一种用于核电站的电气贯穿件馈通线的制作方法

本实用新型涉及一种电气贯穿件馈通线，尤其涉及一种用于核电站的电气贯穿件馈通线，属于高温高压环境下的电气贯穿件馈通线领域。

背景技术：

电气贯穿件对核电站反应堆的安全运行至关重要。它用于反应堆内、外设备的电气连接，须要在正常和各种事故(包括地震和LOCA等)条件下，保证密封性和电气连续性，防止放射性物质外泄。随着核电技术的发展，第三代、第四代核电站，如CAP1000、高温气冷堆等新型堆型会逐渐投入使用。这些新型堆型对电气贯穿件也提出了更高的要求，尤其是核电站严重事故条件下(温度、压力和辐照剂量有所增加)，仍要求电气贯穿件能够正常的工作。

现有的电气贯穿件馈通线大都采用了有机材料旋锻密封技术。有机材料如聚砜(169℃)，聚醚醚酮(143℃)，软化点大都低于200℃。在高温、高压和强辐照环境下，这些有机材料的电气性能和机械性能会下降，从而使得旋锻密封制成的电气贯穿件的可靠性降低。

通过将陶瓷与金属钎焊，可实现馈通线的无机密封，并满足高温、高压环境下工作的要求。但是陶瓷与金属的化学成分和物理性能有很大的差异，特别是热膨胀系数。在钎焊加热和冷却过程中，钎焊缝界面会产生较大的残余应力，引发裂纹，并导致钎焊接头的失效。同时，陶瓷本身的润湿性非常差，通过在钎料中添加Ti、Zr等活性元素，可改善液态钎料对陶瓷表面的润湿性。但是活性钎料易被氧化，易生成脆性金属间化合物，且成本较高，难以在生产中广泛使用。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供了一种降低钎焊过程中产生的残余应力的用于核电站的电气贯穿件馈通线，解决了有机材料旋锻密封制成的馈通线在高温、高压和强辐照环境下可靠性降低的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种用于核电站的电气贯穿件馈通线，其特征在于，包括无氧铜棒，无氧铜棒的外层设有陶瓷层，陶瓷层的外层设有不锈钢法兰，无氧铜棒与陶瓷层之间、陶瓷层与不锈钢法兰之间均通过可伐环或无氧铜环钎焊连接。

优选地，所述的陶瓷层表面电镀有一镍层，陶瓷层和镍层之间设有通过活化Mo-Mn法进行金属化处理的活化层。

优选地，所述的镍层的厚度为5～10um。

优选地，所述的陶瓷层沿轴向左侧内壁开有第一圆柱孔，陶瓷层沿轴向右侧外壁开有第二圆柱孔，第一圆柱孔和第二圆柱孔通过180°环形孔连接。

优选地，所述的陶瓷层的外表面成波纹管状，陶瓷层的外部设有凸起，不锈钢法兰的底部设有与凸起相匹配的台阶。

优选地，所述的陶瓷层外部的凸起与两个可伐环的底面通过钎焊密封，两个可伐环与不锈钢法兰通过氩弧焊密封。

优选地，所述的陶瓷层为95％Al₂O₃陶瓷层。

优选地，所述的钎焊的钎料为Ag-Cu28共晶组分钎料。

优选地，所述的可伐环和无氧铜环的厚度均为0.5～1mm。

优选地，所述的不锈钢法兰上开有一个进行气体泄漏率检测的检测孔。

本实用新型将陶瓷与金属进行钎焊，降低钎焊过程中产生的残余应力，具有耐高温、耐高压、抗腐蚀、耐辐射、耐过载、防水、密封、耐火等特征，适用于核电站中工作环境较恶劣、在事故工况中仍要求能够正常工作的电气贯穿件中，满足核电站对电气贯穿件日益严苛的技术要求。

附图说明

图1为一种用于核电站的电气贯穿件馈通线的结构示意图；

图2为95％Al₂O₃陶瓷层的结构示意图；

图3为不锈钢法兰的结构示意图；

图4为真空炉中钎焊工艺曲线。

具体实施方式

为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本实用新型为一种用于核电站的电气贯穿件馈通线，通过设计合理的结构与工艺，将陶瓷与金属进行钎焊，降低钎焊过程中产生的残余应力，可满足核岛内耐高温、高压、辐照、抗腐蚀、防水、密封、耐火的要求，并能在核电站整个寿命周期内以及事故状态时正常工作。如图1所示，由用于安装在贯穿件筒体内的不锈钢法兰4、陶瓷层以及设于中间层的无氧铜棒1组成。无氧铜棒1外层为陶瓷层，陶瓷层的外表面成波纹管状，增加爬电距离。陶瓷层的外层为不锈钢法兰4；陶瓷层表面先用活化Mo-Mn法进行金属化处理，再电镀一层镍，从而改善钎料的润湿性。

陶瓷层外侧与可伐环钎焊，可伐环再与不锈钢法兰4氩弧焊密封；陶瓷层内部与无氧铜棒1钎焊密封，无氧铜棒1与陶瓷层间的空间、陶瓷层与不锈钢法兰4间的空间均可用无氧铜环或可伐环过渡。

无氧铜环塑形较好，屈服极限低，钎焊时，内应力超过其屈服极限，无氧铜环发生塑性变形，内应力就不再增加。可伐与陶瓷的热膨胀系数接近，钎焊时，因膨胀收缩而产生的内应力较小。因此，陶瓷层与无氧铜棒1钎焊时，用无氧铜环或可伐环作为过渡层，可有效降低钎焊后的残余应力。

陶瓷层的外部设有凸起3-3，陶瓷层外部的凸起3-3与两个可伐环的底面通过钎焊密封，两个可伐环与不锈钢法兰4通过氩弧焊密封。钎焊缝与氩弧焊缝主要起密封作用。不锈钢法兰4底部的与凸起3-3相匹配的台阶4-1主要起承压作用。

本实施例中，陶瓷层为95％Al₂O₃陶瓷层3，无氧铜棒1与陶瓷层内表面采用钎焊密封，中间用无氧铜环来缓解钎焊过程中产生的残余应力。

如图2所示，95％Al₂O₃陶瓷层3沿轴向左侧内壁开有第一圆柱孔3-1，95％Al₂O₃陶瓷层3沿轴向右侧外壁开有第二圆柱孔3-2，第一圆柱孔3-1和第二圆柱孔3-2通过180°环形孔连接。

如图3所示，不锈钢法兰4上开有一个检测孔4-2。用于在馈通线制造完成后，进行馈通线气体泄漏率的检测。

选用钎焊的钎料为Ag-Cu28共晶组分钎料，钎料润湿性和延展性较好，在下述温度曲线下能达到焊接性能。

钎焊设备为真空炉或氢气炉。若采用真空炉，钎焊工艺，如图4所示，在500℃保温60min，在755℃保温90min，避免升温速率过快，产生较大的应力。钎焊温度为820℃，钎焊时间为5min，保证钎料充分扩散反应，后随炉冷却。

本实用新型的馈通线全都是由无机物(不锈钢法兰4、可伐环(或无氧铜环)、95％Al₂O₃陶瓷层3、无氧铜棒1、Ag-Cu28钎料)组成，不锈钢法兰4、可伐环(或无氧铜环)、95％Al₂O₃陶瓷层3、无氧铜棒1的熔点均超过1000℃，Ag-Cu28钎料的共晶点为779.4℃，通过钎焊得到的焊缝导热性和导电性较好，基本无焊接缺陷，因此本馈通线可在较高温度下长期工作。