本文關(guān)鍵詞：核反應(yīng)堆控制棒焊接裂紋的形成機(jī)理及工藝控制

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【摘要】：控制棒組件是核電站反應(yīng)堆內(nèi)的核心構(gòu)件,通過驅(qū)動(dòng)機(jī)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(yīng)堆的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)劇烈程度,從而控制反應(yīng)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(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)間為10至15年,其質(zhì)量對(duì)反應(yīng)堆的安全性和經(jīng)濟(jì)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(yīng)堆內(nèi)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來重大安全隱患,導(dǎo)致意外停堆或反應(yīng)堆內(nèi)燃料組件大面積破損,帶來極其嚴(yán)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(dòng)保護(hù)TIG焊接設(shè)備,通過對(duì)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(shè)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(duì)焊接裂紋的影響,對(duì)焊接裂紋,尤其是液化裂紋和結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理進(jìn)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(yù)熱并焊后保溫的方式不能減少裂紋產(chǎn)生。通過對(duì)包殼管管口進(jìn)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(duì)電極尖端進(jìn)行打磨去除變?yōu)殄F臺(tái)形,改變包殼管與端塞配合間隙的大小,采用不同焊接設(shè)備等等進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn),結(jié)果表明,這些常規(guī)的焊接工藝改進(jìn)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(yīng)力作用下,由于界面層的脆性在該配合面形成啟裂點(diǎn)(熱裂紋),引發(fā)冷裂紋并擴(kuò)展而形成的�；趯�(duì)焊接裂紋形成機(jī)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,并與電極錐度及錐臺(tái)尺寸進(jìn)行合理搭配,同時(shí)包殼管與端塞采用間隙配合,有效控制了焊接熔合區(qū)的深度,避免啟裂點(diǎn)的產(chǎn)生,從而有效防止了焊縫裂紋的產(chǎn)生,并成功應(yīng)用于控制棒批量生產(chǎn)。
【關(guān)鍵詞】：控制棒 薄壁不銹鋼管 焊接 熱裂紋 冷裂紋
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM623;TG441.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題背景和意義10-12
• 1.1.1 課題背景10-11
• 1.1.2 控制棒在核反應(yīng)堆中的作用11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀及不足12-14
• 1.3 研究?jī)?nèi)容及意義14-18
• 1.3.1 焊縫裂紋的危害14-15
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容15-16
• 1.3.3 研究意義16-18
• 第2章 零件結(jié)構(gòu)及焊接技術(shù)要求18-24
• 2.1 零件結(jié)構(gòu)18-19
• 2.2 材料及制造工藝19-21
• 2.2.1 材料成分19-21
• 2.2.2 制造工藝21
• 2.3 焊接技術(shù)要求21-22
• 2.4 小結(jié)22-24
• 第3章 焊接方法及設(shè)備24-32
• 3.1 焊接方法24-27
• 3.1.1 脈沖鎢極氣體保護(hù)焊24-25
• 3.1.2 壓力電阻焊25-26
• 3.1.3 電子束焊26-27
• 3.2 焊接方法選擇27-28
• 3.3 焊接設(shè)備28-31
• 3.4 小結(jié)31-32
• 第4章 焊接工藝試驗(yàn)及焊縫裂紋形成機(jī)理分析32-69
• 4.1 焊縫裂紋形成機(jī)理初探32-39
• 4.1.1 端塞與包殼管配合情況對(duì)焊縫裂紋的影響34-37
• 4.1.2 焊接設(shè)備特性對(duì)焊縫裂紋的影響37-39
• 4.1.3 熱處理對(duì)焊縫裂紋的影響39
• 4.2 液化裂紋形成機(jī)理分析39-49
• 4.2.1 焊接電流對(duì)液化裂紋的影響40-46
• 4.2.2 焊接時(shí)間對(duì)液化裂紋的影響46-49
• 4.3 結(jié)晶裂紋形成機(jī)理分析49-64
• 4.3.1 焊縫氧化物及雜質(zhì)對(duì)結(jié)晶裂紋的影響49-50
• 4.3.2 熔合比對(duì)結(jié)晶裂紋的影響50-52
• 4.3.3 焊接速度對(duì)結(jié)晶裂紋的影響52-56
• 4.3.4 成形系數(shù)φ對(duì)結(jié)晶裂紋的影響56-64
• 4.4 焊縫裂紋定性分析64-66
• 4.5 小結(jié)66-69
• 第5章 焊接工藝改進(jìn)與驗(yàn)證69-79
• 5.1 焊接工藝分析69-70
• 5.2 焊接工藝改進(jìn)70-76
• 5.3 焊接工藝驗(yàn)證76-77
• 5.4 小結(jié)77-79
• 第6章 結(jié)論及下一步研究方向79-81
• 6.1 結(jié)論79
• 6.2 下一步研究方向79-81
• 參考文獻(xiàn)81-83

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