行程套管深孔加工技術(shù)研制

羅 斌 郭忠谷

（成都瑞迪機械實業(yè)有限公司 610207）

在核電發(fā)展不斷深入現(xiàn)代經(jīng)濟社會建設(shè)實施戰(zhàn)略的過程當中，其作為新興能源發(fā)展體系中的一大關(guān)鍵部分，其發(fā)展質(zhì)量備受各方關(guān)注與重視。特別是對于我國而言，結(jié)合現(xiàn)行“新能源產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃”中對于核電建設(shè)的要求來看：截止2020年度為止，全國范圍內(nèi)的核電總裝機容量應(yīng)當達到7000萬KW單位以上。然而從現(xiàn)階段的發(fā)展情況來看，對于未來8年時間內(nèi)，核電建設(shè)的要求是極為嚴格的。本文以此為研究背景，針對行程套管深孔加工技術(shù)研制做詳細分析與說明。

1 行程套管深孔加工技術(shù)研制的必要性分析

圖1：傳統(tǒng)行程套管密封焊縫基本結(jié)構(gòu)示意圖

在整個核反應(yīng)過程當中，耐壓殼部分一方面是整個核反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界的重要組成部分之一，另一方面也在整個控制棒驅(qū)動機構(gòu)系統(tǒng)當中發(fā)揮著機械支撐的重要目的。與此同時，具體到耐壓殼部件的組成而言，當前技術(shù)條件支持下其最為主要的構(gòu)成部分可以分為兩個方面：其一在于密封殼組件；其二在于驅(qū)動桿行程套管組件。在上述兩部分組件相互配合與作用的過程當中，整個耐壓殼部件能夠發(fā)揮其承壓性能，從而實現(xiàn)對整個核反應(yīng)堆在正常運行狀態(tài)下對于控制棒驅(qū)動系統(tǒng)的承壓處理，其所發(fā)揮的重要意義是可想而知的。

在我國核反應(yīng)堆建設(shè)過程當中，針對驅(qū)動桿行程套管所采取的設(shè)計反應(yīng)沿用國外傳統(tǒng)意義上的通孔設(shè)計方式。然而在大量的實踐應(yīng)用過程當中發(fā)現(xiàn)，通孔設(shè)計方式下驅(qū)動桿行程套管存在比較嚴重的焊接質(zhì)量缺陷（曾經(jīng)在核電站實際運行中發(fā)生過上部Ω焊縫因焊接缺陷導致的泄漏事故），無法保障焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性與可靠性，同時也使得驅(qū)動桿行程套管的應(yīng)用安全性無從保障。具體的行程套管密封焊縫基本結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示（見圖 1）。

基于對上述相關(guān)問題的分析，為最大限度的保障核反應(yīng)堆建設(shè)過程中驅(qū)動桿行程套管應(yīng)用質(zhì)量的穩(wěn)定性與安全性，將驅(qū)動桿行程套管所對應(yīng)的設(shè)計方式改為盲孔方式。此種狀態(tài)下的盲孔設(shè)計深度能夠達到4153單位，同時盲孔直徑也能夠達到￠63.5單位。然而在此種設(shè)計方式作用下，驅(qū)動桿行程套管的設(shè)計加工工作難度卻有所明顯加大。同時產(chǎn)生的問題還包括材料切削難度大、潤滑冷卻難度大以及排削難度大等多個方面，上述問題均應(yīng)當在加工過程中得到改進。

2 行程套管深孔加工基本技術(shù)路線與工序處理方式分析

在整個行程套管深孔加工的實踐過程當中，首先需要由專人負責針對相關(guān)零部件既有加工技術(shù)資料及基本參數(shù)信息進行統(tǒng)一收集，結(jié)合上述數(shù)據(jù)信息，擬定盲孔方式下深孔加工的初步實施方案，并將方案提交至專家小組進行評審。待行程套管深孔加工基本技術(shù)方案評審通過的基礎(chǔ)之上開始轉(zhuǎn)入對深孔加工相關(guān)設(shè)備的選型以及研制過程當中，結(jié)合設(shè)備選型方案與研制工藝處理方式，分別展開有關(guān)強壓冷卻系統(tǒng)、特制鏜頭加工工具以及內(nèi)排削鏜孔系統(tǒng)的研制與設(shè)計工作。進而完成對加工試件的制備處理。

對于本次研究而言，核反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)中所涉及到的行程套管在機械加工方面對于各項參數(shù)與指標的要求均應(yīng)當結(jié)合中科華核電技術(shù)研究院所提供的相關(guān)文件標準為參照。一方面，從行程套管深孔加工基本技術(shù)路線的角度上來說，重要的技術(shù)流程為：鍛造→固溶處理→粗車→探傷→粗鉆孔→穩(wěn)定性處理 →粗鏜孔→精鏜孔→銑盲孔球頭→珩磨孔→精車外圓→車球頭→車大端→鉆孔 →銑孔；另一方面，從行程套管深孔加工工序處理方式的研制角度上來說，盲孔作業(yè)下的深孔加工無疑是整個機械化加工作業(yè)流程中最具專業(yè)性與難度性的環(huán)節(jié)之一。現(xiàn)階段，主要通過應(yīng)用專用深孔鉆頭、組合鏜刀以及球頭成型銑鏜刀加工工具的方式來保障盲孔方式下行程套管深加工質(zhì)量能夠符合加工標準與規(guī)范。與此同時，還可以通過對超聲波檢測技術(shù)的有效應(yīng)用，通過盡早且精確的檢測，達到行程套管內(nèi)控與外圓的同軸度要求，提高機械化深孔加工的整體加工質(zhì)量。

3 行程套管深孔加工技術(shù)研制過程中所涉及到的技術(shù)難點分析

在行程套管深孔采取盲孔方式進行加工的過程當中，所面臨的最關(guān)鍵問題體現(xiàn)在兩個方面：首先，行程套管深孔加工過程當中如何保障孔深深度4153單位狀態(tài)下，尺寸偏差分級能夠嚴格控制在M等級范圍之內(nèi)；其次，行程套管深孔加工過程當中如何有效保障在4153單位內(nèi)深孔直線度與以及內(nèi)孔、外圓所對應(yīng)的同軸度指標嚴格控制在φ0.8單位范圍之內(nèi)。基于對上述相關(guān)問題的分析，在行程套管深孔加工作業(yè)過程當中，基于對行程套管基本尺寸精度的有效保障，選取了專業(yè)深孔組合鏜刀作為加工工具。與此同時，在保障行程套管已達到4153單位深孔要求的情況下，將特制的球頭成型銑鏜刀加工工具增設(shè)于上一步驟專業(yè)深孔組合鏜刀加工工序之前，按照此種方式能夠最大限度的保障盲頭加工方式成型球頭能夠與整個行程套管內(nèi)控保持平滑且緊密的連接關(guān)系，這對于提高所制備行程套管在正常運行狀態(tài)下對于工作壓力的承受極限值而言無疑有著重要意義。

與此同時，為保障在深孔加工過程當中，整個行程套管在4153單位內(nèi)深孔直線度與以及內(nèi)孔、外圓所對應(yīng)的同軸度指標嚴格控制在φ0.8單位范圍之內(nèi)，需要首先完成對行程套管深孔內(nèi)孔的的加工處理，在確保內(nèi)孔加工基本尺寸精度得到有效保障的基礎(chǔ)之上，借助于超聲波檢測方式獲取有關(guān)行程套管內(nèi)孔壁厚指標的檢測數(shù)據(jù)，結(jié)合所得到的壁厚數(shù)據(jù)，能夠建立在對行程套管內(nèi)孔中心進行精確找正的基礎(chǔ)之上進行外孔加工，按照此種方式同樣能夠保障上述目標的實現(xiàn)。

4 結(jié)束語

CRDM控制棒驅(qū)動機構(gòu)借助于磁力提升的工作方式，引導驅(qū)動控制棒組件在核反應(yīng)堆堆芯內(nèi)部進行上下往復式運動，在此過程當中能夠?qū)崿F(xiàn)包括核反應(yīng)堆啟動、功率調(diào)節(jié)以及停堆處理等多個方面的應(yīng)用功能。由此不難發(fā)現(xiàn)控制棒驅(qū)動機構(gòu)在核反應(yīng)堆中所發(fā)揮的重要意義。而對于控制棒驅(qū)動機構(gòu)而言，行程套管作為其關(guān)鍵組成分析，同樣備受關(guān)注與重視。總而言之，本文針對有關(guān)核反應(yīng)堆行程套管深孔加工技術(shù)在研制過程中所涉及到的相關(guān)問題做出了簡要分析與說明，希望能夠為今后相關(guān)研究與實踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

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