浅谈次组件坡口损伤

金国权 卢正艳

【摘 要】在重水堆核燃料棒束制造过程中，切定长后次组件坡口质量情况一直是关注的重点之一。如何减少次组件坡口损伤情况的出现，是一项可持续研究的课题。本文简要介绍了次组件坡口损伤情况产生的主要原因，并明确了次组件坡口损伤对端塞焊接的影响是不利的。为了尽可能的减少这些不利影响因素，结合生产实际情况制定一系列措施，从而减少次组件坡口损伤现象的产生，进一步保证端塞焊接后的产品质量。

【关键词】坡口损伤；端塞焊接；产品质量

一、前言

中核北方核燃料元件有限公司重水堆核燃料元件厂是我国第一座重水堆核燃料元件厂，采用当前国际先进工艺技术和装备，该厂年产200吨燃料元件，为秦山核电有限公司两座重水堆核电站提供国产燃料元件，质量达到了国际先进水平。

在反应堆中，燃料棒内的燃料芯块不允许同冷却剂直接接触，高放射性的裂变产物也不允许泄露到冷却剂回路中去。而次组件与两端塞的密封焊接焊缝质量的好坏，是直接影响燃料棒在反应堆内是否存在破损情况的重要因素之一。而在端塞焊接质量的影响因素当中，次组件出现坡口损伤会对端塞焊接产生不利的影响。

因此，在重水堆核燃料元件的生产过程中，端塞焊接是一道重要的工艺过程，在重水堆核燃料棒制造中一直备受关注，保证次组件坡口质量至关重要。

二、次组件坡口介绍

清理切定长是为端塞焊接做准备。是将石墨固化后的次组件在清理工位先去除两端外表面距管端部至少9mm的氧化层，以利于端塞焊接工艺过程中套瓜与次组件结合面的导电性，然后待次组件在切定长工位将管壁加工成“V”的形状，在次组件的管端面形成120°的坡口。加工时，固定在动力刀旋转刀盘上的切削刀头高速旋转，同时沿已被压紧的次组件轴线方向进给，完成次组件两端口的坡口加工。

三、次组件坡口质量对端塞焊接的影响

为了控制焊瘤形状，以保证焊接的强度，次组件端塞焊接采用坡口焊缝。采用坡口焊接的主要目的是为了保证接头能焊透而不出现工艺缺陷。在设计或选择坡口焊缝时，必须注意实施焊接的可达性，其中主要考虑坡口角度、根部间隙、钝边和根部半径等参数。坡口太大会造成熔敷金属太多，热影响区加大，增加内应力焊接变形，或者造成裂纹，另外也会浪费资源，浪费时间。坡口太小会造成未焊透。经过多次的试验结果验证清理切定长后的次组件在锆管的端口形成120°的坡口所达到的焊接效果最好。

但是如果次组件在端塞焊接之前出现坡口损伤，对于保证端塞焊接质量是非常不利的。一方面，次组件有坡口损伤的位置在端塞焊接时电流分布不均匀，焊接热量受到影响，焊接质量难以保证。当次组件坡口损伤较为严重的情况下，在焊接之前的氦气吹扫环节，可能在坡口损伤位置存在漏气现象，导致管内氦气含量不足。另一方面，次组件管口出现坡口损伤时，在损伤的位置很容易沾污石墨粉尘、UO2粉尘或挂上手套的细毛等情况，使焊接面存在夹杂，从而更容易导致焊接缺陷的产生。目前，端塞焊接后对产品的检验方式为按照国标随机抽样，进行金相检验，检验后的产品将不再继续投入使用。如果检验产品的焊缝处有缺陷时，抽取的样本量大大增加，成品率大幅度下降，经济损失惨重。

次组件坡口完好

次组件坡口损伤

次组件坡口挂上手套细毛

四、次组件坡口损伤的原因分析

通过在生产过程中的长期排查，确定出次组件出现坡口损伤主要有以下四种情况所致：

1.加工过程中，因切刀调整或磨损等原因导致加工出来次组件坡口形状不好。

2.在加工过程中，车下来的废锆屑夹在刀具和管口之间，对其造成坡口损伤。

3.在芯块装管的过程中，导向套与管口对位不正或过渡套磨损严重，对坡口保护不好，都可能造成坡口损伤。

4.在次组件移动搬运过程中的磕碰导致出现坡口损伤。

五、采取的有效措施

为了尽可能的避免出现坡口损伤，釆取如下措施：

1、定期检查刀具，发现异常及时调整或更换刀具，每把刀具使用两个星期（约加工2万根管）强制换刀，以保证加工过程中坡口的完好。

2.提升岗位操作人员质量意识，班前对刀具检查，生产时要关注刀具上是否有缠锆屑现象，发现异常及时解决。

3、每周检查定位槽与导向槽的同轴情况。并定期检查过渡套磨损情况，发现磨损及时更换。

4、次组件在箱内尽可能居中盛放，不要靠向一边。在搬运次组件箱时，要轻拿轻放，保持水平，避免坡口碰撞或污染。

5.新開发一种端塞焊接前坡口检测元件，应用在端塞焊接之前工位。此软件具有自动对焦、拍照、图片保存等功能。通过预先编辑好的算法，来自动判别是否存在坡口损伤或异物沾污等情况。该软件具有拍照和计算时间短，判断准确等特点。既不影响生产节拍，又能保证在端塞焊接之前100%检验坡口。这种将质量控制点前移，端塞焊接后的产品质量更加有保证。

6.质量保证人员每周对次组件坡口情况抽查检验两次，每次随机抽取一箱次组件，分别在切定长后和端塞焊接前人工对坡口情况进行检查，发现问题及时解决，并全面系统的分析，找出根本原因。

7、必须保证次组件坡口的洁净度，盛放次组件的容器要保证一尘不染。在拿放次组件时，尽可能避免接触焊接清理区及坡口，防止污染。

8、此外，石墨涂层质量和芯块洁净度也非常关键。减小次组件坡口石墨堆积、保证石墨涂层附着性能和保证芯块清洗后表面洁净度等，也是减少焊接过程中焊接面存在夹杂的关键控制环节。

六、结论

综上所述，通过对次组件坡口损伤的研究与实践，对端塞焊接质量控制起到了显著的成效，达到了良好的效果。这种由原来的“事后把关”，到目前的“事前预防，事后把关”的方式，中核北方核燃料元件有限公司重水堆元件厂端塞焊接后的产品更加有保障，产品质量稳定，产品的合格率得到了有效的提升。

【参考文献】

【1】张洪国.次组件坡口损伤方法探究【J】.科学与技术，2017，（2）：31-32.