[發明專利]一種用于核反應堆堆芯結構釬焊的Zr-Ni釬料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810930338.5
• 申請日: 2018-08-15
• 公開（公告）號: CN108907509B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 張杰;漆秦
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K35/32
• 分類號: B23K35/32;B23K35/14;B23K1/008;B23K1/20;C22C1/02;C22C16/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

一種用于核反應堆堆芯結構釬焊的Zr?Ni釬料及其制備方法和應用，本發明涉及一種Zr?Ni釬料及其制備方法和應用。本發明為了解決現有的用于反應堆Zr4合金結構件釬焊的釬料中Be元素具有劇毒的問題。本發明Zr?Ni釬料按質量比由82％～84％的Zr和余量的Ni制備而成。制備方法：稱取原料并清洗和烘干，然后置于坩堝中；進行電弧熔煉，切割成片，即完成。本發明Zr?Ni釬料與Zr?Be釬料熔點相近，能夠降低釬焊溫度，釬料中Ni元素無毒，更容易加工生產及使用。本發明Zr?Ni釬料適用于焊接Zr4合金。

技術領域

本發明涉及一種Zr-Ni釬料及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，隨著全球經濟的快速發展，煤、石油、天然氣等化石能源大量消耗，由此引起的能源危機已引起廣泛關注。而核能作為安全、清潔、經濟且可以大規模利用的能源形式，在全球范圍內逐漸被認可，為解決能源問題帶來了希望。在過去的幾十年中，各國都在大力發展核電技術，反應堆的結構也在不斷的優化。在目前的水冷反應堆中，Zr4合金是十分重要的堆芯結構材料，它具有熱中子吸收截面小、熱導率高、力學性能適中等優勢，常被用作燃料棒包殼、導向管燃料元件定位支架等。而由于反應堆結構對構件尺寸精度及形狀有著的較高要求，因此常用焊接結構。對于這些的焊接結構，高溫釬焊不僅可以保持其精度要求，并且適合大規模應用，擁有明顯的技術優越性。

在釬焊技術中，釬料的選擇是尤為重要的。對于反應堆中的Zr4合金焊接結構件，通常采用Zr基釬料，目的是使焊縫組織與Zr4合金母材保持相似的耐輻照性及耐腐蝕性。目前廣泛應用于反應堆Zr4合金結構件釬焊的釬料為Zr-Be釬料，其共晶點成分的熔點為965℃，釬焊溫度在1000℃左右。但是由于Be具有劇毒，所以在操作過程中需要特殊的技術，并且Be的脆性較高，對釬料的加工過程及接頭的力學性能也有不利影響。

新型的Zr基釬料也在不斷研發中，如Zr-50Ag釬料、Zr-29Mn釬料、Zr-24Zn釬料等，這幾種釬料具有與母材近似的耐腐蝕性，但是這三種釬料的熔點均高于Zr-Be釬料，所以采用這三種釬料進行釬焊時需要更高的釬焊溫度，分別為Zr-50Ag：1420℃，Zr-29Mn：1280℃，Zr-24Sn：1730℃。過高的釬焊溫度會導致Zr合金晶粒長大，使強度降低和塑性變差。

發明內容

本發明為了解決現有的用于反應堆Zr4合金結構件釬焊的釬料中Be元素具有劇毒的問題，提出一種用于核反應堆堆芯結構釬焊的Zr-Ni釬料及其制備方法和應用。

本發明用于核反應堆堆芯結構釬焊的Zr-Ni釬料按質量百分比由82％～84％的Zr和余量的Ni制備而成。

上述用于核反應堆堆芯結構釬焊的Zr-Ni釬料的制備方法按照以下步驟進行：

一、按照元素的質量百分比稱取82％～84％的金屬Zr和余量的金屬Ni作為原料，原料清洗并烘干，然后置于電弧熔煉爐的銅坩堝中；

所述原料清洗時采用的清洗劑為酒精；

二、電弧熔煉爐洗氣處理；

①、首先將電弧熔煉爐抽真空至(0.9～1)×10^-1Pa，然后通入氬氣至真空度為0.9～1MPa；

②、重復步驟①操作2～4次，最后通入氬氣至真空度為4.5～5MPa；

三、進行電弧熔煉3～4次，在電弧熔煉過程中進行磁力攪拌，得到釬料合金鑄錠，最后將釬料合金鑄切割成片并用砂紙打磨，即得到釬料片；所述砂紙為600#砂紙；

所述電弧熔煉時的電流190～200A，每次熔煉時間為30～40s；

上述用于核反應堆堆芯結構釬焊的Zr-Ni釬料在Zr4合金焊接中的應用；

所述用于核反應堆堆芯結構釬焊的Zr-Ni釬料焊接Zr4合金的方法具體按照以下步驟進行：