CN109985932B - 一种用于乏燃料贮运容器硼铝中子吸收屏蔽筒的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核材料制造工艺技术领域，具体涉及用于乏燃料贮运容器硼铝中子吸收屏蔽筒的制造方法。具体包括以下步骤：步骤一、硼铝屏蔽筒结构设计；步骤二、硼铝弧板制备；步骤三、硼铝屏蔽筒组装。将难以弯折硼铝板材制成直径可调的圆筒结构，产品硼装载总量随设计所需可调整，能够实现径向全屏蔽，环形面积小节省空间，材料自身导热性能好，适于干式贮存。

Description

一种用于乏燃料贮运容器硼铝中子吸收屏蔽筒的制造方法
技术领域
本发明属于核材料制造工艺技术领域，具体涉及用于乏燃料贮运容器硼铝中子吸收屏蔽筒的制造方法。
背景技术
核反应堆使用过的乏燃料经衰减、释热后，装入乏燃料贮运容器中运往后处理厂处理或进行深埋干式贮存。因此在贮运容器中仍需采用中子吸收材料作为屏蔽层，以此来吸收乏燃料剩余中子。中子吸收材料有很多，诸如含镉、含钆、含钐、含硼等材料；镉有较大的中子吸收截面，有较好中子吸收效果，但毒性大、污染环境；钆、钐中子吸收截面大，中子吸收效果好，但成本高；天然硼中丰度为20％的10B具有较好的中子吸收效果，且无毒、对环境无污染，其中硼铝(B4C/Al)复合陶瓷中子吸收材料具有质量轻、硼含量高、中子吸收效果好、导热好等优点，是刚刚兴起应用的核电材料。
乏燃料贮运容器形状为圆柱形，其内部中子屏蔽层呈筒形，从而实现径向中子屏蔽。如镉材可通过弯折焊接组装制备成圆筒状，而硼铝材料则难度极大。目前国内生产硼铝(B4C/Al)复合陶瓷中子吸收材料厂家主要有三家，均为生产平板式板材，而未开展筒形结构硼铝材料研发，这是由于硼铝板材塑性差、易脆，弯扭极易产生裂纹及开裂，尤其B4C含量高的硼铝板材制成筒形。因此在国内应用于乏燃料贮运容器中中子屏蔽筒形式的硼铝材料还未见报道。美国是最早研发应用硼铝材料，但应用在乏燃料贮运容器中其结构形式未见报道，制造方法无法查到。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于乏燃料贮运容器硼铝中子吸收屏蔽筒的制造方法，将难以弯折硼铝板材制成直径可调的圆筒结构，产品硼装载总量随设计所需可调整，能够实现径向全屏蔽，环形面积小节省空间，材料自身导热性能好，适于干式贮存。方法中包含了B4C/Al中B4C的含量控制范围、硼铝屏蔽筒结构形式、制备工艺参数。
为解决上述技术问题，本发明一种用于乏燃料贮运容器硼铝中子吸收屏蔽筒的制造方法，具体包括以下步骤：
步骤一、硼铝屏蔽筒结构设计；
步骤二、硼铝弧板制备；
步骤三、硼铝屏蔽筒组装。
所述步骤一中，具体为依据乏燃料贮运容器屏蔽层直径尺寸与硼铝材料板材最大制造尺寸，计算屏蔽效果所需的硼铝材料B4C含量、屏蔽层厚度、屏蔽筒周向弧板分布的尺寸，确定弧板周向分布张数、重叠层数及错缝布置。
所述步骤二中，将上述计算确定的硼铝材料弧板尺寸，反推裁剪出硼铝板材尺寸，将板材放入300℃～550℃加热炉中，保温时间≥5min；将热状态的板材送入卷板机中，按预置卷板弧度进行卷制弧板，再将所制的弧板置于300℃～550℃精整钢模中精整，精整时间≥5min；精整结束进行裁剪，并打开精整模具，取出硼铝弧板。
所述步骤三中，将2片或多片硼铝弧板通过硼铝卡条组装成单元屏蔽筒，再将多个单元筒通过圆形卡条对接成符合设计要求长筒，从而实现硼铝中子吸收屏蔽筒。
所述步骤一中，硼铝材料B4C含量控制在1wt％～40wt％范围内，单层筒壁厚度为1.5mm～10mm。
所述步骤三中，硼铝卡条与弧板间通过机械压合，压合抗拉强度为30Mpa～150Mpa。
本发明的有益技术效果在于：本发明的结构设计与制造方法是采用硼铝弧板与卡条组合构成单层屏蔽筒或多层弧板组合通过紧固条构成多层屏蔽筒，从而径向实现全屏蔽；通过制定合理的热卷板温度与卷板弧度，经模具热精整，裁剪成标准尺寸弧板，克服了硼铝材料低塑性、脆性高难以加工的特性，使得硼铝材料部件形式多样化，应用更为广泛。用本发明制备的硼铝(B4C/Al)复合陶瓷中子吸收材料弧板，其弧度调节大，可组成不同尺寸的屏蔽筒，可随设计设定。该弧板还可应用在反应堆压力壳外层屏蔽。
附图说明
图1为单层硼铝屏蔽筒子单元结构图；
图2为多层硼铝屏蔽筒子单元结构图；
图中：1为内层硼铝屏蔽筒，2为中层硼铝屏蔽筒，3为外层硼铝屏蔽筒。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的乏燃料贮运容器硼铝中子吸收屏蔽筒的制造方法，其具体步骤如下：
步骤一、硼铝屏蔽筒结构设计：依据乏燃料贮运容器屏蔽层直径尺寸与硼铝材料板材最大制造尺寸，计算屏蔽效果所需的硼铝材料B4C含量、屏蔽层厚度、屏蔽筒周向弧板分布的尺寸，确定弧板周向分布张数、重叠层数及错缝布置。硼铝材料B4C含量控制在1wt％～40wt％范围内，单层筒壁厚度为1.5mm～10mm。
步骤二、硼铝弧板制备：将上述计算确定的硼铝材料弧板尺寸(包含B4C含量、厚度、弧板弧长)反推裁剪出硼铝板材尺寸，将板材放入300℃～550℃加热炉中，保温时间≥5min；将热状态的板材送入卷板机中，按预置卷板弧度进行卷制弧板，再将所制的弧板置于300℃～550℃精整钢模中精整，精整时间≥5min；精整结束进行裁剪，并打开精整模具，取出硼铝弧板。
步骤三、硼铝屏蔽筒组装：按设计要求将2片或多片硼铝弧板通过硼铝卡条组装成单元屏蔽筒，再将多个单元筒通过圆形卡条对接成符合设计要求长筒，从而实现硼铝中子吸收屏蔽筒。硼铝卡条与弧板间通过机械压合，压合抗拉强度为30Mpa～150Mpa。
实施例1
单层屏蔽筒子单元结构形式：采用2mm厚B4C含量为31％的硼铝弧板，弧板直径为200mm、高度120mm两块，卡条为H型厚度为5mm、长120mm同等材质的硼铝材料，通过
Figure GDA0001745654750000041
弧度的滚压刀具，使H型卡条紧固两弧板。
三层屏蔽筒子单元结构形式：采用2mm厚B4C含量为31％的硼铝弧板，弧板直径分别为450mm、454mm、458mm，高度均为200mm各三块，通过错缝组装构成多层屏蔽筒，其结构形式示意图见图2。
实施例2
单层屏蔽筒弧板制造：采用2mm厚B4C含量为31％的硼铝板材，裁剪出314mm×120mm的长方形板片两张，放入300℃～550℃加热炉中，保温时间≥5min；将热状态的板材送入卷板机中，按预置卷板直径200mm的弧度进行卷制弧板，再将所制的弧板置于300℃～550℃精整钢模中精整，精整时间≥5min；精整结束进行裁剪，并打开精整模具，取出硼铝弧板。两块弧板对接组装成单层屏蔽筒子单元。
三层屏蔽筒弧板制造：采用2mm厚B4C含量为31％的硼铝板材，裁剪出500mm×200mm的长方形板片3张，放入300℃～550℃加热炉中，保温时间≥5min；将热状态的板材送入卷板机中，按预置卷板直径450mm、454mm、458mm的弧度各卷制弧板1张，再将所制的弧板置于300℃～550℃精整钢模中精整，精整时间≥5min；精整结束进行裁剪，并打开精整模具，取出硼铝弧板。

Claims (1)

1.一种用于乏燃料贮运容器硼铝中子吸收屏蔽筒的制造方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一、硼铝屏蔽筒结构设计；
步骤二、硼铝弧板制备；
步骤三、硼铝屏蔽筒组装；
所述步骤一中，具体为依据乏燃料贮运容器屏蔽层直径尺寸与硼铝材料板材最大制造尺寸，计算屏蔽效果所需的硼铝材料B4C含量、屏蔽层厚度、屏蔽筒周向弧板分布的尺寸，确定弧板周向分布张数、重叠层数及错缝布置；
所述步骤二中，将上述计算确定的硼铝材料弧板尺寸，反推裁剪出硼铝板材尺寸，将板材放入300℃～550℃加热炉中，保温时间≥5min；将热状态的板材送入卷板机中，按预置卷板弧度进行卷制弧板，再将所制的弧板置于300℃～550℃精整钢模中精整，精整时间≥5min；精整结束进行裁剪，并打开精整模具，取出硼铝弧板；
所述步骤三中，将2片或多片硼铝弧板通过硼铝卡条组装成单元屏蔽筒，再将多个单元屏蔽筒通过圆形卡条对接成符合设计要求长筒，从而实现硼铝中子吸收屏蔽筒；
所述步骤一中，硼铝材料B4C含量控制在40wt％，单层屏蔽筒壁厚度为10mm；
所述步骤三中，硼铝卡条与弧板间通过机械压合，压合抗拉强度为30Mpa～150Mpa。
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