淺談次組件坡口損傷

金國(guó)權(quán) 盧正艷

【摘 要】在重水堆核燃料棒束制造過程中，切定長(zhǎng)后次組件坡口質(zhì)量情況一直是關(guān)注的重點(diǎn)之一。如何減少次組件坡口損傷情況的出現(xiàn)，是一項(xiàng)可持續(xù)研究的課題。本文簡(jiǎn)要介紹了次組件坡口損傷情況產(chǎn)生的主要原因，并明確了次組件坡口損傷對(duì)端塞焊接的影響是不利的。為了盡可能的減少這些不利影響因素，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況制定一系列措施，從而減少次組件坡口損傷現(xiàn)象的產(chǎn)生，進(jìn)一步保證端塞焊接后的產(chǎn)品質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】坡口損傷；端塞焊接；產(chǎn)品質(zhì)量

一、前言

中核北方核燃料元件有限公司重水堆核燃料元件廠是我國(guó)第一座重水堆核燃料元件廠，采用當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)工藝技術(shù)和裝備，該廠年產(chǎn)200噸燃料元件，為秦山核電有限公司兩座重水堆核電站提供國(guó)產(chǎn)燃料元件，質(zhì)量達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

在反應(yīng)堆中，燃料棒內(nèi)的燃料芯塊不允許同冷卻劑直接接觸，高放射性的裂變產(chǎn)物也不允許泄露到冷卻劑回路中去。而次組件與兩端塞的密封焊接焊縫質(zhì)量的好壞，是直接影響燃料棒在反應(yīng)堆內(nèi)是否存在破損情況的重要因素之一。而在端塞焊接質(zhì)量的影響因素當(dāng)中，次組件出現(xiàn)坡口損傷會(huì)對(duì)端塞焊接產(chǎn)生不利的影響。

因此，在重水堆核燃料元件的生產(chǎn)過程中，端塞焊接是一道重要的工藝過程，在重水堆核燃料棒制造中一直備受關(guān)注，保證次組件坡口質(zhì)量至關(guān)重要。

二、次組件坡口介紹

清理切定長(zhǎng)是為端塞焊接做準(zhǔn)備。是將石墨固化后的次組件在清理工位先去除兩端外表面距管端部至少9mm的氧化層，以利于端塞焊接工藝過程中套瓜與次組件結(jié)合面的導(dǎo)電性，然后待次組件在切定長(zhǎng)工位將管壁加工成“V”的形狀，在次組件的管端面形成120°的坡口。加工時(shí)，固定在動(dòng)力刀旋轉(zhuǎn)刀盤上的切削刀頭高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)沿已被壓緊的次組件軸線方向進(jìn)給，完成次組件兩端口的坡口加工。

三、次組件坡口質(zhì)量對(duì)端塞焊接的影響

為了控制焊瘤形狀，以保證焊接的強(qiáng)度，次組件端塞焊接采用坡口焊縫。采用坡口焊接的主要目的是為了保證接頭能焊透而不出現(xiàn)工藝缺陷。在設(shè)計(jì)或選擇坡口焊縫時(shí)，必須注意實(shí)施焊接的可達(dá)性，其中主要考慮坡口角度、根部間隙、鈍邊和根部半徑等參數(shù)。坡口太大會(huì)造成熔敷金屬太多，熱影響區(qū)加大，增加內(nèi)應(yīng)力焊接變形，或者造成裂紋，另外也會(huì)浪費(fèi)資源，浪費(fèi)時(shí)間。坡口太小會(huì)造成未焊透。經(jīng)過多次的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證清理切定長(zhǎng)后的次組件在鋯管的端口形成120°的坡口所達(dá)到的焊接效果最好。

但是如果次組件在端塞焊接之前出現(xiàn)坡口損傷，對(duì)于保證端塞焊接質(zhì)量是非常不利的。一方面，次組件有坡口損傷的位置在端塞焊接時(shí)電流分布不均勻，焊接熱量受到影響，焊接質(zhì)量難以保證。當(dāng)次組件坡口損傷較為嚴(yán)重的情況下，在焊接之前的氦氣吹掃環(huán)節(jié)，可能在坡口損傷位置存在漏氣現(xiàn)象，導(dǎo)致管內(nèi)氦氣含量不足。另一方面，次組件管口出現(xiàn)坡口損傷時(shí)，在損傷的位置很容易沾污石墨粉塵、UO2粉塵或掛上手套的細(xì)毛等情況，使焊接面存在夾雜，從而更容易導(dǎo)致焊接缺陷的產(chǎn)生。目前，端塞焊接后對(duì)產(chǎn)品的檢驗(yàn)方式為按照國(guó)標(biāo)隨機(jī)抽樣，進(jìn)行金相檢驗(yàn)，檢驗(yàn)后的產(chǎn)品將不再繼續(xù)投入使用。如果檢驗(yàn)產(chǎn)品的焊縫處有缺陷時(shí)，抽取的樣本量大大增加，成品率大幅度下降，經(jīng)濟(jì)損失慘重。

次組件坡口完好

次組件坡口損傷

次組件坡口掛上手套細(xì)毛

四、次組件坡口損傷的原因分析

通過在生產(chǎn)過程中的長(zhǎng)期排查，確定出次組件出現(xiàn)坡口損傷主要有以下四種情況所致：

1.加工過程中，因切刀調(diào)整或磨損等原因?qū)е录庸こ鰜泶谓M件坡口形狀不好。

2.在加工過程中，車下來的廢鋯屑夾在刀具和管口之間，對(duì)其造成坡口損傷。

3.在芯塊裝管的過程中，導(dǎo)向套與管口對(duì)位不正或過渡套磨損嚴(yán)重，對(duì)坡口保護(hù)不好，都可能造成坡口損傷。

4.在次組件移動(dòng)搬運(yùn)過程中的磕碰導(dǎo)致出現(xiàn)坡口損傷。

五、采取的有效措施

為了盡可能的避免出現(xiàn)坡口損傷，釆取如下措施：

1、定期檢查刀具，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整或更換刀具，每把刀具使用兩個(gè)星期（約加工2萬根管）強(qiáng)制換刀，以保證加工過程中坡口的完好。

2.提升崗位操作人員質(zhì)量意識(shí)，班前對(duì)刀具檢查，生產(chǎn)時(shí)要關(guān)注刀具上是否有纏鋯屑現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)解決。

3、每周檢查定位槽與導(dǎo)向槽的同軸情況。并定期檢查過渡套磨損情況，發(fā)現(xiàn)磨損及時(shí)更換。

4、次組件在箱內(nèi)盡可能居中盛放，不要靠向一邊。在搬運(yùn)次組件箱時(shí)，要輕拿輕放，保持水平，避免坡口碰撞或污染。

5.新開發(fā)一種端塞焊接前坡口檢測(cè)元件，應(yīng)用在端塞焊接之前工位。此軟件具有自動(dòng)對(duì)焦、拍照、圖片保存等功能。通過預(yù)先編輯好的算法，來自動(dòng)判別是否存在坡口損傷或異物沾污等情況。該軟件具有拍照和計(jì)算時(shí)間短，判斷準(zhǔn)確等特點(diǎn)。既不影響生產(chǎn)節(jié)拍，又能保證在端塞焊接之前100%檢驗(yàn)坡口。這種將質(zhì)量控制點(diǎn)前移，端塞焊接后的產(chǎn)品質(zhì)量更加有保證。

6.質(zhì)量保證人員每周對(duì)次組件坡口情況抽查檢驗(yàn)兩次，每次隨機(jī)抽取一箱次組件，分別在切定長(zhǎng)后和端塞焊接前人工對(duì)坡口情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，并全面系統(tǒng)的分析，找出根本原因。

7、必須保證次組件坡口的潔凈度，盛放次組件的容器要保證一塵不染。在拿放次組件時(shí)，盡可能避免接觸焊接清理區(qū)及坡口，防止污染。

8、此外，石墨涂層質(zhì)量和芯塊潔凈度也非常關(guān)鍵。減小次組件坡口石墨堆積、保證石墨涂層附著性能和保證芯塊清洗后表面潔凈度等，也是減少焊接過程中焊接面存在夾雜的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)。

六、結(jié)論

綜上所述，通過對(duì)次組件坡口損傷的研究與實(shí)踐，對(duì)端塞焊接質(zhì)量控制起到了顯著的成效，達(dá)到了良好的效果。這種由原來的“事后把關(guān)”，到目前的“事前預(yù)防，事后把關(guān)”的方式，中核北方核燃料元件有限公司重水堆元件廠端塞焊接后的產(chǎn)品更加有保障，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品的合格率得到了有效的提升。

【參考文獻(xiàn)】

【1】張洪國(guó).次組件坡口損傷方法探究【J】.科學(xué)與技術(shù)，2017，（2）：31-32.