一种AFA3G燃料组件上管座电子束焊接方法与流程

本发明属于燃料组件加工技术领域，具体涉及一种AFA3G燃料组件上管座电子束焊接方法。

背景技术：
随着核电在我国的广泛应用，核电安全也逐渐被人们广泛关注。核燃料作为核电安全非常重要的一环，制造过程中必须的焊接等特种加工工艺，其质量好坏将直接关系到组件在堆内的安全运行。AFA3G核燃料组件焊接结构非常多，如上管座单元件的焊接、上管座部件销钉的焊接、圆柱筒-连接板的焊接等。上管座单元件由4块围板，一块匹配板，一块上框板组焊而成，如图1所示。传统的上管座单元件由VR-008A机器人自动焊接完成，为了适应生产需求，提高焊接质量，亟需通过电子束焊接工艺取代原TIG自动焊接上管座焊接工艺。合适的电子束焊接工艺需要经过大量试验(焊接成型基本测试试验、锲形熔深试板焊接试验、代表性试样焊接试验、AFA3G上管座单元件管座实体焊接试验)来摸索才能得到，因此，亟需研制一种AFA3G燃料组件上管座电子束焊接方法。

技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种AFA3G燃料组件上管座电子束焊接方法，以获得合适的电子束焊接工艺参数，从而满足相应的工艺要求。为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：一种AFA3G燃料组件上管座电子束焊接方法，其中，上管座围板包括通过焊接组成一个长方体结构侧壁的四块薄板；匹配板是与围板的一端焊接，上面设置流水孔和圆柱孔的板；上框板是与围板的另一端焊接，使控制组件和相关组件从其穿过的板；本方法具体包括以下步骤：(1)确定焊缝位置：八条长焊缝分别是匹配板和四块围板之间的四条焊缝、上框板和四块围板之间的四条焊缝；四条短焊缝分别是四块围板之间的四条焊缝；(2)在上述八条长焊缝上进行手工TIG点焊，每条长焊缝上三个焊点均布；在上述四条短焊缝上进行手工TIG点焊，每条短焊缝上两个焊点均布；(3)在上述八条长焊缝上进行电子束固定点焊，每条长焊缝上四个焊点均布；上述四条短焊缝上进行电子束固定点焊，每条短焊缝的中间位置进行一处点焊；固定点焊工艺为：加速电压为60KV±2％，束流电流为15mA±2％，焊枪与工件距离为125±1mm，聚焦电流为2.60A±2％，焊室真空度≤10-3mbar，焊枪真空度≤10-5mbar，焊接速度为1m/min±5％；(4)在上述四条短焊缝处按如下工艺参数进行电子束焊接：短焊缝焊接工艺为：加速电压为60KV±2％，束流电流为50mA±2％，焊枪与工件距离为125±1mm，聚焦电流为2.48A±2％，焊室真空度为≤10-3mbar，焊枪真空度为≤10-5mbar，焊接速度为1m/min±5％；横向扫描的波形为COS_COS90°，波形振幅为VX＝2mV±5％，VY＝2mV±5％，扫描频率为185Hz±5％；焊接顺序为先选取其中任意一条为起始短焊缝，然后按逆时针顺序依次焊接另外三条短焊缝；设定起始短焊缝所在的面为起始面，从起始面起按逆时针方向设定另外三个面分别为第2、3、4焊接面；(5)在上述八条长焊缝处按如下工艺参数进行电子束焊接：长焊缝焊接工艺为：加速电压为60KV±2％，束流电流为50mA±2％，焊枪与工件距离为125±1mm，聚焦电流为2.48A±2％，焊室真空度为≤10-3mbar，焊枪真空度为≤10-5mbar，焊接速度为1m/min±5％；横向扫描的波形为COS_COS90°，波形振幅为VX＝2mV±5％，VY＝2mV±5％，扫描频率为185Hz±5％；(5.1)首先焊接匹配板与围板之间的四条长焊缝：焊接顺序为先选取起始面上匹配板与围板之间的长焊缝为起始长焊缝一，然后焊接第3焊接面上的另一条匹配板与围板之间的长焊缝，再依次焊接第2、4焊接面上匹配板与围板之间的长焊缝；(5.2)然后焊接上框板与围板之间的四条长焊缝：焊接顺序为先选取起始面上上框板与围板之间的长焊缝为起始长焊缝二，然后焊接第3焊接面上的另一条上框板与围板之间的长焊缝，再依次焊接第2、4焊接面上上框板与围板之间的长焊缝。电子束焊机采用TECHMETA公司的MEDARD48型电子束焊机，其电子束枪为TECHMETACT4型。焊接位置处的表面粗糙度为1.6～3.2μm。本发明技术方案的有益效果在于，焊接在真空状态下进行，由焊接氧化形成的金属挥发物、氧化物、粉尘、有害气体减少，焊接工作环境得到很大改善；并且通过本焊接工艺的运用，可以方便、快捷，能满足大批量生产需求。附图说明图1是上管座单元件结构示意图；图2是电子束焊接示意图。图中：1-上框板，2-围板，3-匹配板。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。本发明一种AFA3G燃料组件上管座电子束焊接方法，其中，上管座围板包括通过焊接组成一个长方体结构侧壁的四块薄板；匹配板是与围板的一端焊接，上面设置流水孔和圆柱孔的板；上框板是与围板的另一端焊接，使控制组件和相关组件从其穿过的板；其具体结构如图1所示。本方法具体包括以下步骤：(1)确定焊缝位置：八条长焊缝分别是匹配板和四块围板之间的四条焊缝、上框板和四块围板之间的四条焊缝；四条短焊缝分别是四块围板之间的四条焊缝；(2)在上述八条长焊缝上进行手工TIG点焊，每条长焊缝上三个焊点均布；在上述四条短焊缝上进行手工TIG点焊，每条短焊缝上两个焊点均布；(3)在上述八条长焊缝上进行电子束固定点焊，每条长焊缝上四个焊点均布；上述四条短焊缝上进行电子束固定点焊，每条短焊缝的中间位置进行一处点焊；固定点焊工艺为：加速电压为60KV±2％，束流电流为15mA±2％，焊枪与工件距离为125±1mm，聚焦电流为2.60A±2％，焊室真空度≤10-3mbar，焊枪真空度≤10-5mbar，焊接速度为1m/min±5％；(4)在上述四条短焊缝处按如下工艺参数进行电子束焊接：短焊缝焊接工艺为：加速电压为60KV±2％，束流电流为50mA±2％，焊枪与工件距离为125±1mm，聚焦电流为2.48A±2％，焊室真空度为≤10-3mbar，焊枪真空度为≤10-5mbar，焊接速度为1m/min±5％；横向扫描的波形为COS_COS90°，波形振幅为VX＝2mV±5％，VY＝2mV±5％，扫描频率为185Hz±5％；焊接顺序为先选取其中任意一条为起始短焊缝，然后按逆时针顺序依次焊接另外三条短焊缝；设定起始短焊缝所在的面为起始面，从起始面起按逆时针方向设定另外三个面分别为第2、3、4焊接面；(5)在上述八条长焊缝处按如下工艺参数进行电子束焊接：长焊缝焊接工艺为：加速电压为60KV±2％，束流电流为50mA±2％，焊枪与工件距离为125±1mm，聚焦电流为2.48A±2％，焊室真空度为≤10-3mbar，焊枪真空度为≤10-5mbar，焊接速度为1m/min±5％；横向扫描的波形为COS_COS90°，波形振幅为VX＝2mV±5％，VY＝2mV±5％，扫描频率为185Hz±5％；(5.1)首先焊接匹配板与围板之间的四条长焊缝：焊接顺序为先选取起始面上匹配板与围板之间的长焊缝为起始长焊缝一，然后焊接第3焊接面上的另一条匹配板与围板之间的长焊缝，再依次焊接第2、4焊接面上匹配板与围板之间的长焊缝；(5.2)然后焊接上框板与围板之间的四条长焊缝：焊接顺序为先选取起始面上上框板与围板之间的长焊缝为起始长焊缝二，然后焊接第3焊接面上的另一条上框板与围板之间的长焊缝，再依次焊接第2、4焊接面上上框板与围板之间的长焊缝。具体的焊接顺序如图2所示：围板与围板焊接：(1)→(2)→(3)→(4)；匹配板与围板焊接：(5)→(6)→(7)→(8)；围板与上框板焊接：(9)→(10)→(11)→(12)。电子束焊机采用TECHMETA公司的MEDARD48型电子束焊机，其电子束枪为TECHMETACT4型。焊接位置处的表面粗糙度为1.6～3.2μm。通过实际应用，得出本发明技术方案的有益效果在于以下几点：1)降低生产成本。原TIG焊接管座，每焊接十只管座需消耗1瓶氦气，每瓶氦气成本价值约3000元，按每年1400只上管座的产量计算，近两年来预计为我公司节约成本资金约84万元人民币。2)生产效率大幅提高。由原TIG焊接每只上管座单元件时间40分钟提高至20分钟，使管座焊接不再成为车间生产瓶颈。3)由于电子束焊接产品质量稳定，热影响区窄，焊接变形量小，后续机械加工成品率大幅提高。自2013年7月，电子束焊接工艺运用于AFA3G上管座单元件，迄今已投入生产2000余只，焊接产品成品率大100％。