AFA 3G燃料組件制造技術研究

邱衛衛 王敏

摘要：在社會經濟不斷進步與發展過程中，新型材料的出現為各行各業發展帶來了機遇與挑戰。其中，AFA 3G的運用有效提高了核電產業的經濟性，為核電企業的長遠發展提供了有力保障。基于此，本文將重點圍繞AFA 3G燃料組件制造技術加以研究，以供參考。

關鍵詞：AFA 3G燃料；組件制造；技術分析

當前，我國多數核電站開始借助AFA 3G提高技術質量。然而，由于此類燃料組件在使用過程中破損率較高，經常會出現燃料組件損傷及破損狀況，不利于技術大范圍運用。由此可見，圍繞AFA 3G燃料組件制造技術加以分析尤為關鍵，是保障核電企業技術運用經濟性的重要研究內容。

一、AFA 3G燃料組件分析

AFA 3G燃料組件是指在原有2G技術形式中添加了優化后的高燃耗組件，是一種基于AFA 2G優化升級的技術形式。在AFA 3G組件中，技術人員在傳統的燃料棒包殼管中添加合金物質，并進一步增加組件的長度。此外，系統導向管參數大小發生改變，原有的焊接形式也轉變為脹接技術。與此同時，在AFA 2G組件中燃料棒的技術形式采用相同富集度的方式加以處理，而在優化之后的組件中則增設了不同的其他組件，并在結構中安裝了3層的格架架構，此種制造技術的優化進一步提升了組件的使用效果。

二、當前AFA 3G燃料組件制造技術分析

（一）燃料棒組裝與焊接

為強化AFA 3G燃料組件的制造生產效果，技術人員對原有的AFA 2G設計與生產體系進行細致分析，并圍繞壓塞機等設備開展了系統優化，以此滿足組件生產需求。在具體工作中主要存在以下兩個技術難點：

1.制造過程中氣脹問題的研究與處理

在傳統的AFA 2G技術中，燃料棒主要是以Zr-4為主要原材料，此種材料具備一定的使用性能，但是極易受到損壞。為此，在AFA 3G技術中新運用了M5合金材料，此種材料的抗腐蝕性能更強。主要是以焊接形式組裝，如激光、電子束等技術形式。為有效解決此種材料焊接后的運用問題，工作人員對制造開展系統的鑒定工作，然而鑒定結果顯示燃料棒底部存在嚴重的氣脹問題，從參數指標來看，甚至達到30%左右。在針對氣脹原因開展分析過程中，技術人員認為是此類合金材料的硬度和強度不夠，以至于極易出現無效腔狀態。在此種環境下，焊縫的整體冷卻效果較差，為保障冷卻作用滿足現實需求，包殼管便會加快收縮，從而堵死氣體正常的釋放通道，導致在焊縫區域周圍產生明顯的氣脹。根據目前相關研究，若想解決氣脹問題，便要在制造環節縮短焊接時間，同時增大電子束，以此在確保焊接效果的同時防止零件熱量較高產生膨脹問題。

2.堵孔焊腐蝕試樣不達標

在AFA 3G燃料組件制造過程中，經常會出現樣品腐蝕測試之后產生白色產物的情況。這是因為在前期試樣制造的過程中充氦不達標，以至于在焊接時受到環境影響而難以達標。此情況也間接說明焊室環境的質量直接會影響焊接的抗腐蝕性能，在后續制造過程中應該強化對焊室清潔度的關注，避免這類問題出現。

（二）燃料組件骨架安裝與焊接

1.工裝設計

AFA 3G骨架相比于過去的設計取消了上管座的設置，在結構中增設了3層半跨距攪渾格架并在原有組件的基礎上運用了厚度加大的導向管，導致整體結構尺寸出現了明顯變化，此后續應針對骨架組裝等工序開展重新設計，例如，配套零件裝置等，以此滿足骨架生產需求。

2.骨架點焊

原有的AFA 2G導向管在使用過程中極易出現損毀，而在AFA 3G導向管中增加了外壁的厚度，因此，在后續骨架焊接過程中需要調整焊接的參數信息。結合目前實際來看，厚度差異較大，在點焊過程中極易出現不完全焊接的狀況。為此，技術人員開展了技術試驗，最終認為可借助熔核技術強化點焊的質量效果。

3.骨架導管以及其他零件焊接

在AFA 3G燃料組件制造生產中，組件組裝等工序需要在骨架結構焊接完成之后開展，因此，后續脹接位置的精準度、變形量的管控效果等因素都會直接對產品的制造效果產生影響。與其他工序相比，導向管的脹接處理技術對專業度和經驗度的要求較高，技術人員在前期精準的完成工裝調試操作。為此，后續技術人員對脹接操作進行系統優化，將原有的平臺更改為脹接平臺，并開展工裝優化，從源頭上提高工裝的安裝質量。數據分析顯示，在此種技術處理背景下，組件安裝的誤差可被控制在0.05mm范圍內，且所有的零件尺寸以及參數信息都能滿足脹接技術運用的實際需求，可有效保障AFA 3G骨架制造水準。

（三）燃料組件組裝

AFA 3G組裝技術與之前的技術形式并無明顯差別，但是外形尺寸方面變化較大，以至于下管座的尺寸更小，需要重新根據框架結構完成設計優化。在具體操作中，技術人員需要針對AFA 3G中的上下管座情況重新規劃螺釘的運用，以此滿足脹形裝置的實際需求。然而，在此方面也存在部分技術難點。一方面，套筒螺釘經常會出現“咬死”狀態。在安裝上管座過程中會出現異常“咬死”現象，即使涂抹了潤滑劑，后續也很難完成高精準度的脹接操作，依舊會在外力影響下導致套筒螺釘出現“咬死”狀況。為此，技術人員對套筒螺釘開展技術優化，對裝配方面進行更改與完善，有效降低此種情況發生。另一方面，AFA 3G技術運用中由于前期套筒螺釘出現異常“咬死”情況，以至于后續裙邊破裂的發生概率進一步提升。產生此情況的關鍵因素在于AFA 3G技術中的裙邊厚度更小，且材料的變形量更小，而脹形的速度卻更快，若是依舊采用原有技術中的參數指標，很容易導致裙邊材料在受力作用下出現破裂狀況。目前，技術人員經過多次研究發現，若是受力在10MPa以下，則此時的結構既能夠滿足脹形需求，也不會產生破裂狀況，這也為后續技術優化提供了借鑒與技術支持。

三、AFA 3G燃料組件制造難點以及處理方式

（一）技術難點

AFA 3G燃料組件在制造過程中主要包括零部件生產及組件組裝，其中燃料棒制造主要運用M5合金材料，在操作中最為關鍵的環節是上下端塞的焊接、加工和后續處理，這也是AFA 3G生產中的核心管控區域，是影響生產質量的直接因素。與此同時，導向管的運用也是AFA 3G生產中的重要優化體現。此種導向管屬于變內徑的技術形式，因此，在點焊過程中難度較高，熔核經常會出現十分不規則的狀況，以至于難以滿足技術需求。

（二）處理措施

1.積極借鑒國內外經驗

為有效解決AFA 3G燃料組件生產中存在的不足，技術人員應該加大對以下內容的重視：第一，在引入技術過程中盡可能地挑選成熟的技術形式。第二，強化生產制造環節的質量管控效果，加大對AFA 3G制造難點的研究，尋求有效的解決方式。第三，運用現有技術形式實現工藝創新。在具體工作中要求在使用AFA 3G之前應綜合運用國內外技術經驗，詳細分析現有技術材料以及文件數據內容，然后通過組織專題會議的方式討論并掌握AFA 3G技術關鍵。此外，需派遣專家人員完成技術學習，并制定詳細的技術引入計劃書，利用專家學習與交流的方式確保后續制造生產質量。

2.強化質量管控工作

AFA 3G燃料組件生產之前，工作人員應該圍繞技術條件及圖紙等信息數據編制完善的技術文件，包括技術標準、技術運用規范信息等，并結合國內外專家提出的建議，對不適合運用在AFA 3G中的部件加以創新與優化。此外，制造生產人員均要參與質量教育工作，深入分析可能存在的問題及產生原因，以此使工作人員在面對問題時有責任心，科學完成技術運用及制造監督管控。

3.將AFA 3G燃料生產作為核心開展工作

制造團隊需要定期開展工作會議，圍繞AFA 3G制造技術的引入加以研究，并以此為核心確保技術運用及部件改造優化的科學性與合理性。例如，在工裝分析的過程中，便需要針對圖紙等信息加以分析。與此同時，工程師應與制造人員開展分析，制定詳細的組裝和制造生產規劃方案，以此避免問題的出現。

4.充分運用現有技術條件

為保障制造安裝的效果能夠滿足現實需求，工作人員應該針對AFA 3G燃料棒焊接及上下管座安裝等工序的重點環節加以確認，并通過電子束焊接測試的研究，確認焊接管控重點。例如，在導向管脹接過程中便可多次開展測試工作，以此解決導向管與套管脹接過程中的平整度問題，確保其滿足0.15mm以內的標準需求。

四、AFA 3G燃料組件制造質量優化中的技術運用

（一）制造優化經驗

一方面，要以宏觀角度完成職責規劃，在制造過程中需圍繞總目標來生產，確保各方人員科學完成工作任務。另一方面，AFA 3G組件制造的過程中涉及諸多專業技術，需要各部門通力合作，確保技術運用的科學性。此外，應做好現場規劃協調工作，在保障總目標設定的同時在合同中添加具體的節點計劃，包括節點驗收等信息，確保制造流程的科學性，保障制造質量。

（二）AFA 3G燃料組件拆解修復技術分析

目前，AFA 3G燃料組件在使用過程中較常見的問題是燃料棒的損壞。燃料棒作為主體結構的關鍵部分，一旦出現損壞，技術人員要及時完成破損組件的更換和修復工作。其中，修復工作最為常見，能夠有效減少資源浪費，保障成本管控質量。

1.原理

過去，技術人員運用不銹鋼材質的燃料棒完成組件的更換和修復。在具體工作中，技術人員會對破損組件進行結構拆解，然后加以存儲，并將新的燃料棒安裝在目標區域。啞棒的材料類型較多，每種形式在使用中的優劣情況也有所差異，其中不銹鋼材質的材料使用最為普遍，可降低對設計參數的影響，確保企業的經濟性。

2.技術過程

本文將以17×17型號的燃料組件（圖1）作為分析對象，該組件包括骨架以及上下管座和燃料棒等。其中，骨架中設有11格架、導向管以及上下管座。

在后續技術修復過程中應該按照以下步驟操作：首先，在拆卸結構之前需要對外觀加以檢查，確認各區域沒有多余異物，且螺釘等材料不存在丟失等情況。然后，便可開展上管座拆除工作。先用工具完成區域固定，之后在水下監控技術的運用下，拆卸結構中的螺釘等材料，所有的拆卸材料應該按照要求放置在收集桶等標準位置。例如，將舊螺釘放置在容器內，以此為后續的操作處理提供保障。運用抓具去除結構中的上管座，并將其放置在工具架上。其次，應用工具開展燃料棒區域定位，確保燃料棒區域不存在位移情況，然后取出燃料棒并按照拉拔力限值要求緩慢提升破損區域材料，直至完全抽離整體組件，將破損組件放置在儲存容器中。需要注意的是，在拔取過程中，不可以破壞周圍的結構，要時刻關注燃料棒的表面情況，并做好外觀檢查。最后，在修復中關鍵的不銹鋼棒復原環節。在此過程中，需要運用工序將不銹鋼材料放置在組件區域中，在安裝過程中要注意下端頭在進入定位格柵之前，應該運用視頻監控完成區域定位，并利用點動的形式完成下降操作，直至其通過其他結構，才能開展后續的復原安裝。在上管座復原過程中，通過工具的使用，將上管座放置到燃料組件正上方，緩慢地移動將其恢復到目標區域，并運用套筒螺釘進行固定，完成脹形操作。在脹形完成后，要做常規檢查，確認其滿足組件安裝要求。全部復原完成后，外觀檢查尤為關鍵，要確保沒有其他多余物質，且螺釘安裝滿足精準度需求。拆解修復技術的運用可以有效保障資源管控效果，降低經濟成本。為進一步提高技術運用質量，降低風險因素影響，要求技術應用全過程必須在水下完成，且應時刻監管參數數據，并運用保守值作為核心開展技術應用，防止對其他部件產生影響。在完成后要根據現實與實際拉拔力數據的對比，分析組件狀態。具體要求拉拔力范圍應該小于計算限值，這樣才能滿足技術應用標準。總而言之，對于核電站發展來講，AFA 3G燃料組件的制造效果尤為關鍵，在后期工作中必須加大對細節管控，科學自主研究，并綜合國內外技術運用經驗，強化技術運用，加強對制造關鍵節點的質量管控，以此保證組件生產質量。

五、結論

綜上所述，AFA 3G已經成為核電站發展的重要燃料組件形式，為進一步強化組件的運用效果，延長組件的使用壽命，減少運用中的維修次數，要求相關人員應強化組件制造水平，并結合實際運用強化制造細節管控，以此確保燃料組件的性能效果，為相關產業的長遠發展提供技術支持。

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