筋条使其与筋条槽底部贴平。
把中间的中心叶片对扣装入下管座结构件的相应的中间叶片槽内，再依次装入其余叶片，用工具轻敲叶片顶部，使其与叶片槽7及筋条贴紧。
把上筋条装入下管座结构件的筋条槽内，用工具轻敲上筋条使其与下筋条槽底部及叶片贴平。
检查上、下筋条及叶片的安装位置是否正确，确保叶片的球凸5方向正确，并保证叶片与筋条相互卡合。
将组装好的下管座组装件用下管座组装点焊夹具固定好。
依次对上筋条、下筋条与下管座结构件连接处8进行TIG固定对称点焊，如图2所示。
步骤二、下管座组装件的涂料；
将组装固定点焊好的下管座组装件进行背面涂料、正面涂料，之后进行钎焊。
如图3所示，采用直线端部涂覆涂料方式，对下管座组装件背面进行涂料，包括叶片4与下筋条3交叉处A9，叶片4与下管座结构件1交叉处B10，下筋条3与下管座结构件1交叉处C11。
翻转至正面，如图4所示，采用直线端部涂覆涂料方式，对下管座组装件正面进行涂料，包括叶片4与上筋条2交叉处D12，叶片4与下管座结构件1交叉处E13，上筋条2与下管座结构件1交叉处F14。
如图5所示，在侧面对叶片4与下管座结构件1交叉处G15进行直线垂直涂料。
如图6所示，在侧面对上、下筋条与下管座结构件1交叉处H16进行直线垂直涂料.
如钎料涂到非钎焊部位，应擦除干净。
全部涂料操作完成后，在下管座结构件底部四周涂止钎剂，防止钎焊料流至非钎焊位置。
步骤三、下管座组装件钎焊；
将涂料完成的下管座组装件装入真空热处理炉，将炉内真空抽至5×10-2Pa以下开始升温。先在40～60分钟内升温至800℃，800℃保温10分钟后，在20分钟内升温至980～1040℃，在此温度保温30～60分钟进行钎焊。最后以650℃/小时的冷却速率充氩快冷至430℃，再炉冷至140℃以下出炉。
步骤四、下管座部件的组装点焊；
如图7所示，将下管座组装件17、导向管座18、中心仪表管座19组装成下管座部件，采用下管座导向管座点焊夹具组装定位焊接，确保钎焊缝间隙小于0.10mm。
将下管座组装件上导向管座孔、中心仪表管座孔加工完毕，清洗后的下管座组装件放入下管座导向管座点焊夹具中。
将导向管座、仪表管座装入下管座组装件对应的安装孔内，用工具轻敲导向管座、仪表管座使其与下筋条底部贴平。
将夹具基体放入组装固定好，调整顶紧螺钉，确保导向管座、仪表管座与筋条叶片之间缝隙。
依次对导向管座18与上筋条2连接处20，仪表管座与上筋条的连接处21进行TIG固定对称点焊。
步骤五、下管座部件的涂料；
将组装固定点焊好的下管座部件进行涂料钎焊。
如图8所示，在下管座部件背面，采用端部点涂方式，依次对导向管座18与叶片4交叉处J22，导向管座18与下筋条3交叉处K23，仪表管座19与叶片4交叉处L24、仪表管座19与下筋条3交叉处M25进行端部点涂。
翻转到正面，如图9所示，采用端部点涂方式。依次对导向管座18与叶片4交叉处N26，导向管座18与下筋条3交叉处P27，仪表管座19与叶片4交叉处Q28、仪表管座19与下筋条3交叉处R29进行端部点涂。
如钎料涂到非钎焊部位，应擦除干净。
步骤六、下管座部件的钎焊；
将涂料完成的下管座部件装入真空热处理炉，将炉内真空抽至5×10-2Pa以下开始升温。先在40～60分钟内升温至800℃，800℃保温10分钟后，在20分钟内升温至980～1040℃，在此温度保温30～60分钟进行钎焊。最后以650℃/小时的冷却速率充氩快冷至430℃，再炉冷至140℃以下出炉。

Claims (7)

1.一种燃料组件空间曲面结构下管座钎焊方法，包括空间曲面结构下管座钎焊需通过两次钎焊而成，分别是下管座组装件钎焊和下管座部件钎焊；
下管座结构件、上筋条、下筋条、叶片组装钎焊而成的零件叫下管座组装件，下管座组装、导向管座、仪表管座组装钎焊而成的零件叫做下管座部件；
其特征在于：整个下管座钎焊方法流程包括步骤一、下管座组装件组装点焊，步骤二、下管座组装件涂料；步骤三、下管座组装件钎焊；步骤四、下管座部件组装点焊；步骤五、下管座部件涂料；步骤六、下管座部件钎焊。
2.如权利要求1所述的一种燃料组件空间曲面结构下管座钎焊方法，其特征在于：所述步骤一、下管座组装件的组装点焊；
将下管座结构件、上筋条、下筋条、叶片组装成下管座组装件，用下管座组装点焊夹具组装定位焊接，确保钎焊缝间隙小于0.10mm；
把下筋条装入下管座结构件的筋条槽内，用工具轻敲下筋条使其与筋条槽底部贴平；
把中间的中心叶片对扣装入下管座结构件的相应的中间叶片槽内，再依次装入其余叶片，用工具轻敲叶片顶部，使其与叶片槽及筋条贴紧；
把上筋条装入下管座结构件的筋条槽内，用工具轻敲上筋条使其与下筋条槽底部及叶片贴平；
检查上、下筋条及叶片的安装位置是否正确，确保叶片的球凸方向正确，并保证叶片与筋条相互卡合；
将组装好的下管座组装件用下管座组装点焊夹具固定好；
依次对上筋条、下筋条与下管座结构件连接处进行TIG固定对称点焊。
3.如权利要求1所述的一种燃料组件空间曲面结构下管座钎焊方法，其特征在于：所述步骤二、下管座组装件的涂料；
将组装固定点焊好的下管座组装件进行背面涂料、正面涂料，之后进行钎焊；
采用直线端部涂覆涂料方式，对下管座组装件背面进行涂料，包括叶片与下筋条交叉处A，叶片与下管座结构件交叉处B，下筋条与下管座结构件交叉处C；
翻转至正面，采用直线端部涂覆涂料方式，对下管座组装件正面进行涂料，包括叶片与上筋条交叉处D，叶片与下管座结构件交叉处E，上筋条2与下管座结构件交叉处F；
在侧面对叶片与下管座结构件交叉处G进行直线垂直涂料；
在侧面对上、下筋条与下管座结构件交叉处H进行直线垂直涂料.
如钎料涂到非钎焊部位，应擦除干净；
全部涂料操作完成后，在下管座结构件底部四周涂止钎剂，防止钎焊料流至非钎焊位置。
4.如权利要求1所述的一种燃料组件空间曲面结构下管座钎焊方法，其特征在于：所述步骤三、下管座组装件钎焊；
将涂料完成的下管座组装件装入真空热处理炉，将炉内真空抽至5×10-2Pa以下开始升温；先在40～60分钟内升温至800℃，800℃保温10分钟后，在20分钟内升温至980～1040℃，在此温度保温30～60分钟进行钎焊；最后以650℃/小时的冷却速率充氩快冷至430℃，再炉冷至140℃以下出炉。
5.如权利要求1所述的一种燃料组件空间曲面结构下管座钎焊方法，其特征在于：所述步骤四、下管座部件的组装点焊；
将下管座组装件、导向管座、中心仪表管座组装成下管座部件，采用下管座导向管座点焊夹具组装定位焊接，确保钎焊缝间隙小于0.10mm；
将下管座组装件上导向管座孔、中心仪表管座孔加工完毕，清洗后的下管座组装件放入下管座导向管座点焊夹具中；
将导向管座、仪表管座装入下管座组装件对应的安装孔内，用工具轻敲导向管座、仪表管座使其与下筋条底部贴平；
将夹具基体放入组装固定好，调整顶紧螺钉，确保导向管座、仪表管座与筋条叶片之间缝隙；
依次对导向管座与上筋条连接处，仪表管座与上筋条的连接处进行TIG固定对称点焊。
6.如权利要求1所述的一种燃料组件空间曲面结构下管座钎焊方法，其特征在于：所述步骤五、下管座部件的涂料；
将组装固定点焊好的下管座部件进行涂料钎焊；
在下管座部件背面，采用端部点涂方式，依次对导向管座与叶片交叉处J，导向管座与下筋条交叉处K，仪表管座与叶片交叉处L、仪表管座与下筋条交叉处M进行端部点涂；
翻转到正面，采用端部点涂方式；依次对导向管座与叶片交叉处N，导向管座与下筋条交叉处P，仪表管座与叶片交叉处Q、仪表管座与下筋条交叉处R进行端部点涂；
如钎料涂到非钎焊部位，应擦除干净。
7.如权利要求1所述的一种燃料组件空间曲面结构下管座钎焊方法，其特征在于：所述步骤六、下管座部件的钎焊；
将涂料完成的下管座部件装入真空热处理炉，将炉内真空抽至5×10-2Pa以下开始升温；先在40～60分钟内升温至800℃，800℃保温10分钟后，在20分钟内升温至980～1040℃，在此温度保温30～60分钟进行钎焊；最后以650℃/ 小时的冷却速率充氩快冷至430℃，再炉冷至140℃以下出炉。
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