一種核反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝制造技術

本發明專利技術公開了一種核反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝，所述工藝包括：首先進行鋯合金單元和不銹鋼單元的結構設計，然后進行所述鋯合金單元表面改性處理，然后將所述鋯合金單元和所述不銹鋼單元進行清洗組裝，然后將組裝好后的部件進行低溫預處理，最后將低溫預處理后的部件進行釬焊，實現了釬料不會對基體母材進行溶蝕，接頭的抗高溫水腐蝕性能好，韌性較高，且沒有采用含鈹的釬料對人體危害較小，不會出現鋯合金母材相變晶粒長大現象，結構件性能較好的技術效果。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及核動力裝備焊接
，尤其涉及一種核反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝。
技術介紹
鋯合金與不銹鋼過渡接頭是反應堆燃料包殼實驗裝置中鋯合金燃料包殼管和不銹鋼電加熱元件套管連接用結構件。該實驗裝置模擬核反應堆堆內運行狀態，考驗燃料元件在正常運行和事故工況下燃料包殼材料的各種狀態。過渡接頭結構件為管狀結構，長度為100mm，外徑為￠10mm～￠12mm，內徑為￠6mm，由鋯合金和不銹鋼通過焊接而成（請參考附圖1）。鋯合金與不銹鋼焊接性能很差，主要有兩方面原因：（1）脆性金屬間化合物的形成，使得接頭機械強度和耐腐蝕性能降低。（2）兩種材料熱膨脹系數相差很大，連接后會造成很大的熱應力。目前，真空釬焊和中間添加過渡層的爆炸焊和真空擴散焊等可以獲得綜合性能比較好的過渡接頭。文獻《Hard-Soldering?Method，Particularly?for?Joining?Nuclear-Reactor?Components》采用銀基釬料硬釬焊工藝進行鋯合金與不銹鋼釬焊連接。為了減少釬焊區域脆性金屬間化合物形成提高結構件性能，通過在鋯合金母材上預先涂上釬料，然后加熱不銹鋼，再將處于冷態的鋯合金放在不銹鋼上，利用不銹鋼自身的熱傳輸進行鋯合金與不銹鋼釬焊連接，釬焊時間控制在1~2?秒。通過控制釬焊時間，減少釬焊區域脆性金屬化合物形成。板形結構單元應施加1~4Kg的壓力，管-管結構單元利用不銹鋼與鋯合金線膨脹系數差異進行約束。文獻《Zirconium?Brazing?System》采用不添加鈷的不銹鋼-鋯釬料進行堆內鋯合金燃料組件套管與不銹鋼支撐架釬焊，釬焊溫度約為1150℃。文獻《鋯合金與不銹鋼連接技術》指出用銀、銀-銦和鋯-鈹5%釬料進行鋯合金與不銹鋼釬焊，可以獲得具有一定強度的接頭。從目前公開的文獻來看，鋯合金與不銹鋼釬焊主要問題是釬料與鋯合金母材過合金化造成的溶蝕問題和母材晶粒長大問題。因為鋯合金活性很好，可同大多數熔化的釬料發生過合金化，導致釬料對基體母材的溶蝕，并且隨著釬焊時間加長，溶蝕加劇。采用銀、銀-銦和鋯-鈹5%進行鋯合金與不銹鋼釬焊，接頭的抗高溫水腐蝕性能差，韌性普遍比較低，這是因為在釬焊區域形成了脆性相。另外含鈹的釬料，由于劇毒對人體危害巨大，使用時需要有可靠的防護措施。采用不銹鋼-鋯釬料釬焊，由于釬焊溫度達到了1150℃，會出現鋯合金母材相變晶粒長大現象，導致結構件性能下降。綜上所述，本申請專利技術人在實現本申請實施例中專利技術技術方案的過程中，發現上述技術至少存在如下技術問題：在現有技術中，由于鋯合金活性很好，可同大多數熔化的釬料發生過合金化，導致釬料對基體母材的溶蝕，并且隨著釬焊時間加長，溶蝕加劇，采用銀、銀-銦和鋯-鈹5%進行鋯合金與不銹鋼釬焊，接頭的抗高溫水腐蝕性能差，韌性普遍比較低，這是因為在釬焊區域形成了脆性相，另外含鈹的釬料，由于劇毒對人體危害巨大，使用時需要有可靠的防護措施，采用不銹鋼-鋯釬料釬焊，由于釬焊溫度達到了1150℃，會出現鋯合金母材相變晶粒長大現象，導致結構件性能下降，所以，現有技術中的反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝存在釬料對基體母材的溶蝕，并且隨著釬焊時間加長，溶蝕加劇，接頭的抗高溫水腐蝕性能差，韌性普遍比較低，且采用含鈹的釬料對人體危害較大，以及會出現鋯合金母材相變晶粒長大現象，導致結構件性能下降的技術問題。
技術實現思路
本專利技術提供了一種核反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝，解決了現有技術中的反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝存在釬料對基體母材的溶蝕，并且隨著釬焊時間加長，溶蝕加劇，接頭的抗高溫水腐蝕性能差，韌性普遍比較低，且采用含鈹的釬料對人體危害較大，以及會出現鋯合金母材相變晶粒長大現象，導致結構件性能下降的技術問題，實現了釬料不會對基體母材進行溶蝕，接頭的抗高溫水腐蝕性能好，韌性較高，且沒有采用含鈹的釬料對人體危害較小，不會出現鋯合金母材相變晶粒長大現象，結構件性能較好的技術效果。為解決上述技術問題，本申請實施例提供了一種核反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝，所述工藝包括：首先，進行鋯合金單元和不銹鋼單元的結構設計；然后，進行所述鋯合金單元表面改性處理；然后，將所述鋯合金單元和所述不銹鋼單元進行清洗組裝；然后，將組裝好后的部件進行低溫預處理；最后，將低溫預處理后的部件進行釬焊。進一步的，所述工藝步驟在釬焊后還包括：將釬焊后的部件進行性能檢測；將性能檢測后的部件進行成品加工。進一步的，所述釬焊用母材為鋯合金和不銹鋼，其中，鋯合金牌號為Zr-2或Zr-4，不銹鋼牌號為0Cr18Ni10Ti。進一步的，所述進行鋯合金單元和不銹鋼單元的結構設計具體為：將所述鋯合金單元的下端加工為直徑為第一直徑的圓柱狀；在所述不銹鋼單元上端設置一直徑為第二直徑的圓柱凹槽，其中，所述第二直徑的值大于等于所述第一直徑的值。進一步的，所述進行所述鋯合金單元表面改性處理具體為：在鋯合金表面離子注Ti，通過真空離子注入Ti工藝，在鋯合金釬焊面形成一層Ti的保護層。進一步的，所述將所述鋯合金單元和所述不銹鋼單元進行清洗組裝具體為：將待焊的鋯合金和不銹鋼結構單元進行去油處理，按照釬料與粘接劑的預設配比進行配料，并預先將釬料刷涂在釬焊結合面上及釬料流入端。進一步的，所述將低溫預處理后的部件進行釬焊具體為：采用真空釬焊工藝進行鋯合金與不銹鋼釬焊，釬焊方位為垂直漫流，釬焊工藝參數如下：a工作真空度：≤5×10-2；b釬焊溫度：960℃～980℃；c保溫時間：5?min～15min；d降溫方式：真空狀態下隨爐冷卻。本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：由于采用了首先進行鋯合金單元和不銹鋼單元的結構設計，然后進行所述鋯合金單元表面改性處理，然后將所述鋯合金單元和所述不銹鋼單元進行清洗組裝，然后將組裝好后的部件進行低溫預處理，最后將低溫預處理后的部件進行釬焊的工藝進行鋯合金與不銹鋼釬焊連接，即，根據燃料包殼實驗裝置用鋯合金與不銹鋼過渡接頭的使用要求，采用鎳基釬料進行了鋯合金和不銹鋼釬焊，通過鋯合金表面離子注入工藝，在鋯合金表面形成Ti保護層，阻斷釬料與鋯合金高溫反應。焊件檢驗結果表明，鎳基釬料對母材的潤濕性較好，與鋯合金和不銹鋼均形成了一定厚度的擴散層，Ti層與母材結合良好，沒有高溫溶蝕跡象，所以，有效解決了現有技術中的反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝存在釬料對基體母材的溶蝕，并且隨著釬焊時間加長，溶蝕加劇，接頭的抗高溫水腐蝕性能差，韌性普遍比較低，且采用含鈹的釬料對人體危害較大，以及會出現鋯合金母材相變晶粒長大現象，導致結構件性能下降的技術問題，進而實現了釬料不會對基體母材進行溶蝕，接頭的抗高溫水腐蝕性能好，韌性較高，且沒有采用含鈹的釬料對人體危害較小，不會出現鋯合金母材相變晶粒長大現象，結構件性能較好的技術效果。附圖說明圖1是本申請中鋯合金與不銹鋼過渡接頭的結構示意圖；圖2是本申請實施例一中鋯合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種核反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝，其特征在于，所述工藝包括：進行鋯合金單元和不銹鋼單元的結構設計；進行所述鋯合金單元表面改性處理；將所述鋯合金單元和所述不銹鋼單元進行清洗組裝；將組裝好后的部件進行低溫預處理；將低溫預處理后的部件進行釬焊。

【技術特征摘要】
1.一種核反應堆用鋯合金與不銹鋼釬焊連接工藝，其特征在于，所述工藝包括：
進行鋯合金單元和不銹鋼單元的結構設計；
進行所述鋯合金單元表面改性處理；
將所述鋯合金單元和所述不銹鋼單元進行清洗組裝；
將組裝好后的部件進行低溫預處理；
將低溫預處理后的部件進行釬焊。
2.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于，所述工藝步驟在釬焊后還包括：
將釬焊后的部件進行性能檢測；
將性能檢測后的部件進行成品加工。
3.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于，所述釬焊用母材為鋯合金和不銹鋼，其中，鋯合金牌號為Zr-2或Zr-4，不銹鋼牌號為0Cr18Ni10Ti。
4.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于，所述進行鋯合金單元和不銹鋼單元的結構設計具體為：
將所述鋯合金單元的下端加工為直徑為第一直徑的圓柱狀；
在所述不銹鋼單元上端設置一直徑為第二直徑...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊軍，王飛，朱金霞，薛敬凱，羅緒珍，王建，馬勇哲，劉曉榮，
申請(專利權)人：中國核動力研究設計院，
類型：發明
國別省市：四川;51