CN103486306A

CN103486306A - 核电安全阀门用烟火作动筒及其激光焊接方法

Info

Publication number: CN103486306A
Application number: CN201310314849.1A
Authority: CN
Inventors: 张迎春; 张伟; 杨安民; 杨树彬; 王文涛; 赵力甦; 高馥萍
Original assignee: No213 Research Institute Of China North Industries Group Corp
Current assignee: No213 Research Institute Of China North Industries Group Corp
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2014-01-01

Abstract

本发明提供了一种核电安全阀门用烟火作动筒及其激光焊接方法，壳体输入端具有至少一个安装点火器的接口，接口底部为带中心通孔的沉孔激光焊接平面，输入盖片焊接在沉孔激光焊接平面输入端一侧，点火器安装在输入盖片外侧；壳体内部为一端开口的圆柱型空腔，空腔内装入耐高温推进剂，空腔输出端加工有深1mm激光焊接平面，激光焊接平面上焊接输出盖片。本发明适用于核电机组使用，能够耐受长时间高温、高湿和辐照环境，可作为核电安全装置的动力源。本发明具有工艺简单、操作安全，密封性和环境适应性好等优点。

Description

核电安全阀门用烟火作动筒及其激光焊接方法

技术领域

本发明属于火工品技术领域，涉及一种火工做功元件，尤其涉及一种核电安全阀门用烟火作动筒及其激光焊接工艺。

背景技术

我国是世界上少数拥有比较完整核工业体系的国家之一，多年来，我国核电工业从无到有，得到了很大的发展。压水堆核电机组为第三代核电技术，其通过独特的非能动安全系统设计，使核电机组设计更加简单，核电站的安全性和可靠性更高，是目前我国大力发展的主流核电机组。

爆破阀是压水堆核电机组的关键设备，烟火作动筒是爆破阀的动力源，烟火作动筒的可靠作用对核电机组的安全运行起着至关重要的作用。核电机组工作环境特殊——高温、高湿、辐照、地震载荷等严酷的工作环境条件对核电机组用产品的安全性、可靠性要求更高，属于安全A级、抗震1级的核级产品。

现有火工品普遍采用的结构封装工艺为玻璃封接、输出端收口、密封胶填充。现有结构封装工艺存在的问题是：玻璃封接工艺较难实现匹配封接，且工艺复杂、存在污染。输出端与涂密封胶工艺存在长期贮存老化、低温脆化、承受冲击振动等力学环境性能较差等问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种核电安全阀门用烟火作动筒，结构简单、操作方便：尺寸系列化；具有良好的环境适应性，特别是当药剂选用耐高温推进剂时，该烟火作动筒能够耐受长时间高温、高湿和力学环境，适用于核电机组作为动力源使用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种核电安全阀门用烟火作动筒，烟火作动筒由点火器起爆，烟火作动筒包括输入盖片、耐高温推进剂、壳体和输出盖片，壳体输入端具有至少一个安装点火器的接口，接口底部为带中心通孔的沉孔激光焊接平面，输入盖片焊接在沉孔激光焊接平面输入端一侧，点火器安装在输入盖片外侧；壳体内部为一端开口的圆柱型空腔，空腔内装入耐高温推进剂，空腔输出端加工有深1mm激光焊接平面，激光焊接平面上焊接输出盖片，输出盖片为光滑的圆形金属薄片，厚度为0.25mm～0.5mm。所述壳体的材料为奥氏体不锈钢。所述的耐高温推进剂选用无硫黑火药。

本发明还提供一种所述核电安全阀门用烟火作动筒的激光焊接方法，包括以下步骤：

（1）确定激光焊接工艺参数；激光焊接机设置参数包含电流强度、激光脉冲频率、激光脉宽、激光焊机主轴转速。为了保证激光焊接密封性，首先确定合适的焊缝重叠率（4～6焊点/mm），通过调整激光脉冲频率（25～30Hz）和激光焊机主轴转速（270～300mm/min）保证焊缝重叠率。通过调整电流强度（125±5A）、激光脉冲频率（25～30Hz）及激光脉宽（2.6～3.0ms）确定合适的激光焊接能量，保证焊缝强度。

（2）装入耐高温推进剂：使用耐高温推进剂工装将耐高温推进剂倒入烟火作动筒；

（3）激光焊接：用点焊工装压住输入盖片和输出盖片，激光点焊盖片；取下点焊工装，激光连续焊接，形成均匀焊缝。

（4）激光焊接氦质谱检漏方法：通过对烟火作动筒激光焊缝喷氦气，在盖片焊缝另一侧采用检测装置测试，如氦气泄漏率不超过1×10^-5cm³/s，则焊缝密封性满足要求；

（5）激光焊接的耐压强度检测方法：在烟火作动筒输入端通入高压气体，当气体压力超过盖片焊缝强度，烟火作动筒盖片破片，记录此时破片压力，如符合设计压力，则焊缝强度满足要求。

本发明的有益效果是：

（一）本发明的激光焊接工艺，可以提高烟火作动筒的密封性能，满足氦质谱泄漏率不超过1×10^-5cm³/s要求，适用于核电高温、高湿环境。

（二）本发明的激光焊接工艺，可以提高烟火作动筒的结构强度。

（三）本发明的激光焊接尺寸实现系列化，可以满足不同尺寸要求。

（四）本发明的药剂选用耐高温推进剂（无硫黑火药），能够耐受长时间高温、高湿和辐照环境，适用于核电机组作为动力源使用。

（五）本发明提供了一种新型的火工品密封工艺，可以推广到其他领域火工品密封。

本发明的烟火作动筒激光焊接工艺采用了独特的设计，使用的材料达到了国际先进水平，其电性能、环境性能、力学性能可以满足严酷的核电工作环境要求，是将电火工品成功应用于核电领域的关键技术，对于满足国内核电机组建设需要，实现国家能源政策的调整具有重要意义。

附图说明

图1是核电安全阀门用烟火作动筒结构示意图；

图2是输入盖片激光焊接工装示意图；

图3是装药工装示意图；

图4是输出盖片激光焊接工装示意图，其中，（a）是工装装配示意图，（b）是工装立体示意图；

图5是输出盖片焊缝耐压强度工装示意图，其中，（a）是未加装螺钉示意图，（b）是加装螺钉示意图；

图中，1-输入盖片，2-耐高温推进剂，3-壳体，4-输出盖片，5-压杆，6-螺套，7-压簧，8-装药工装，9-输出盖片点焊工装，10-转接头。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

一种核电安全阀门用烟火作动筒，包括输入盖片1、耐高温推进剂2、壳体3和输出盖片4，壳体3一侧具有安装点火器的接口（可一个以上），接口底部为带中心孔的沉孔激光焊接平面，输入盖片1焊接在该平面上。壳体3内部为空心圆柱，内装耐高温推进剂2，壳体3输出端激光焊接平面上焊接输出盖片4。

一种所述核电安全阀门用烟火作动筒的激光焊接方法，包括以下步骤：

（1）确定激光焊接工艺参数；激光焊接机设置参数包含电流强度、激光脉冲频率、激光脉宽、激光焊机主轴转速。为了保证激光焊接密封性，首先确定合适的焊缝重叠率，通过调整激光脉冲频率和激光焊机主轴转速保证焊缝重叠率。通过调整电流强度、激光脉冲频率及激光脉宽确定合适的激光焊接能量，保证焊缝强度。

（2）输入盖片激光焊接：用输入盖片点焊工装压杆5、螺套6和压簧7压住输入盖片，激光点焊输入盖片；取下点焊工装，激光连续焊接，形成均匀焊缝。

（3）装药：使用装药工装8将耐高温推进剂2倒入烟火作动筒；

（4）输出盖片激光焊接：使用输出盖片点焊工装9压住输出盖片4，激光点焊输出盖片，取下点焊工装，激光连续焊接，形成均匀焊缝。

（5）激光焊接氦质谱检漏方法：通过对烟火作动筒激光焊缝喷氦气，在盖片焊缝另一侧采用检测装置测试，如氦气泄漏率不超过1×10^-5cm³/s，则焊缝密封性满足要求；

（6）激光焊接的耐压强度检测方法：通过烟火作动筒输入端转接头10通入高压气体，当气体压力超过盖片焊缝强度，烟火作动筒盖片破片，记录此时破片压力，如符合设计压力，则焊缝强度满足要求。

本发明的核电安全阀门用烟火作动筒激光焊接工艺所采用的技术方案包括输入盖片、耐高温推进剂、壳体、输出盖片形成的激光焊接封接整体结构；包括确定激光焊接工艺参数；装药工装；压紧输入盖片和输出盖片的点焊激光焊接工装；激光焊接氦质谱检漏方法；激光焊接的耐压强度检测方法。

根据本发明，所述激光焊接机为Nd：YAG激光焊接机。

根据本发明，所述药剂材料为耐高温推进剂（爆发点不小于360℃）。

根据本发明，所述壳体材料为不锈钢。

根据本发明，所述盖片材料为不锈钢。

正如图1所示，本发明的核电安全阀门用烟火作动筒激光焊接工艺包括输入盖片1、耐高温推进剂2、壳体3和输出盖片4激光焊接而成。

下面结合本优选实例，叙述本发明的工艺实施过程。

（一）耐高温推进剂剂性能

核电安全阀门用烟火作动筒耐高温推进剂为无硫黑火药，硫在黑火药中主要起粘合剂的作用，在150～200℃硫吸热气化，诱导硝酸钾预点火反应，从而黑火药的爆发点较低。在无硫黑火药中，不存在硫引起的低温区诱导反应，无硫黑火药的爆发点可达480℃，可以满足用于核电机组不低于360℃使用环境的要求，无硫黑火药爆发点高，在激光焊接过程中，壳体传导的热量远低于药剂的爆发点，可以保证焊接过程的安全性。

（二）装药工艺

核电安全阀门用烟火作动筒装药方式为松装，为避免装药过程中药剂洒落在壳体焊接表面，设计了专用装药工装，工装外部为台阶圆柱，与烟火作动筒内表面配合，工装内部为上端具有一定锥度的圆柱表面，便于药剂装入，见图3。装药过程中药剂粉末和细小颗粒不可避免会附着在壳体焊接表面，须及时擦拭干净，避免焊接过程中表面浮药在激光高温作用下引燃，造成严重事故。

输出盖片采用真空吸笔或类似工具放置到位，可以提高盖片放置的准确性，避免盖片放置过程中磕碰药剂，输出端需采用防护措施保护，避免焊接表面落入异物、灰尘、雨水等，导致焊接过程产生飞溅，影响焊接质量和安全性。

（三）激光焊接方法

烟火作动筒激光焊接工艺采用两步焊接方法，首先通过点焊，即通过均匀间隔的激光脉冲将盖片由若干焊点固定在烟火作动筒焊接表面，再通过连续的激光脉冲将盖片焊接在烟火作动筒焊接表面，形成均匀焊缝。

图2显示输入盖片激光焊接工装，由压杆、螺套和压簧组成，压杆由螺套通过压簧压紧在输入盖片表面，压杆侧面开槽，激光可通过压杆侧面开槽首先将输入盖片点焊在烟火作动筒输入端焊接表面，待输入盖片被点焊固定后，取下激光焊接工装，对焊缝连续焊接。

图4显示输出盖片激光焊接工装，侧面开槽，首先将激光焊接工装套入输出端，压紧输出盖片，激光通过开槽将输出盖片点焊在烟火作动筒输出端壳体焊接表面，然后取下工装，连续激光焊接。

为降低激光焊接过程温度，提高焊接过程安全性，并保证激光焊接密封性，输出盖片缝焊分两次进行，首先连续焊接一周，将工件旋转180°，再连续焊接一周。在激光焊接过程中，通过壳体3传递到烟火作动筒内装耐高温推进剂2温度较低，不会达到爆发点。

（四）密封性检测

烟火作动筒输入盖片和输出盖片激光焊接后，输入盖片采用喷氦法（GJB5309.3-2004）进行氦质谱检漏，要求泄漏率不超过1×10^-5cm³/s。输出盖片采用压氦法（GJB5309.3-2004）进行氦质谱检漏，要求泄漏率不超过1×10^-5cm³/s。

（五）焊接强度检测

烟火作动筒输入盖片和输出盖片激光焊接后，设计了耐压转接头，转接头两端为螺纹连接结构，中心为一通气小孔，转接头一端螺纹连接气体加压系统，另一端螺纹连接烟火作动筒输入端，见图5。将烟火作动筒通过转接头连接到气体加压系统，通过对烟火作动筒内部施加气压，使输入盖片或输出盖片破片，破片后通过观察破片形态、气体加压系统压力表读出的破片压力，确定输入盖片和输出盖片激光焊接强度。

Claims

1.一种核电安全阀门用烟火作动筒，包括输入盖片、耐高温推进剂、壳体和输出盖片，其特征在于：壳体输入端具有至少一个安装点火器的接口，接口底部为带中心通孔的沉孔激光焊接平面，输入盖片焊接在沉孔激光焊接平面输入端一侧，点火器安装在输入盖片外侧；壳体内部为一端开口的圆柱型空腔，空腔内装入耐高温推进剂，空腔输出端加工有深1mm激光焊接平面，激光焊接平面上焊接输出盖片。

2.根据权利要求1所述的核电安全阀门用烟火作动筒，其特征在于：所述的输出盖片为光滑的圆形金属薄片，厚度为0.25mm～0.5mm。

3.根据权利要求1所述的核电安全阀门用烟火作动筒，其特征在于：所述壳体的材料为奥氏体不锈钢。

4.根据权利要求1所述的核电安全阀门用烟火作动筒，其特征在于：所述的耐高温推进剂选用无硫黑火药。

5.一种权利要求1所述核电安全阀门用烟火作动筒的激光焊接方法，其特征在于包括下述步骤：

（1）设置焊缝重叠率为4～6焊点/mm，激光脉冲频率为25～30Hz，激光焊机主轴转速为270～300mm/min，电流强度为125±5A，激光脉宽为2.6～3.0ms；

（2）使用耐高温推进剂工装将耐高温推进剂倒入烟火作动筒；

（3）用点焊工装压住输入盖片和输出盖片，激光点焊盖片；取下点焊工装，激光连续焊接，形成均匀焊缝；

（4）通过对烟火作动筒激光焊缝喷氦气，在盖片焊缝另一侧采用检测装置测试，如氦气泄漏率不超过1×10^-5cm³/s，则焊缝密封性满足要求；

（5）在烟火作动筒输入端通入高压气体，当气体压力超过盖片焊缝强度，烟火作动筒盖片破片，记录此时破片压力，如符合设计压力，则焊缝强度满足要求。