CN106735807A - 一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法 - Google Patents

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孙俊峰
李瑞锋
底乐
张风起
丁永斌
刘宝桐
李万普
魏启飞
刘杰
纪思倩
李超
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China North Nuclear Fuel Co Ltd
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    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/002—Resistance welding; Severing by resistance heating specially adapted for particular articles or work

Abstract

本发明属于核燃料组件制造技术领域，具体涉及一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法。把端塞和包壳管装配成对接接头，在挤压力作用下，使包壳管端面与端塞配合面接触，通过焊接电极给工件施加电流，焊接电流从端塞电极开始，通过端塞和包壳管最后到达焊接电极，焊接电流的能量释放在端塞和包壳管的接触电阻上；包壳管端面与端塞配合面及邻近区域产生的电阻热使焊接面的金属处于塑性状态，然后对对接接头施加顶力，靠顶锻来完成焊接。完成该研究后，已应用该技术进行了CAP1400燃料棒焊接工艺试验，可以焊接出符合技术要求的焊缝。

Description

一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法
技术领域
本发明属于核燃料组件制造技术领域，具体涉及一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法。
背景技术
对国内外压水堆核燃料元件制造厂进行了调研，结果发现：国外法国罗曼厂采用TIG和顶锻成型焊进行AFA3G核燃料组件燃料棒的焊接。国内中核建中核燃料元件有限公司采用TIG、电子束焊和顶锻成型焊进行AFA3G核燃料组件燃料棒的焊接。
但到目前为止，国内外均没有关于CAP1400核燃料组件新锆合金燃料棒顶锻成型焊技术的研究应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种燃料组件新锆合金燃料棒端塞焊接方法，以满足CAP1400燃料组件燃料棒制造的需求。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法，把端塞和包壳管装配成对接接头，在挤压力作用下，使包壳管端面与端塞配合面接触，通过焊接电极给工件施加电流，焊接电流从端塞电极开始，通过端塞和包壳管最后到达焊接电极，焊接电流的能量释放在端塞和包壳管的接触电阻上；包壳管端面与端塞配合面及邻近区域产生的电阻热使焊接面的金属处于塑性状态，然后对对接接头施加顶力，靠顶锻来完成焊接；还包括以下技术要求：
(1)确定焊件表面状态
控制整个焊缝圆周上的焊接顶锻量均匀；
在包壳管侧的焊接顶锻斜面光滑而且没有烧伤；
顶锻的外缘没有不允许的焊接金属的熔滴和飞溅；
由焊接模具的抵触而引起的顶锻金属的机械变形不超过标样；
(2)焊缝强度
如果满足下列要求，则认为焊缝强度是足够的：
——爆破试样的断裂处在包壳管和端塞的焊接接触面之外；
——最小爆破压力至少达到1200bar；
(3)焊区内部状态
焊区内部不出现不连续状态，包壳管和端塞的焊接接触面完全熔合。
进一步的，如上所述的一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法，在工艺合格性鉴定试验的焊接试样制备期间，使用焊接电流、电极压力和包壳管伸出长度的最大、最小值的各种不利组合确定焊接顶锻的形状和尺寸的限值。
进一步的，如上所述的一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法，控制焊接顶锻的位置、形状尺寸及偏差以及焊瘤加工后的表面粗糙度，符合图纸的要求。
进一步的，如上所述的一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法，包壳管和端塞的表面状态符合相关要求，包括机械变形、来自焊接模具和电极的铜沉积、烧伤、氧化色以及其它影响。
进一步的，如上所述的一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法，在(360±6)℃水中和(18.7±1.4)MPa压力下，时间为80h，无白色或棕色腐蚀产物。
本发明技术方案的有益效果在于：
通过CAP1400新锆合金燃料棒顶锻成型焊技术的开发，实现CAP1400燃料棒上下端塞和包壳管的焊接。此技术旨在满足CAP1400核燃料元件生产线的建设需要。该新锆合金焊接技术是由压力电阻焊演变而来，焊缝形状是通过模具电极(焊接电极)形成的，不需对焊缝进行后续机械加工。
该焊接技术不仅可以满足CAP1400燃料棒工艺的使用要求，还可推广用于其它核燃料组件燃料棒制造工艺。
附图说明
图1为燃料棒端塞。
图2为包壳管。
图3为焊接过程示意图
图中：1、新锆合金包壳管，2、焊接电极，3、包壳管伸出长度。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施例对本发明技术方案进行进一步详细说明。
如图1-3所示，本发明一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法，把端塞和包壳管装配成对接接头，在挤压力作用下，使包壳管端面与端塞配合面接触，通过焊接电极给工件施加电流，焊接电流从端塞电极开始，通过端塞和包壳管最后到达焊接电极，焊接电流的能量释放在端塞和包壳管的接触电阻上；包壳管端面与端塞配合面及邻近区域产生的电阻热使焊接面的金属处于塑性状态，然后对对接接头施加顶力，靠顶锻来完成焊接；还包括以下技术要求：
(1)确定焊件表面状态
控制整个焊缝圆周上的焊接顶锻量均匀；
在包壳管侧的焊接顶锻斜面光滑而且没有烧伤；
顶锻的外缘没有不允许的焊接金属的熔滴和飞溅；
由焊接模具的抵触而引起的顶锻金属的机械变形不超过标样；
(2)焊缝强度
如果满足下列要求，则认为焊缝强度是足够的：
——爆破试样的断裂处在包壳管和端塞的焊接接触面之外；
——最小爆破压力至少达到1200bar；
(3)焊区内部状态
焊区内部不出现不连续状态，包壳管和端塞的焊接接触面完全熔合。
(4)在工艺合格性鉴定试验的焊接试样制备期间，使用焊接电流、电极压力和包壳管伸出长度的最大、最小值的各种不利组合确定焊接顶锻的形状和尺寸的限值。
(5)控制焊接顶锻的位置、形状尺寸及偏差以及焊瘤加工后的表面粗糙度，符合图纸的要求。
(6)包壳管和端塞的表面状态符合相关要求，包括机械变形、来自焊接模具和电极的铜沉积、烧伤、氧化色以及其它影响。
(7)在(360±6)℃水中和(18.7±1.4)MPa压力下，时间为80h，无白色或棕色腐蚀产物。
完成该研究后，已应用该技术进行了CAP1400燃料棒焊接工艺试验，可以焊接出符合技术要求的焊缝。

Claims (6)

1.一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法，其特征在于：把端塞和包壳管装配成对接接头，在挤压力作用下，使包壳管端面与端塞配合面接触，通过焊接电极给工件施加电流，焊接电流从端塞电极开始，通过端塞和包壳管最后到达焊接电极，焊接电流的能量释放在端塞和包壳管的接触电阻上；包壳管端面与端塞配合面及邻近区域产生的电阻热使焊接面的金属处于塑性状态，然后对对接接头施加顶力，靠顶锻来完成焊接；还包括以下技术要求：
(1)确定焊件表面状态
控制整个焊缝圆周上的焊接顶锻量均匀；
在包壳管侧的焊接顶锻斜面光滑而且没有烧伤；
顶锻的外缘没有不允许的焊接金属的熔滴和飞溅；
由焊接模具的抵触而引起的顶锻金属的机械变形不超过标样；
(2)焊缝强度
如果满足下列要求，则认为焊缝强度是足够的：
——爆破试样的断裂处在包壳管和端塞的焊接接触面之外；
——最小爆破压力至少达到1200bar；
(3)焊区内部状态
焊区内部不出现不连续状态，包壳管和端塞的焊接接触面完全熔合。
2.如权利要求1所述的一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法，其特征在于：在工艺合格性鉴定试验的焊接试样制备期间，使用焊接电流、电极压力和包壳管伸出长度的最大、最小值的各种不利组合确定焊接顶锻的形状和尺寸的限值。
3.如权利要求1所述的一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法，其特征在于：控制焊接顶锻的位置、形状尺寸及偏差以及焊瘤加工后的表面粗糙度，符合图纸的要求。
4.如权利要求1所述的一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法，其特征在于：包壳管和端塞的表面状态符合相关要求，包括机械变形、来自焊接模具和电极的铜沉积、烧伤、氧化色以及其它影响。
5.如权利要求1所述的一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法，其特征在于：在(360±6)℃水中和(18.7±1.4)MPa压力下，时间为80h，无白色或棕色腐蚀产物。
6.如权利要求1所述的一种新锆合金燃料棒顶锻成型焊方法，其特征在于：在工艺合格性鉴定试验的焊接试样制备期间，使用焊接电流、电极压力和包壳管伸出长度的最大、最小值的各种不利组合确定焊接顶锻的形状和尺寸的限值；控制焊接顶锻的位置、形状尺寸及偏差以及焊瘤加工后的表面粗糙度，符合图纸的要求；包壳管和端塞的表面状态符合相关要求，包括机械变形、来自焊接模具和电极的铜沉积、烧伤、氧化色以及其它影响；在(360±6)℃水中和(18.7±1.4)MPa压力下，时间为80h，无白色或棕色腐蚀产物。
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