中核北方核燃料元件有限公司 内蒙古 包头014035
摘要:格架是核燃料组件的关键部件,钎焊格架是核燃料组件多种类型格架中的一种,且组件对该类型格架的强度要求较高,在实际生产制造过程中,需要采用钎料涂覆工艺。作为钎焊格架制造过程中重要环节之一,其中关键工艺参数钎料配比、涂覆速度、涂覆长度、涂覆压力等对涂覆钎料的量及钎焊热处理后的焊缝有重要影响,通过钎料涂覆工艺试验,对影响钎料涂覆量的相关工艺参数进行试验、分析,优化工艺,使钎焊格架强度满足产品技术要求。
关键词:钎料涂覆;钎焊;热处理
0引言
格架在核燃料组件中起着支撑和夹持燃料棒的作用,格架的焊接质量对组件的性能有着很大影响。一种核燃料组件中的格架,在制造过程中包括多种焊接工艺,而格架钎焊焊接工艺是其中重要的焊接工艺之一。钎焊格架制造过程包括多种工艺,钎料涂覆工艺是该生产线工艺之一,也是钎焊格架制造过程中重要环节。钎料涂覆的质量影响着焊缝的质量,要确保钎料涂覆的均匀性和一致性。每个格架有1056条焊缝需要涂覆,为了保证钎料涂覆的质量,目前钎料涂覆采用机器人进行自动涂覆,将钎料均匀涂覆在每条焊缝处。钎料涂覆的质量与钎料的配比、涂覆速度、涂覆长度、涂覆压力相关,通过钎料配比试验和钎料涂覆试验,制定工艺试验方案,确定工艺参数范围,再结合钎焊热处理工艺,调整涂覆工艺参数,优化工艺参数范围,确保涂覆质量满足要求。
1 钎料配比试验
格架涂覆钎料目前采用的是镍基钎料,将钎料与去离子水进行混合配比,钎料与去离子水的配比影响着钎料的流动性,如果钎料配置太稀,涂覆钎料过程中钎料会流出焊缝,造成焊缝处的钎料减少和钎料的浪费;如果钎料配置太稠,涂覆钎料时,出料困难,出现焊缝处无钎料或钎料不连续的现象。针对此情况,将钎料与去离子水以不同比例进行配比,并进行流动性测试,对其进行分析并优化。钎料与去离子水的配比比例及试验结果见表1。
表1 钎料与去离子水比例及试验结果
序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
钎料与水比例(质量比) | 100:3.5 | 100:3 | 100:2.8 | 100:2.6 | 100:2.3 | 100:2 | 100:1.5 |
试验结果 | 太稀 | 比较稀 | 较好 | 较好 | 较好 | 比较稠 | 太稠 |
将钎料与去离子水以表1中的比例进行配比后,以相同的涂覆压力和时间,涂覆相同的长度后,进行钎料流动性对比,经多次试验,观察发现,钎料与去离子水比例在(100:2.3)~(100:2.8)范围内流动性较好,最终确定适合涂覆的钎料配比范围。
2 钎料涂覆试验及优化
2.1产品焊缝结构特点
格架中需要完成钎料涂覆的栅元为264个,每个栅元4条焊缝,共1056条焊缝需要涂覆钎料,若采用手工涂覆,无法定量控制,很难保证涂覆的均匀性和一致性,需采用机器人来自动完成,以确保钎料涂覆质量。
2.2钎料涂覆试验影响因素
目前使用的涂覆机器人在进行钎料自动涂覆时,主要包括涂覆长度、涂覆速度、涂覆压力三个因素,三个因素分别影响钎料涂覆的量,同时也共同影响着涂覆的钎料是否均匀,从而影响着钎焊后焊缝的质量。为了保证格架钎料的涂覆质量,需对以上影响因素进行多次试验,确定钎料涂覆参数范围。
2.3钎料涂覆试验方案
首先选择合适的钎料配比将钎料与去离子水混合,然后对格架进行不同参数组合的涂覆试验。
通过实际钎料涂覆过程分析,钎料自动涂覆质量主要与涂覆长度、涂覆速度、涂覆压力有关,将涂覆长度、涂覆速度、涂覆压力三因素分别用A、B、C表示,其最大值和最小值称为二水平,针对三个因素二水平(设定见表2)进行正交试验,正交试验表见表3。
表2 三因素二水平设定
试验水平设定 | 涂覆长度A(mm) | 涂覆速度B(%) | 涂覆压力C(Mpa) |
最大值 | 10 | 100 | 0.45 |
最小值 | 4 | 80 | 0.3 |
表3 正交试验表
试验号 | 涂覆长度A(mm) | 涂覆速度B(%) | 涂覆压力C(Mpa) |
1 | 10 | 100 | 0.45 |
2 | 10 | 100 | 0.3 |
3 | 10 | 80 | 0.45 |
4 | 10 | 80 | 0.3 |
5 | 4 | 100 | 0.45 |
6 | 4 | 100 | 0.3 |
7 | 4 | 80 | 0.45 |
8 | 4 | 80 | 0.3 |
2.4试验结果及分析
通过正交试验表格中的参数组合,对格架焊缝进行多次自动涂覆试验,涂覆完成后对外观进行观察和分析,调整试验参数并优化,对其涂覆效果进行评价:
1)焊缝处的钎料连续、均匀一致,无漏涂,无堆积;
2)初步确定钎料涂覆效果完好的参数范围。
2.5钎料涂覆工艺参数优化
采用初步确定好的涂覆参数范围,将格架涂覆完成后,进行钎焊热处理试验,热处理完成后,进行焊缝外观和性能的检测,确定优化后的涂覆工艺参数范围。热处理后的焊缝应满足如下要求:
1)焊缝无裂纹、漏焊、堆积;
2)焊缝的力学性能满足设计要求。
优化涂覆工艺参数后,开展了钎焊格架试验件小批量的研制,其焊缝外观和力学性能均满足钎焊格架设计预期要求。
3 结论
1)确定了钎料与去离子水的配比比例范围。
2)确定了确保焊缝质量的钎料涂覆参数范围,钎料涂覆均匀一致;钎焊热处理后,焊缝外观完好,无漏焊,无堆积,力学性能满足要求,完成试验件的研制。
参考文献:
[1] 孟子鸣,压气机扇形组件高粘度钎料涂覆技术研究,2021年09期
[2] 罗运芬,小直径薄带蜂窝零件的钎焊工艺研究,内燃机与配件,2022年05期
[3] 李悦霖,钎焊技术在航空领域的应用与发展,航空维修与工程,2019年03期