[發(fā)明專利]一種半氣室氬弧熔鑄銅絞線電極頭成型裝置和方法

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• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109550923A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設計）人: 張征;鄭劍平;趙俊
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: B22D19/04
• 分類號: B22D19/04;B22D27/00;B22D23/06
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本發(fā)明涉及一種半氣室氬弧熔鑄銅絞線電極頭成型裝置和方法，裝置包括提供氬氣環(huán)境的熔鑄室和設置于所述熔鑄室內的熔鑄胎具；所述熔鑄胎具用于固定銅絞線以便將銅絞線和熔融銅液熔鑄成電極頭。方法為將銅絞線和熔融銅液直接熔鑄成電極頭。本發(fā)明的有益效果如下：銅絞線與熔融銅液直接熔鑄成電極頭，實現(xiàn)電極端頭一次性整體熔鑄完成。既保證形成實心銅柱的同時，達到細銅絲能夠與其均勻、牢固的連接，并且在銅柱與銅絲間過渡區(qū)域小，避免銅絲氧化，又實現(xiàn)成本低，效率高。

技術領域

本發(fā)明涉及放射性領域元件的加工，具體涉及一種半氣室氬弧熔鑄銅絞線電極頭成型裝置和方法。

背景技術

特種反應堆電源系統(tǒng)是一種特殊的核電源系統(tǒng)，在其運行時，反應堆電功率的輸出需要經(jīng)過數(shù)十根導線串聯(lián)在一起引出至外部負載來完成的。這種核反應堆的堆芯結構復雜，內部燃料元件排列緊湊，間距小，元件上的引出電極位置高低錯落，彼此間又呈一定角度分布，操作空間十分有限。

由于元件電極之間具有這種特有的大角度、小間距結構，因此要求電極彼此間的串聯(lián)需要以柔性連接的方式實現(xiàn)。這種柔性連接方式一方面有利于元件在堆芯狹窄空間內的安裝操作，另一方面相比較剛性連接而言，軟連接方式有利于減緩元件受外部載荷沖擊時的拘束應力，從而起到保護燃料元件的作用。

銅軟線電極接頭是實現(xiàn)此類軟連接方法的關鍵部件，它由上千根直徑為0.15mm的細銅絲合成銅母線，一端與元件發(fā)射極引出電極相連，另一端連接相鄰元件的接收極電極，從而使元件引出電極首尾相接串聯(lián)在一起，形成一導電回路。電流母線在高真空(優(yōu)于10^-5Pa)、高溫(≥400℃)環(huán)境下長期工作(≥1000小時)。一座特種核電源系統(tǒng)由近百根發(fā)射極和接收極組成，每對電極需要4根連接導線，一個電源系統(tǒng)近400根導線。因此將上千根細如發(fā)絲的銅絲與兩端的導電實心棒材牢固連接并能批量化生產，是目前迫切需要解決的難題之一。

目前金屬銅導線的軟連接方法主要有銅金屬端子壓鉗法、螺紋緊固法、釬焊等方法。因為堆芯元件電流母線要求具有傳導大電流(＞100A)的特點，而銅金屬端子壓鉗法、螺紋緊固法由于導線連接處均為點接觸型式，未達到冶金結合，會出現(xiàn)接觸電阻增大而導致連接接頭發(fā)熱，在熱應力循環(huán)作用下，容易出現(xiàn)松動，導致整個反應堆電源系統(tǒng)性能下降，所以以上兩種機械連接方式都不太理想。釬焊連接中，由于銅絲很細，釬焊時釬料在毛細作用下，在細銅線側，形成較長的硬化區(qū)域，不利于軟導線電極在堆芯狹窄空間內的彎折安裝，因此也不能采用釬焊連接的技術。由此可見上述幾種常見的連接方法并不適用于特種燃料元件電極連接的特殊要求。

針對銅軟線電極接頭的制造要求，如果采用常規(guī)的電弧熔化焊接方法，由于細銅絲和粗銅柱的熱容量相差極大，熱容不均衡將導致二者無法實現(xiàn)有效的連接，即使熔化連接上，焊接過程中直徑0.15mm銅絲極易熔斷和氧化。氧化后的細銅絲很容易被折斷，從而影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種半氣室氬弧熔鑄銅絞線電極頭成型裝置和方法，能夠避免常規(guī)的電弧熔化焊接方法導致的銅絲熔斷氧化而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種半氣室氬弧熔鑄銅絞線電極頭成型裝置，包括提供氬氣環(huán)境的熔鑄室和設置于所述熔鑄室內的熔鑄胎具；所述熔鑄胎具用于固定銅絞線以便將銅絞線和熔融銅液熔鑄成電極頭。

進一步地，上述的半氣室氬弧熔鑄銅絞線電極頭成型裝置，所述熔鑄室上端開口，內部設置有與氬氣源連接的氬氣充氣管。

進一步地，上述的半氣室氬弧熔鑄銅絞線電極頭成型裝置，所述熔鑄胎具設置于所述氬氣充氣管上方；所述熔鑄室的下端密封。

進一步地，上述的半氣室氬弧熔鑄銅絞線電極頭成型裝置，所述熔鑄室的開口處設置有向中心延伸的遮沿結構。