核反應(yīng)堆控制棒焊接裂紋的形成機(jī)理及工藝控制

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1、ｗ分類(lèi)號(hào)ＴＧ４０１密級(jí)公開(kāi)ＵＤＣ６２０學(xué)校代碼１０５５５義＠？義考拿碩±學(xué)位論文安全工程碩壬核反應(yīng)堆控制棒焊接裂紋的形成機(jī)理及王芭控制研究生姓名：鐘福波指導(dǎo)教師、職稱(chēng)：李廣悅教授合作導(dǎo)師、職稱(chēng)：鄧倡義研高專(zhuān)業(yè)學(xué)位類(lèi)別（領(lǐng)域）：安全工程研究方向：核設(shè)施安全所在學(xué)院；環(huán)境保護(hù)與安全工程學(xué)院２０１５年１２月－＇－．＇、三＿＇部；ｉ＇卻邊己．一繁Ｖ義＃義拿論文題目：核反應(yīng)堆控制椿短接裂紋的形成祈理及工藝控制論文作者簽名：指導(dǎo)教師簽

2、名：考褲論文評(píng)閱人１：別斬韋２：／評(píng)閱人睪氣或評(píng)閱人３；答辯委員會(huì)主席：聾委員１；苗柄扣、２；委員叫養(yǎng)哮委員３：分；如於委員４弓５；委員委員６：２月６日答辯日期：２０１５年１南華大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研巧工作及所取得的研。盡我所知，論文不包含其他人己經(jīng)巧成果，除了論文中特別加標(biāo)往和致謝的地方外發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得南華大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。。與我共同工作過(guò)的同志對(duì)本

3、研究所做的貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說(shuō)明本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。＇作者簽名冷度日氣暮南華大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授巧書(shū)本學(xué)位論文是本人在南華大學(xué)攻讀碩±學(xué)位期間在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的學(xué)位論文。本論文的研巧成果歸南華大學(xué)所有，本論文的研巧內(nèi)容不得其它單位的名義發(fā)表。本人同意南華大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即；學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？桑蓿蓿薰紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可＾采用復(fù)印、縮?。崳妼W(xué)或其它手段保留學(xué)位論文；學(xué)?？筛鶕?jù)國(guó)家或湖南省有關(guān)部口規(guī)定送交學(xué)位論文。同意校將論文加入《中

4、國(guó)優(yōu)秀博碩±學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》，并按《中國(guó)優(yōu)秀博碩±學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)出版章程》規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。同意授權(quán)中國(guó)科學(xué)信息技術(shù)研究所將本學(xué)對(duì)位于論文收錄到《中國(guó)學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向化會(huì)公眾提供信息服務(wù)。涉密的學(xué)位論文，解密后適用該授權(quán)。＇作者簽名餐扳月日導(dǎo)師簽名：年１２月９日ｆ／?。崳姾朔磻?yīng)堆控制棒焊接裂紋的形成機(jī)理及工藝控制摘要：控制棒組件是核電站反應(yīng)堆內(nèi)的核心構(gòu)件，通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)控制棒插入燃料組件的不同深度來(lái)控制反應(yīng)堆的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)劇烈程度，從而控制反應(yīng)堆的輸出功率?？刂瓢羰菍y銦鎘芯體裝入薄壁不銹鋼包殼管（0Cr18

5、Ni10Ti）中，通過(guò)上下端塞環(huán)縫焊接而成。由于控制棒組件在堆內(nèi)的設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)間為10至15年，其質(zhì)量對(duì)反應(yīng)堆的安全性和經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。在控制棒組件制造過(guò)程中，薄壁不銹鋼管與端塞焊接極易出現(xiàn)裂紋缺陷，給控制棒在核電站反應(yīng)堆內(nèi)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)重大安全隱患，導(dǎo)致意外停堆或反應(yīng)堆內(nèi)燃料組件大面積破損，帶來(lái)極其嚴(yán)重的后果。因此，在控制棒技術(shù)條件中明確規(guī)定焊縫中不允許存在裂紋缺陷。為了保證控制棒組件的制造質(zhì)量，本文采用氬氣流動(dòng)保護(hù)TIG焊接設(shè)備，通過(guò)對(duì)奧氏體不銹鋼焊接接頭宏觀(guān)形貌觀(guān)察、金相組織和掃描電鏡微觀(guān)組織分析，系統(tǒng)分析了包殼管與端塞配合、焊接設(shè)備特性、焊前焊后熱處

6、理、焊接工藝參數(shù)、焊縫氧化物及雜質(zhì)、焊縫成形系數(shù)等對(duì)焊接裂紋的影響，對(duì)焊接裂紋，尤其是液化裂紋和結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理進(jìn)行了探討，采取焊接工藝綜合控制措施，有效避免了焊接裂紋的產(chǎn)生。研究表明，改變包殼管與端塞的配合尺寸，使包殼管與端塞處于間隙配合狀態(tài)，可在一定程度上減少焊接裂紋的產(chǎn)生，改變焊接熱輸入可以減少焊接裂紋的產(chǎn)生，采用焊前預(yù)熱并焊后保溫的方式不能減少裂紋產(chǎn)生。通過(guò)對(duì)包殼管管口進(jìn)行打磨處理，增加焊接電流峰值、減小焊接電流基值，增大焊接轉(zhuǎn)速，減小電極錐度、對(duì)電極尖端進(jìn)行打磨去除變?yōu)殄F臺(tái)形，改變包殼管與端塞配合間隙的大小，采用不同焊接設(shè)備等等進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)

7、，結(jié)果表明，這些常規(guī)的焊接工藝改進(jìn)措施可降低裂紋產(chǎn)生概率，但不能從根本上解決焊縫裂紋問(wèn)題。綜合分析結(jié)果表明，焊接裂紋產(chǎn)生的根源在于焊縫熔深過(guò)大，熔化區(qū)突破了端塞配合面，該配合面的焊縫金屬V在包殼管及端塞的相互應(yīng)力作用下，由于界面層的脆性在該配合面形成啟裂點(diǎn)（熱裂紋），引發(fā)冷裂紋并擴(kuò)展而形成的?；趯?duì)焊接裂紋形成機(jī)理的分析結(jié)果，提出了焊縫裂紋的綜合控制方法：合理控制焊接電流的大小，并與電極錐度及錐臺(tái)尺寸進(jìn)行合理搭配，同時(shí)包殼管與端塞采用間隙配合，有效控制了焊接熔合區(qū)的深度，避免啟裂點(diǎn)的產(chǎn)生，從而有效防止了焊縫裂紋的產(chǎn)生，并成功應(yīng)用于控制棒批量生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：控

8、制棒；薄壁不銹鋼管；焊接；熱裂紋；冷裂紋VIFormationme