鉆削技術(shù)在反應(yīng)堆螺栓咬死故障處理中的應(yīng)用

桑廣義

（國核示范電站核電有限公司，山東榮成 264300）

0 引言

反應(yīng)堆壓力容器（Reactor Pressure Vessel，RPV）是壽期內(nèi)不可更換的核一級設(shè)備，運行壓力15.5 MPa，由數(shù)十個螺栓和螺孔提供密封壓力，是一回路最大和最重要的壓力邊界之一。

RPV在整個電站壽期中需要經(jīng)歷40多次開關(guān)蓋操作，全部螺栓需要經(jīng)歷3000多顆次的拆裝操作。螺栓拆裝易受多種因素影響，螺牙有磕碰、毛刺、異物、潤滑不當、螺栓入扣速度過快、力矩過大以及長期高溫、高應(yīng)力、不同工況的循環(huán)載荷等，都會影響螺栓拆裝的順利進行，造成螺栓卡澀甚至咬死。

由于螺栓硬度比螺孔大，在螺栓咬死情況下加大力矩繼續(xù)強行拆除往往會加劇螺孔損傷。RPV螺孔是盲孔結(jié)構(gòu)，螺孔空間狹小，螺紋加工精度高，一旦受損，修復(fù)操作難度大、耗時長，處理螺栓咬死故障是一項棘手問題。

1 螺栓咬死故障簡介

國內(nèi)某CPR1000機組RPV有58個螺栓，螺栓長1972 mm，材料為 40NCDV7.03，螺紋規(guī)格 M155×4 mm，螺孔材料為16MND5。在熱試階段，操作整體螺栓拉伸機擰入螺栓過程中，3根螺栓出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象（圖1），采取松動劑浸泡、銅棒敲擊、加大反轉(zhuǎn)力矩等手段擰出數(shù)圈后再無效果（表1）。初步分析，可能有異物卡在螺紋內(nèi)導(dǎo)致螺栓咬死，繼續(xù)強行擰出很可能加劇螺孔損傷。嘗試采用鉆削方式取出螺栓，以分析卡澀原因、檢查和修復(fù)螺孔缺陷。

螺栓鉆削技術(shù)是近些年出現(xiàn)的一種螺栓咬死處理技術(shù)，該方法使用便攜式設(shè)備在生產(chǎn)現(xiàn)場以鏜削的方式取出螺栓，不損傷螺孔，時間短、質(zhì)量高，在電力、石化等行業(yè)的大直徑螺栓咬死處理中逐漸得到推廣應(yīng)用，效果顯著。

圖1 螺栓與螺孔咬死示意

表1 螺栓咬死情況

2 RPV螺栓鉆削工藝

首先在車間進行了螺栓鉆削模擬試驗，確定RPV螺栓鉆削主要工序為：切斷螺栓—去除測量桿螺帽—鉆孔—擴孔—鏜削。

2.1 切斷螺栓

由于螺栓太長，首先切斷螺孔上部螺栓為加工設(shè)備騰出安裝空間，同時減少后續(xù)鉆削加工量。螺栓切斷主要工序和注意事項：①用1 mm厚不銹鋼板中心挖孔，套入螺栓，為RPV法蘭面提供保護，防止角磨機切割時不慎傷及法蘭；②用記號筆在螺栓凸出法蘭平面約25 mm處的一圈劃線標記；③被切割螺栓頂部安裝吊耳，吊住螺栓，防止割斷瞬間上部螺栓跌落或擺動傷及周圍設(shè)備及人員；④使用角磨機沿著標記處切割螺栓。

2.2 去除測量桿螺帽

由于螺栓底部安裝有1個M30×3.5 mm的測量孔螺帽，妨礙了后續(xù)螺栓擴孔作業(yè)，因此螺栓擴孔前需要通過鉆孔去除螺帽（圖2）。主要工序和注意事項如下：①在螺孔法蘭上安裝LRMMD-100T磁力鉆；②用 Φ25×500 mm長鉆頭沿著測量孔鉆除底部螺帽或者在鉆削中旋出螺帽；③拆除鉆床，觀察測量孔底部情況，確認M30×3.5 mm底塞的螺紋是否因鉆削力而旋出并掉入螺孔底部，或者底塞螺紋仍然在原來位置，底部只是Φ25 mm的鉆削孔；④清理鐵屑。

2.3 螺桿測量孔擴孔

通過擴孔，將Φ25 mm測量孔擴大至Φ120 mm，除去大部分螺栓材料，減少后續(xù)鏜削切削量（圖3）。主要工序和注意事項如下：①在咬死螺孔左右兩旁的螺孔內(nèi)分別擰入M155×4 mm的工裝固定螺栓，做鉆床工裝固定基礎(chǔ)；②安裝螺栓防轉(zhuǎn)工裝；③在工裝上安裝LRM-HD-400便攜式液壓鉆床；④調(diào)整鉆床中心使其與測量孔同軸；⑤擴孔加工至Φ120 mm。

2.4 鏜削去除螺栓

通過鏜孔加工，將空心螺栓孔由 Φ120mm擴大至 Φ（149.60～149.80）mm，鏜孔后的直徑接近螺栓螺紋小徑Φ（149.849～150.249）mm，這時螺栓小徑以里部分幾乎鏜削完畢，只剩螺牙部分貼合在螺孔壁上，主要工序和注意事項如下：①安裝鏜床工裝；②在工裝上安裝鏜床；③在咬死螺栓上擰上找中心螺母，以找中心用螺母外圓為基準找鏜床中心（圖 4）；④粗鏜；⑤當鏜削直徑達到Φ142 mm時，露出螺孔止口，拆除鏜床找中心用螺母，以止口內(nèi)徑為基準打表精確找鏜床的回轉(zhuǎn)中心（圖4）；⑥小心精鏜，直至看清螺紋線；⑦手工卷出螺牙（圖 5）。

重復(fù)步驟2.1至2.4，成功取出3根咬死螺栓。

圖4 鏜孔找中心

圖5 螺栓鏜削及取出螺牙

3 結(jié)論

螺栓拆裝是RPV開關(guān)蓋中重要而頻繁的操作，螺孔是RPV的薄弱部分，應(yīng)采取多種措施盡量避免螺栓卡澀和咬死事件發(fā)生：在關(guān)蓋階段，應(yīng)做好螺栓、螺孔清潔，做好螺紋檢查、潤滑和保護，螺栓旋入螺孔時控制好速度和力矩，避免碰傷螺孔；在開蓋階段，應(yīng)對螺孔充分潤滑，減少旋出摩擦力；螺栓旋入、旋出出現(xiàn)咬死時，慎重選擇處理方案。

螺栓咬死是RPV壽期內(nèi)可能發(fā)生的事件，此次螺栓鉆削技術(shù)在國內(nèi)RPV的首次應(yīng)用實踐，為咬死螺栓的取出提供了一種安全、穩(wěn)妥的辦法。

［1］王仁科，張超，韓麗英.反應(yīng)堆壓力容器主螺栓卡澀分析［J］.核安全，2013，12（S1）：110-113.

［2］李連江.反應(yīng)堆壓力容器螺栓孔與螺栓連接件專用檢修設(shè)備［J］.核動力工程，1999，20（4）：360-362.