CN112173343B - 一种乏燃料储存格架方管焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种乏燃料储存格架方管焊接方法，包括以下步骤：定位中心方管使其位于第一角方管和第二角方管的正中间；将连接件分别间隔阵列在第一角方管和中心方管、第二角方管和中心管的相对的棱边上并焊接固定；将第二定位框工装定位在第一角方管和中心方管之间以定位第三角方管、将第三定位框工装定位在第一角方管和中心方管之间以定位第四角方管；将连接件分别间隔阵列在第三角方管和中心方管第四角方管和中心管的相对的棱边上并焊接固定。本发明采用的连接件能够满足整体外形尺寸的设计要求且能够保证焊缝质量，还能控制焊接变形，此外将连接件间隔阵列设置，在同等的试验条件下，本发明的焊接效率能够达到现有技术的10~15倍。

Description

一种乏燃料储存格架方管焊接方法
技术领域
本发明涉及核燃料存储设备技术领域，具体涉及一种乏燃料储存格架方管焊接方法。
背景技术
乏燃料储存格架是燃料操作和贮存系统（PMC系统）中与临界安全密切相关和用于存放乏燃料组件的重要设备，它广泛应用于乏燃料在堆贮存、中间离堆贮存以及后处理厂贮存。以AP1000为代表的三代核电厂使用的“硼铝合金-不锈钢乏燃料储存格架”，以其中子吸收性能好、安全性高、贮存密度高等优点，逐步在三代核电乏燃料贮存格架选型的竞争中脱颖而出，成为国际乏燃料储存格架技术发展主流。
乏燃料储存硼铝格架的结构如图1所示，该类格架两方管间采用连接块的连接结构，连接块需采用全焊透结构。由于方管连接是通过多个连接块在两两方管棱边之间实现焊接连接，且方管壁薄，同时整套格架所需的方管数量较多，因此，采用常规的连接结构和焊接方法无法同时满足全焊透熔深及焊接变形控制需求。
发明内容
针对上述现有焊接方法无法满足乏燃料存储格架方管全焊透熔深及焊接变形控制的技术问题，本发明提供了一种乏燃料储存格架方管连接件及焊接方法，能够满足乏燃料存储格架方管全焊透熔深及焊接变形控制的需求。
本发明通过下述技术方案实现：
一种乏燃料储存格架方管连接件，所述连接件为长条的块状结构，所述连接件两端为支撑段，两支撑段通过焊接段相连，所述焊接段的截面尺寸小于支撑段的截面尺寸。
本发明的连接件为长条的块状结构，多个方管经若干连接件连接后，乏燃料储存格架的整体外形尺寸能够满足设计要求。且连接件两端的支撑段截面尺寸大于焊接段的截面尺寸，可通过连接件的支撑段支撑方管，防止方管因与连接件的焊接段焊接后产生收缩变形，满足乏燃料储存格架焊接变形控制的要求。另外，焊接段的尺寸可根据乏燃料存储格架的方管全焊透熔深的要求设计，以满足全焊透熔深的要求。因此，本发明能够满足乏燃料存储格架方管全焊透熔深及焊接变形控制的需求。
进一步的，所述连接件一相对的两侧设有凹槽，所述凹槽用于容纳方管的一棱边，以使得连接件能够卡设在两方管相对的棱边上，一方面便于连接件和方管的装配，另一方面能够增加支撑段作用在方管上的点位，进一步防止方管收缩变形。
优选的，所述凹槽为弧形凹槽，以使得连接件侧壁和方管棱边能够完全契合，以提高焊缝的质量和进一步防止方管变形。
具体而言，所述焊接段的厚度为2.5mm～3.5mm，以确保方管和连接件有足够的焊接熔深，进而确保乏燃料储存格架满足地震加速度的技术指标要求。
本发明还提供了一种基于上述连接件的乏燃料储存格架方管焊接方法，包括以下步骤：
将第一角方管、第二角方管和中心方管通过第一定位框工装进行定位，并使中心方管位于第一角方管和第二角方管的正中间；
将连接件间隔阵列在第一角方管和中心方管相对的棱边上、第二角方管和中心管相对的棱边上；
将第一角方管、第二角方管和中心方管焊接固定；
焊接固定后，将第二定位框工装定位在第一角方管和中心方管之间以定位第三角方管、将第三定位框工装定位在第一角方管和中心方管之间以定位第四角方管；
将连接件间隔阵列在第三角方管和中心方管相对的棱边上、第四角方管和中心管相对的棱边上；
将第三角方管、第四角方管和中心方管焊接固定；
重复上述步骤，直到方管的数量达到设计要求；
所述定位框工装包括截面为方形的框体，所述框体四侧壁均通过调节螺栓连接有连接部，所述连接部用于连接方管，以通过调节螺栓调节方管的位置。
具体而言，在焊接角方管和中心方管时，先对连接件进行定位点固，再对连接件两侧单面焊双面成型激光焊。
具体而言，所述激光焊的功率为1900W～3000W。
为确保焊缝背面焊透，所述激光焊焊接聚焦点距离为185mm～190mm。
具体而言，方管与连接件的组装间隙为0mm～0.3mm。
具体而言，所述保护气为纯氦气或氩气。
本发明采用长条块状的连接件连接各方管，能够满足多个方管经若干连接件连接后，和整体体外形尺寸满足设计要求；本发明采用先定位点固再通过激光焊单面焊双面成型的激光焊，能够确保焊缝质量，且焊缝质量大大优于氩弧焊；本发明采用的连接件上下两端设有支撑段，严格控制了焊接变形；本发明的连接件间隔阵列设置，提高了生产效率和降低劳动强度的。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、连接件为长条的块状结构，多个方管经若干连接件连接后，乏燃料储存格架的整体外形尺寸能够满足设计要求；
2、连接件两端的支撑段截面尺寸大于焊接段的截面尺寸，可通过连接件的支撑段支撑方管，防止方管因与连接件的焊接段焊接后产生收缩变形，满足乏燃料储存格架焊接变形控制的要求；
3、所述焊接段的厚度为2.5mm～3.5mm，以确保方管和连接件有足够的焊接熔深，进而确保乏燃料储存格架满足地震加速度的技术指标要求；
4、连接件间隔阵列设置，提高了生产效率和降低劳动强度的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为现有的乏燃料储存格架结构示意图；
图2为本发明的连接件结构示意图；
图3为本发明的连接件与方管的相对位置关系示意图；
图4为本发明初步焊接的格架结构示意图；
图5为本发明二次焊接的格架结构示意图；
图6为本发明所使用的定位框装置结构示意图。
附图中各零部件名称：
1-连接件，11-支撑段，12-焊接段，13-凹槽，20-中心方管，21-第一角方管，22-第二角方管，23-第三角方管，24-第四角方管，30-框体，301-连接部，302-调节螺栓，31-第一定位框工装，32-第二定位框工装，33-第三定位框工装。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
结合图2，一种乏燃料储存格架方管连接件1，所述连接件1为长条的块状结构，所述连接件1两端为支撑段11，两支撑段11通过焊接段12相连，所述焊接段12的截面尺寸小于支撑段11的截面尺寸。能够理解的是，所述连接件1的两端头厚中间段薄，且中间段为有效的焊接段。
进一步的，所述连接件1一相对的两侧设有凹槽13，所述凹槽13用于容纳方管的一棱边，以使得连接件1能够卡设在两方管相对的棱边上；一方面便于连接件1和方管的装配，另一方面能够增加支撑段11作用在方管上的点位，进一步防止方管收缩变形。
优选的，所述凹槽13为弧形凹槽，以使得连接件1侧壁和方管棱边能够完全契合，以提高焊缝的质量和进一步防止方管变形。
具体而言，所述焊接段12的厚度为2.5mm～3.5mm，以确保方管和连接件1有足够的焊接熔深，进而确保乏燃料储存格架满足地震加速度的技术指标要求。
本实施例的连接件1为长条的块状结构，多个方管经若干连接件1连接后，乏燃料储存格架的整体外形尺寸能够满足设计要求。且连接件1两端的支撑段11截面尺寸大于焊接段12的截面尺寸，以形成I型对接接头，可通过连接件1的支撑段11支撑方管，防止方管因与连接件1的焊接段12焊接后产生收缩变形，满足乏燃料储存格架焊接变形控制的要求。另外，焊接段12的尺寸可根据乏燃料存储格架的方管全焊透熔深的要求设计，以满足全焊透熔深的要求。因此，本实施例能够满足乏燃料存储格架方管全焊透熔深及焊接变形控制的需求。
实施例2
一种乏燃料储存格架方管焊接方法，包括以下步骤：
结合图4，将第一角方管21与第一定位框工装31一侧壁的连接部301固定连接，同时将第二角方管22固定在与第一角方管21相对的另一连接部301上，再将中心方管20固定在与第一角方管21和第二角方管22连线平行的一个连接部301上，以通过调节螺栓调整定位框工装31的外形尺寸，确保第一角方管21、第二角方管22和中心方管20的相对位置尺寸满足设计要求；即将第一角方管21、第二角方管22和中心方管20通过第一定位框工装31进行定位，并使中心方管20位于第一角方管21和第二角方管22的正中间；
结合图3，将连接件1间隔阵列在第一角方管21和中心方管20相对的棱边上、第二角方管22和中心管相对的棱边上；
先对连接件1进行定位点固，再对连接件1两侧单面焊双面成型激光焊；
采用手工氩弧焊的方式对各连接件1进行定位点固，再调整激光功率和焊接聚焦点距离及位置，焊接时经吹气管通入高纯氦气或氩气，对每件连接件1进行两侧一次单面焊双面成型激光焊，以形成焊缝；激光焊的焊接功率为1900W～3000W，焊接聚焦点距离为185mm～190mm，应当理解的是，聚焦尺寸过低将导致焊缝背面不能焊透，即将第一角方管21、第二角方管22和中心方管20焊接固定；
结合图5，焊接固定后，将第二定位框工装32定位在第一角方管21和中心方管20之间以定位第三角方管23、将第三定位框工装33定位在第一角方管21和中心方管20之间以定位第四角方管24，也就是说第三角管23和第四角方管24分设于中心定位方管20未连接方管的两棱边外侧；
将连接件1间隔阵列在第三角方管23和中心方管20相对的棱边上、第四角方管24和中心管相对的棱边上；
采用手工氩弧焊的方式对各未焊接固定的连接件1进行定位点固，再调整激光功率和焊接聚焦点距离及位置，焊接时经吹气管通入高纯氦气或氩气，对每件连接件1进行两侧一次单面焊双面成型激光焊，以形成焊缝；激光焊的焊接功率为1900W～3000W，焊接聚焦点距离为185mm～190mm，应当理解的是，聚焦尺寸过低将导致焊缝背面不能焊透，即将将第三角方管23、第四角方管24和中心方管20焊接固定；
重复上述步骤，直到方管的数量达到设计要求。
其中，本实施例中的连接件1为长条的块状结构，所述连接件1两端为支撑段11，两支撑段11通过焊接段12相连，所述焊接段12的截面尺寸小于支撑段11的截面尺寸。能够理解的是，所述连接件1的两端头厚中间段薄，且中间段为有效的焊接段。
进一步的，所述连接件1一相对的两侧设有凹槽，所述凹槽用于容纳方管的一棱边，以使得连接件1能够卡设在两方管相对的棱边上；一方面便于连接件1和方管的装配，另一方面能够增加支撑段11作用在方管上的点位，进一步防止方管收缩变形。
优选的，所述凹槽为弧形凹槽，以使得连接件1侧壁和方管棱边能够完全契合，以提高焊缝的质量和进一步防止方管变形。
具体而言，所述焊接段12的厚度为2.5mm～3.5mm，以确保方管和连接件1有足够的焊接熔深，进而确保乏燃料储存格架满足地震加速度的技术指标要求。
另外结合图6，本实施例所采用的定位框工装包括截面为方形的框体30，所述框体30四侧壁均通过调节螺栓302连接有连接部301，所述连接部301用于连接方管，以通过调节螺栓302调节方管的位置。
本实施例采用长条块状的连接件1连接各方管，能够满足多个方管经若干连接件1连接后，和整体体外形尺寸满足设计要求；本实施例采用先定位点固再通过激光焊单面焊双面成型的激光焊，能够确保焊缝质量，且焊缝质量大大优于氩弧焊；本实施例采用的连接件1上下两端设有支撑段11，严格控制了焊接变形；本实施例的连接件1间隔阵列设置，提高了生产效率和降低劳。
经过测量按照本实施例所记载的焊接烦方法加工生产的乏燃料储存格架尺寸，方管组件的焊接收缩变形在0.2mm以内，方管截面及平面度变形在0.5mm，远优于乏燃料储存格架的技术指标要求；相对于现有的焊接方法，采用本方法焊接的效率为常规焊接方法的10-15倍。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种乏燃料储存格架方管焊接方法，其特征在于，采用连接件（1）进行焊接固定，所述连接件（1）为长条的块状结构，所述连接件（1）两端为支撑段（11），两支撑段（11）通过焊接段（12）相连，所述焊接段（12）的截面尺寸小于支撑段（11）的截面尺寸，还包括以下步骤：
将第一角方管（21）、第二角方管（22）和中心方管（20）通过第一定位框工装（31）进行定位，并使中心方管（20）位于第一角方管（21）和第二角方管（22）的正中间；
将连接件（1）间隔阵列在第一角方管（21）和中心方管（20）相对的棱边上、第二角方管（22）和中心管相对的棱边上；
将第一角方管（21）、第二角方管（22）、中心方管（20）通过焊接连接件（1）固定；
焊接固定后，将第二定位框工装（32）定位在第一角方管（21）和中心方管（20）之间以定位第三角方管（23）、将第三定位框工装（33）定位在第一角方管（21）和中心方管（20）之间以定位第四角方管（24）；
将连接件（1）间隔阵列在第三角方管（23）和中心方管（20）相对的棱边上、第四角方管（24）和中心管相对的棱边上；
将第三角方管（23）、第四角方管（24）和中心方管（20）通过焊接连接件（1）固定；
重复上述步骤，直到方管的数量达到设计要求；
所述定位框工装包括截面为方形的框体（30），所述框体（30）四侧壁均通过调节螺栓（302）连接有连接部（301），所述连接部（301）用于连接方管，以通过调节螺栓（302）调节方管的位置。
2.根据权利要求1所述的乏燃料储存格架方管焊接方法，其特征在于，在焊接时，先对连接件（1）进行定位点固，再对连接件（1）两侧单面焊双面成型激光焊。
3.根据权利要求2所述的乏燃料储存格架方管焊接方法，其特征在于，所述激光焊的功率为1900W～3000W。
4.根据权利要求3所述的乏燃料储存格架方管焊接方法，其特征在于，所述激光焊焊接聚焦点距离为185mm～190mm。
5.根据权利要求1所述的乏燃料储存格架方管焊接方法，其特征在于，方管与连接件（1）的组装间隙为0mm～0.3mm。
6.根据权利要求2所述的乏燃料储存格架方管焊接方法，其特征在于，所述激光焊采用的保护气为纯氦气或纯氩气。
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