行程套管深孔加工技術研制

羅 斌 郭忠谷

（成都瑞迪機械實業有限公司 610207）

在核電發展不斷深入現代經濟社會建設實施戰略的過程當中，其作為新興能源發展體系中的一大關鍵部分，其發展質量備受各方關注與重視。特別是對于我國而言，結合現行“新能源產業振興規劃”中對于核電建設的要求來看：截止2020年度為止，全國范圍內的核電總裝機容量應當達到7000萬KW單位以上。然而從現階段的發展情況來看，對于未來8年時間內，核電建設的要求是極為嚴格的。本文以此為研究背景，針對行程套管深孔加工技術研制做詳細分析與說明。

1 行程套管深孔加工技術研制的必要性分析

圖1：傳統行程套管密封焊縫基本結構示意圖

在整個核反應過程當中，耐壓殼部分一方面是整個核反應堆冷卻劑系統壓力邊界的重要組成部分之一，另一方面也在整個控制棒驅動機構系統當中發揮著機械支撐的重要目的。與此同時，具體到耐壓殼部件的組成而言，當前技術條件支持下其最為主要的構成部分可以分為兩個方面：其一在于密封殼組件；其二在于驅動桿行程套管組件。在上述兩部分組件相互配合與作用的過程當中，整個耐壓殼部件能夠發揮其承壓性能，從而實現對整個核反應堆在正常運行狀態下對于控制棒驅動系統的承壓處理，其所發揮的重要意義是可想而知的。

在我國核反應堆建設過程當中，針對驅動桿行程套管所采取的設計反應沿用國外傳統意義上的通孔設計方式。然而在大量的實踐應用過程當中發現，通孔設計方式下驅動桿行程套管存在比較嚴重的焊接質量缺陷（曾經在核電站實際運行中發生過上部Ω焊縫因焊接缺陷導致的泄漏事故），無法保障焊接質量的穩定性與可靠性，同時也使得驅動桿行程套管的應用安全性無從保障。具體的行程套管密封焊縫基本結構示意圖如下圖所示（見圖 1）。

基于對上述相關問題的分析，為最大限度的保障核反應堆建設過程中驅動桿行程套管應用質量的穩定性與安全性，將驅動桿行程套管所對應的設計方式改為盲孔方式。此種狀態下的盲孔設計深度能夠達到4153單位，同時盲孔直徑也能夠達到￠63.5單位。然而在此種設計方式作用下，驅動桿行程套管的設計加工工作難度卻有所明顯加大。同時產生的問題還包括材料切削難度大、潤滑冷卻難度大以及排削難度大等多個方面，上述問題均應當在加工過程中得到改進。

2 行程套管深孔加工基本技術路線與工序處理方式分析

在整個行程套管深孔加工的實踐過程當中，首先需要由專人負責針對相關零部件既有加工技術資料及基本參數信息進行統一收集，結合上述數據信息，擬定盲孔方式下深孔加工的初步實施方案，并將方案提交至專家小組進行評審。待行程套管深孔加工基本技術方案評審通過的基礎之上開始轉入對深孔加工相關設備的選型以及研制過程當中，結合設備選型方案與研制工藝處理方式，分別展開有關強壓冷卻系統、特制鏜頭加工工具以及內排削鏜孔系統的研制與設計工作。進而完成對加工試件的制備處理。

對于本次研究而言，核反應堆控制棒驅動機構中所涉及到的行程套管在機械加工方面對于各項參數與指標的要求均應當結合中科華核電技術研究院所提供的相關文件標準為參照。一方面，從行程套管深孔加工基本技術路線的角度上來說，重要的技術流程為：鍛造→固溶處理→粗車→探傷→粗鉆孔→穩定性處理 →粗鏜孔→精鏜孔→銑盲孔球頭→珩磨孔→精車外圓→車球頭→車大端→鉆孔 →銑孔；另一方面，從行程套管深孔加工工序處理方式的研制角度上來說，盲孔作業下的深孔加工無疑是整個機械化加工作業流程中最具專業性與難度性的環節之一。現階段，主要通過應用專用深孔鉆頭、組合鏜刀以及球頭成型銑鏜刀加工工具的方式來保障盲孔方式下行程套管深加工質量能夠符合加工標準與規范。與此同時，還可以通過對超聲波檢測技術的有效應用，通過盡早且精確的檢測，達到行程套管內控與外圓的同軸度要求，提高機械化深孔加工的整體加工質量。

3 行程套管深孔加工技術研制過程中所涉及到的技術難點分析

在行程套管深孔采取盲孔方式進行加工的過程當中，所面臨的最關鍵問題體現在兩個方面：首先，行程套管深孔加工過程當中如何保障孔深深度4153單位狀態下，尺寸偏差分級能夠嚴格控制在M等級范圍之內；其次，行程套管深孔加工過程當中如何有效保障在4153單位內深孔直線度與以及內孔、外圓所對應的同軸度指標嚴格控制在φ0.8單位范圍之內。基于對上述相關問題的分析，在行程套管深孔加工作業過程當中，基于對行程套管基本尺寸精度的有效保障，選取了專業深孔組合鏜刀作為加工工具。與此同時，在保障行程套管已達到4153單位深孔要求的情況下，將特制的球頭成型銑鏜刀加工工具增設于上一步驟專業深孔組合鏜刀加工工序之前，按照此種方式能夠最大限度的保障盲頭加工方式成型球頭能夠與整個行程套管內控保持平滑且緊密的連接關系，這對于提高所制備行程套管在正常運行狀態下對于工作壓力的承受極限值而言無疑有著重要意義。

與此同時，為保障在深孔加工過程當中，整個行程套管在4153單位內深孔直線度與以及內孔、外圓所對應的同軸度指標嚴格控制在φ0.8單位范圍之內，需要首先完成對行程套管深孔內孔的的加工處理，在確保內孔加工基本尺寸精度得到有效保障的基礎之上，借助于超聲波檢測方式獲取有關行程套管內孔壁厚指標的檢測數據，結合所得到的壁厚數據，能夠建立在對行程套管內孔中心進行精確找正的基礎之上進行外孔加工，按照此種方式同樣能夠保障上述目標的實現。

4 結束語

CRDM控制棒驅動機構借助于磁力提升的工作方式，引導驅動控制棒組件在核反應堆堆芯內部進行上下往復式運動，在此過程當中能夠實現包括核反應堆啟動、功率調節以及停堆處理等多個方面的應用功能。由此不難發現控制棒驅動機構在核反應堆中所發揮的重要意義。而對于控制棒驅動機構而言，行程套管作為其關鍵組成分析，同樣備受關注與重視。總而言之，本文針對有關核反應堆行程套管深孔加工技術在研制過程中所涉及到的相關問題做出了簡要分析與說明，希望能夠為今后相關研究與實踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

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