核电站燃料棒制造中的电子束焊接

欧美等国在燃料棒制造中大都采用TIG法,而我国则采用了电子束焊接方法。电子束焊是一种在高真空中进行的机械熔化焊方法,特别适用于燃料棒的焊接。目前生产中使用了两种专用真空电子束焊机。ES1-2型焊机,它采用自动焊接夹具,在真空中完成上料—焊接—冷却—下料,每次100根。HD-60型焊机,它仅将焊接处局部密封在真空室中,该机的动作和参数均由计算机控制。燃料棒电子束焊接中出现的成形差是由电子束焦点畸变,飞溅,灯丝老化等造成,采用对中电子枪,电子束扫描,选择合理规范来解决;未焊透是由焦点功率密度变化所致,采用调整焦点大小及位置,或改进接头结构,提高加速电压来消除;气孔产生的原因较特殊,可能是飞溅,表面清洁度,配合间隙中残留气体等引起,一般采用严格清洗工件,电子束扫描或改进端塞结构等措施来避免。     

燃料棒真空电子束焊机

燃料棒真空电子束焊机能对两种规格的燃料棒进行环焊，其一次性装料量大，焊接速度快，自动化程度高；本文对设备（机械部分）的结构和工作过程作了详细介绍，对设备的主要部件和系统进行了分析和研究。     

AFA 3G燃料棒下端塞电子束焊产生气胀的分析

宜宾核燃料元件厂在AFA 3G燃料棒首次产品合格性鉴定中发现，大批下端环缝焊产生了气胀的焊接缺陷。本文分析了产生气胀缺陷的原因，并介绍了针对其原因进行的各种试验。结果表明，改变焊接参数，即提高焊接速度和适当控制电子束流强度，是解决燃料棒焊接气胀缺陷的最好途径。     

电子束焊缝自动跟踪系统设计

叙述了一种用于局部真空电子束圆形焊缝的自动跟踪系统的设计和试验过程。在局部真空电子束焊接精密结构件的圆形法兰焊缝时，由于加工偏差、工装累计误差等原因，出现电子枪回转中心与焊缝圆心不同心现象。使用本控制系统，使转台在起始位置时，用小束流电子束对准工件扫描，利用电子束在焊缝上和在工件上产生的二次电子数量不同而检测出焊缝起始点位置。利用相同工作原理，再用小束流对整条圆焊缝进行扫描，并由计算机实时记录整个圆形焊缝上各点与扫描线圈电流过零时电子束束斑间的偏差值，完成一个示教过程；然后由计算机处理与分析所获取的数据并存贮；在焊接时利用处理后的偏差值在圆形焊缝相应位置不断修正电子枪的位置，从而达到电子束束斑与焊缝自动对中的目的。     

法兰环缝局部真空电子束焊接技术研究

叙述了局部真空电子束焊接的特点及其在国防工业和民用工业的应用前景，叙述了国内外局部真空电子束焊接的发展状况，介绍了自行研制的法兰环缝局部真空电子束焊接装置和它的主要技术指标，以及该设备研制已突破的关键技术。     

真空电子束焊接对锆合金耐腐蚀性能的影响

用真空电子束焊接方法将Zr-4板对接焊后，焊缝的耐腐蚀性能很差，在400℃过热水蒸汽中腐蚀3—14天后，焊接熔化区的表面形成了白色的氧化膜。用电子探针研究了熔区中合金成分的变化和耐腐蚀性能间的关系，锆果表明：熔区中Sn、Fe和Cr合金元素的挥发损耗是造成耐腐蚀性能变差的主要原因，当采用合金成分高于Zr-4的锆合金板与Zr-4板对接焊后，可以补偿熔区中合金元素因挥发而造成的损耗，明显改善焊缝熔区的耐腐蚀性能；若在锆合金中添加0．4％—0．5％的Nb，使熔区中形成新的锆合金，特有益于改善焊缝的耐腐蚀性能．但焊接后的样品应在500—600℃进行退火处理，使添加Nb后形成的βZr分解为稳定的αZr βNb，以进一步改善焊缝的耐腐蚀性能。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的真空电子束焊接

针对SiCp/6061Al型复合材料进行了真空电子束焊接的初步探讨.试验结果表明:电子束电流越大,熔深越深;焊接速度越快,熔深越小;焊接过程中SiC颗粒会与液态铝发生界面反应,生成脆相Al4C3;镁元素的气化易导致焊缝气孔的生成.     

Zr-4合金定位格架电子束焊接工艺研究

介绍了应用真空电子束焊接方法对Zr-4合金定位格架进行的焊接工艺研究。通过焊接工艺试验,焊缝组织的金相检验,X射线探伤对焊缝缺陷的检验,选出了满足设计要求的焊接工艺。结果表明Zr-4合金定位格架应用真空电子束焊接是可行的。     

Zr-4合金定位格架电子束焊接工艺研究

介绍了应用真空电子束焊接方法对Zr-4合金定位格架进行的焊接工艺研究。通过焊接工艺试验,焊缝组织的金相检验,X射线探伤对焊缝缺陷的检验,选出了满足设计要求的焊接工艺。结果表明Zr-4合金定位格架应用真空电子束焊接是可行的。     

燃料棒电子束环焊缝试样腐蚀后产生蓝色氧化膜环的机理

燃料棒电子束焊接试样腐蚀后,在近环焊缝区会出现蓝色氧化膜环现象。研究了蓝色环氧化膜的 微观结构和形貌,测量了表面膜厚度和成分。用常规腐蚀法、加速腐蚀法和离子注入法研究了蓝色氧化 膜环处的抗腐蚀性能。试验表明:近环焊缝区已形成蓝色环后并不影响该处锆合金在继续腐蚀时的抗 腐蚀性能,也不影响燃料棒整体的抗腐蚀性能。根据实验结果提出了蓝色氧化膜环的产生机理和消除措施,并在大规模生产中得到了验证。     

不锈钢管-管对接电子束焊接工艺

针对稳压器的电加热元件00Cr17Ni14Mo2不锈钢管((22 mm×2.5 mm)的I型坡口对接结构,采用上聚焦方式的电子束焊接工艺,解决了焊缝内凸和表面塌陷的成型问题,实现了该结构的单面焊双面成型焊接.试件按法国RCC-M规范进行外观尺寸检测、液体渗透检测、X射线检测、拉伸试验、弯曲试验、金相检测、铁素体含量测定及晶间腐蚀试验,未见任何缺陷,各项性能均满足技术条件要求.     

百万千瓦级压水堆核电站燃料棒制造工艺

对百万千瓦级压水堆核电站燃料棒的结构特点、技术特性进行了描述,并对该类型燃料棒的主要制造工艺包括电子束焊接、压力电阻焊接、燃料芯块装管等进行论述和分析,最后对该元件的国产化提出意见和建议。     

钛合金管板电子束焊接熔深控制工艺研究

针对(37)8 mm×1.5 mm的钛合金管板密排结构,采用电子束焊接方法进行焊接。通过采用高、低速对比焊接钛合金试板,解决了焊缝深宽比控制技术难题。通过采用电子束重复高速偏转圆扫描,解决了焊缝熔深大于2倍管壁厚的技术难题。试件按专用技术要求进行金相检测、超声波检测熔深、拉伸试验、晶间腐蚀试验、硬度测试等,各项性能均满足专用技术条件要求。     

“华龙一号”示范工程控制棒驱动机构Ω密封环焊接工艺评定

在对“华龙一号”示范工程控制棒驱动机构Ω密封环的焊接工艺进行评定时,出现了焊缝背面未熔合和未焊透、焊缝正面波纹状焊纹、填充环变形、焊机故障频发等问题。通过对问题原因进行分析、采取修正焊接参数、焊机设计改进等措施,完善了焊接工艺,保证了后续现场Ω密封环产品焊缝的焊接质量,为后续“华龙一号”机组Ω密封环焊缝的焊接提供了一些参考和借鉴。     

铍环电子束焊接温度场和应力场的有限元分析

采用ADINA/ADINAT对铍环电子束焊接过程的温度场和应力场进行了有限元分析 ,结果表明 :铍环焊接过程中焊缝外表面最高温度达 2 73 4℃ ,内表面最高温度仅 3 78℃ ,位于外止口铍钚一侧 ;铍环电子束焊接后 ,在焊缝附近 2 0mm范围内焊接残余应力较大 ,焊缝处于复杂的三维应力状态 ,焊缝根部的残余应力达到最大 ;内外止口铍环由于结构差异 ,焊接残余应力分布并不完全相同。     

热处理对含Nb锆合金焊接试样显微组织和耐腐蚀性能的影响

用真空电子束焊接方法将Zr-1.88Sn-0.35Fe-0.52Nb合金板与Zr-4板对接焊的样品,在400C、10.3MPa过热水蒸汽中腐蚀165d后,用光学显微镜从样品横截面上测量了焊接面和其背面不同部位的氧化膜厚度,并用透射电镜观察了不同部位锆合金的显微组织。结果表明:焊接样品经过500C退火处理,耐腐蚀性能明显提高,在相同的熔区和热影响区(含Nb侧)内,经过退火和未经退火的样品表面氧化膜的厚度相差10-20倍;焊接冷却时形成的bZr在退火时分解为aZr bNb是提高耐腐蚀性能的主要原因;焊接样品经过500C-1.5h退火处理后,熔区的耐腐蚀性能非常优良,在400C过热蒸汽中腐蚀165d后,氧化膜厚度未超过2mm,折算为腐蚀增重只有30mg·dm-2。根据电子探针的分析结果,熔区中的成分大约是Zr-1.2Sn-0.25Nb-0.25Fe-0.02Cr。     

小型静态CT用多焦点X射线源电子束偏转系统研究

第5代全静态电子束CT（EBCT）能在被检测物体、射线源和探测器均处于静止状态下完成CT扫描成像。这种EBCT成像方式既可应用于粉体材料、生物活体样品等易形变物体的CT检测,又可应用于物流包裹、在役管线等的快速CT检测。高精度的电子束偏转系统是静态CT成像多焦点射线源的关键技术之一。本文基于麦克斯韦电磁场相互作用理论,探讨了电子束在均匀磁场、小偏转角、近轴区域内的散焦、畸变及灵敏度特性,研究了影响电子束扫描系统焦点位置重复精度的物理参数及电子束在靶平面上的扫描偏转量与偏转线圈电流的线性关系。并设计、加工制作了一种小型高精度多焦点X射线的电子束偏转扫描系统,实验采用直径0.1 mm标准针规电子束扫描DR投影图像序列,验证了电子束偏转系统有良好的偏转线性,偏转量正比于O点的磁场强度,而与电子束的位置等初始条件无关。实验通过电子束偏转系统控制电子束偏转扫描,获得了熔断式保险管（Ø100 μm）的250个 X 射线视角投影,完成了第5代全静态三维CT重建图像。     

TC4钛合金焊后电子束局部热处理及焊接残余应力测试研究

针对TC4钛合金通过电子束焊后局部热处理工艺来改善接头的性能,采用X射线法对电子束局部热处理后焊接残余应力的分布趋势进行了测试研究.试验结果表明:经电子束局部热处理后,TC4钛合金焊缝区马氏体晶粒组织得到细化;同时上表面接头残余应力的分布得到改善.     

85Kr测厚源制备及焊接性能分析

为保证⁸⁵Kr测厚源的密封质量,通过⁸⁵Kr测厚源结构设计、焊接工艺参数优化,制备合格的⁸⁵Kr测厚源。铜管与壳体的连接采用真空钎焊工艺,钎焊温度约900 ℃,时间约30 min;源窗与壳体的连接采用电子束焊工艺,焊接电流7 mA,焊接转速13 mm/s;源后盖与壳体的连接采用激光焊工艺,焊接功率180~185 W,焊接速度2 mm/s。测厚源检验结果表明,所制备的85Kr测厚源,氦质谱检漏结果小于1.0×10^-9 Pa·m³·s^-1,放射性气体检验不超过4 kBq/24 h,符合GB/T 15849—1995中“其他射气检验方法”要求。金相实验结果表明,采用优化参数试样的焊缝中未发现明显的裂纹、未焊透、未熔合等缺陷,最大焊接熔深约0.73 mm。     

试样重组技术应用现状分析

详细介绍了国内外已有的试样重组案例,归纳了电弧焊、电子束焊、激光焊、表面激活焊的工艺流程及特点,对比分析了各焊接方法的优劣势。列举了重组过程中及重组后试样的质量证明方法。介绍试样重组技术在核电工程中的应用,分析了国内开展此项业务的现有条件、与国际先进水平的差距及努力提升的方向。分析表明:电弧焊、电子束焊试样重组应用最为广泛,激光焊适合于各种类型试样的重组。