[發明專利]一種核反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝

有效

• 申請號: 201410716228.0
• 申請日: 2014-12-02
• 公開（公告）號: CN104588811A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 楊軍;王飛;朱金霞;薛敬凱;羅緒珍;王建;馬勇哲;劉曉榮
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: B23K1/20
• 分類號: B23K1/20
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 劉哲源

技術領域

本發明涉及核動力裝備焊接技術領域，尤其涉及一種核反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝。

背景技術

鋯合金與不銹鋼過渡接頭是反應堆燃料包殼實驗裝置中鋯合金燃料包殼管和不銹鋼電加熱元件套管連接用結構件。該實驗裝置模擬核反應堆堆內運行狀態，考驗燃料元件在正常運行和事故工況下燃料包殼材料的各種狀態。過渡接頭結構件為管狀結構，長度為100mm，外徑為￠10mm～￠12mm，內徑為￠6mm，由鋯合金和不銹鋼通過焊接而成（請參考附圖1）。鋯合金與不銹鋼焊接性能很差，主要有兩方面原因：（1）脆性金屬間化合物的形成，使得接頭機械強度和耐腐蝕性能降低。（2）兩種材料熱膨脹系數相差很大，連接后會造成很大的熱應力。目前，真空釬焊和中間添加過渡層的爆炸焊和真空擴散焊等可以獲得綜合性能比較好的過渡接頭。文獻《Hard-Soldering?Method，Particularly?for?Joining?Nuclear-Reactor?Components》采用銀基釬料硬釬焊工藝進行鋯合金與不銹鋼釬焊連接。為了減少釬焊區域脆性金屬間化合物形成提高結構件性能，通過在鋯合金母材上預先涂上釬料，然后加熱不銹鋼，再將處于冷態的鋯合金放在不銹鋼上，利用不銹鋼自身的熱傳輸進行鋯合金與不銹鋼釬焊連接，釬焊時間控制在1~2?秒。通過控制釬焊時間，減少釬焊區域脆性金屬化合物形成。板形結構單元應施加1~4Kg的壓力，管-管結構單元利用不銹鋼與鋯合金線膨脹系數差異進行約束。文獻《Zirconium?Brazing?System》采用不添加鈷的不銹鋼-鋯釬料進行堆內鋯合金燃料組件套管與不銹鋼支撐架釬焊，釬焊溫度約為1150℃。文獻《鋯合金與不銹鋼連接技術》指出用銀、銀-銦和鋯-鈹5%釬料進行鋯合金與不銹鋼釬焊，可以獲得具有一定強度的接頭。

從目前公開的文獻來看，鋯合金與不銹鋼釬焊主要問題是釬料與鋯合金母材過合金化造成的溶蝕問題和母材晶粒長大問題。因為鋯合金活性很好，可同大多數熔化的釬料發生過合金化，導致釬料對基體母材的溶蝕，并且隨著釬焊時間加長，溶蝕加劇。采用銀、銀-銦和鋯-鈹5%進行鋯合金與不銹鋼釬焊，接頭的抗高溫水腐蝕性能差，韌性普遍比較低，這是因為在釬焊區域形成了脆性相。另外含鈹的釬料，由于劇毒對人體危害巨大，使用時需要有可靠的防護措施。采用不銹鋼-鋯釬料釬焊，由于釬焊溫度達到了1150℃，會出現鋯合金母材相變晶粒長大現象，導致結構件性能下降。

綜上所述，本申請發明人在實現本申請實施例中發明技術方案的過程中，發現上述技術至少存在如下技術問題：

在現有技術中，由于鋯合金活性很好，可同大多數熔化的釬料發生過合金化，導致釬料對基體母材的溶蝕，并且隨著釬焊時間加長，溶蝕加劇，采用銀、銀-銦和鋯-鈹5%進行鋯合金與不銹鋼釬焊，接頭的抗高溫水腐蝕性能差，韌性普遍比較低，這是因為在釬焊區域形成了脆性相，另外含鈹的釬料，由于劇毒對人體危害巨大，使用時需要有可靠的防護措施，采用不銹鋼-鋯釬料釬焊，由于釬焊溫度達到了1150℃，會出現鋯合金母材相變晶粒長大現象，導致結構件性能下降，所以，現有技術中的反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝存在釬料對基體母材的溶蝕，并且隨著釬焊時間加長，溶蝕加劇，接頭的抗高溫水腐蝕性能差，韌性普遍比較低，且采用含鈹的釬料對人體危害較大，以及會出現鋯合金母材相變晶粒長大現象，導致結構件性能下降的技術問題。

發明內容

本發明提供了一種核反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝，解決了現有技術中的反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝存在釬料對基體母材的溶蝕，并且隨著釬焊時間加長，溶蝕加劇，接頭的抗高溫水腐蝕性能差，韌性普遍比較低，且采用含鈹的釬料對人體危害較大，以及會出現鋯合金母材相變晶粒長大現象，導致結構件性能下降的技術問題，實現了釬料不會對基體母材進行溶蝕，接頭的抗高溫水腐蝕性能好，韌性較高，且沒有采用含鈹的釬料對人體危害較小，不會出現鋯合金母材相變晶粒長大現象，結構件性能較好的技術效果。

為解決上述技術問題，本申請實施例提供了一種核反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝，所述工藝包括：

首先，進行鋯合金單元和不銹鋼單元的結構設計；

然后，進行所述鋯合金單元表面改性處理；

然后，將所述鋯合金單元和所述不銹鋼單元進行清洗組裝；

然后，將組裝好后的部件進行低溫預處理；

最后，將低溫預處理后的部件進行釬焊。

進一步的，所述工藝步驟在釬焊后還包括：

將釬焊后的部件進行性能檢測；

將性能檢測后的部件進行成品加工。