核反應堆控制棒焊接裂紋的形成機理及工藝控制.pdf

1、控制棒組件是核電站反應堆內(nèi)的核心構(gòu)件，通過驅(qū)動機構(gòu)調(diào)節(jié)控制棒插入燃料組件的不同深度來控制反應堆的鏈式反應劇烈程度，從而控制反應堆的輸出功率?？刂瓢羰菍y銦鎘芯體裝入薄壁不銹鋼包殼管（0Cr18Ni10Ti）中，通過上下端塞環(huán)縫焊接而成。由于控制棒組件在堆內(nèi)的設計運行時間為10至15年，其質(zhì)量對反應堆的安全性和經(jīng)濟性至關(guān)重要。在控制棒組件制造過程中，薄壁不銹鋼管與端塞焊接極易出現(xiàn)裂紋缺陷，給控制棒在核電站反應堆內(nèi)的穩(wěn)定運行帶來重大安全隱患

2、，導致意外停堆或反應堆內(nèi)燃料組件大面積破損，帶來極其嚴重的后果。因此，在控制棒技術(shù)條件中明確規(guī)定焊縫中不允許存在裂紋缺陷。
　　為了保證控制棒組件的制造質(zhì)量，本文采用氬氣流動保護 TIG焊接設備，通過對奧氏體不銹鋼焊接接頭宏觀形貌觀察、金相組織和掃描電鏡微觀組織分析，系統(tǒng)分析了包殼管與端塞配合、焊接設備特性、焊前焊后熱處理、焊接工藝參數(shù)、焊縫氧化物及雜質(zhì)、焊縫成形系數(shù)等對焊接裂紋的影響，對焊接裂紋，尤其是液化裂紋和結(jié)晶裂紋的形成機

3、理進行了探討，采取焊接工藝綜合控制措施，有效避免了焊接裂紋的產(chǎn)生。
　　研究表明，改變包殼管與端塞的配合尺寸，使包殼管與端塞處于間隙配合狀態(tài)，可在一定程度上減少焊接裂紋的產(chǎn)生，改變焊接熱輸入可以減少焊接裂紋的產(chǎn)生，采用焊前預熱并焊后保溫的方式不能減少裂紋產(chǎn)生。
　　通過對包殼管管口進行打磨處理，增加焊接電流峰值、減小焊接電流基值，增大焊接轉(zhuǎn)速，減小電極錐度、對電極尖端進行打磨去除變?yōu)殄F臺形，改變包殼管與端塞配合間隙的大小，采

4、用不同焊接設備等等進行焊接工藝試驗，結(jié)果表明，這些常規(guī)的焊接工藝改進措施可降低裂紋產(chǎn)生概率，但不能從根本上解決焊縫裂紋問題。綜合分析結(jié)果表明，焊接裂紋產(chǎn)生的根源在于焊縫熔深過大，熔化區(qū)突破了端塞配合面，該配合面的焊縫金屬在包殼管及端塞的相互應力作用下，由于界面層的脆性在該配合面形成啟裂點（熱裂紋），引發(fā)冷裂紋并擴展而形成的。
　　基于對焊接裂紋形成機理的分析結(jié)果，提出了焊縫裂紋的綜合控制方法：合理控制焊接電流的大小，并與電極錐度及