一種鎳基合金耐壓殼及其實施方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及壓水堆核電站控制棒驅動機構技術領域，具體地，涉及一種鎳基合金耐壓殼及其實施方法。
【背景技術】
[0002]壓水堆控制棒驅動機構安裝在反應堆壓力容器頂蓋上，它能夠按照指令帶動控制棒組件在堆芯內上下運動，保持控制棒組件在指令高度；也可以通過斷電釋放控制組件，使其在重力作用下快速插入堆芯，完成反應堆的啟動、調節功率、保持功率、正常停堆和事故停堆等功能。同時，控制棒驅動機構的耐壓殼是反應堆壓力邊界的組成部分。
[0003]目前國際上在役的二代(含二代改進型)壓水堆核電站多采用L-106A型及其衍生型號(以下簡稱A型)的控制棒驅動機構，而正在建設的三代壓水堆核電站則多采用L-106B型及其衍生型號(以下簡稱B型)的控制棒驅動機構。A型和B型的控制棒驅動機構6在堆頂上的固定方式，均為金屬貫穿件5插入反應堆壓力容器7頂蓋并焊接后，與反應堆壓力容器7頂蓋形成整體。控制棒驅動機構6在反應堆中的位置如圖1所示。控制棒驅動機構6的耐壓殼屬于反應堆一回路壓力邊界，同時起到支承驅動機構和工作載荷的作用。因而，控制棒驅動機構的壓力邊界也可以統稱為耐壓殼，一般包含密封殼組件與驅動桿行程套管組件。
[0004]A型控制棒驅動機構的耐壓殼結構:
A型控制棒驅動機構耐壓殼由排氣閥1、端塞2、行程套管3、密封殼4、T型螺紋接頭8、貫穿件5等部分組成。T型螺紋接頭8與密封殼4通過T型螺紋連接，并用Ω焊縫密封，行程套管3與密封殼4、端塞2與行程套管3之間，均通過類似的連接方式和密封方式，T型螺紋接頭8與貫穿件5之間通過對接焊縫連接。這樣，A型控制棒驅動機構由上、中、下三道Ω焊縫和I條對接焊縫組焊而成。其結構如圖2、圖3、圖4、圖5所顯示。
[0005]B型控制棒驅動機構的耐壓殼結構:
B型控制棒驅動機構的密封殼4與貫穿件5直接對接焊為整體(即:密封殼貫穿件一體件)，取消了下部Ω焊縫；行程套管3則用鍛件加工成深盲孔，取消了上部Ω焊縫(即:一體化深盲孔結構行程套管)。密封殼4與行程套管3之間仍然沿用A型的螺紋連接并用Ω焊縫密封的方式。B型驅動機構的耐壓殼結構如圖6、圖7所顯示，包含I條Ω焊縫和I條對接焊縫。
[0006]壓水堆控制棒驅動機構所處的運行環境為高溫、高壓、有輻照，因此作為壓力邊界之一的控制棒驅動機構耐壓殼必須滿足耐高溫、高壓、耐應力腐蝕等要求，所以希望焊縫少、結構牢固可靠。
[0007]A型控制棒驅動機構耐壓殼由排氣閥1、端塞2、行程套管3、密封殼4、T型螺紋接頭8、貫穿件5通過上、中、下三道Ω焊縫和一道異種金屬對接焊縫組焊而成，這三道Ω焊縫是整個耐壓殼的薄弱環節，存在應力腐蝕產生裂紋導致泄漏的風險。此外，排氣閥I和端塞2采用的為機械硬密封，對兩者相配的硬密封錐面精度要求很高，提高了制造難度，且機械連接可靠性不高存在密封面磨損或旋塞螺紋擰緊力不夠，在高溫高壓下反應堆冷卻劑泄漏的風險。
[0008]B型控制棒驅動機構的密封殼4為奧氏體不銹鋼，貫穿件5則為鎳基合金，在結構上采用異種金屬對接焊的方式將密封殼4和貫穿件5焊接成整體，以取消原A型結構中的下部Ω焊縫；行程套管3采用奧氏體不銹鋼材料，設計成深盲孔結構，以取消上部Ω焊縫。
[0009]由于較之A型控制棒驅動機構的耐壓殼，B型則少了兩條Ω焊縫，安全性有較大提高。但中部Ω焊縫仍存在泄露風險，且密封殼4與貫穿件5之間的一條異種鋼對接焊縫制造難度大、檢查成本高，仍然存在焊縫裂紋等風險。
[0010]因此設計出更加安全可靠的耐壓殼結構，以減少耐壓殼的泄漏風險和加工制造難度，具有工程應用的實際價值。
【發明內容】
[0011]本發明所要解決的技術問題是提供一種提升安全性、減少檢修難度、降低制造成本的鎳基合金耐壓殼及其實施方法。
[0012]本發明解決上述問題所采用的技術方案是:
一種鎳基合金耐壓殼，由采用鎳基合金鍛件機加制造的密封殼貫穿件一體件和一體化深盲孔結構行程套管構成，密封殼貫穿件一體件由一體成型的密封殼部和貫穿件部構成，一體化深盲孔結構行程套管為整體式上端堵死的盲管結構，一體化深盲孔結構行程套管與密封殼貫穿件一體件的密封殼部之間采用螺紋連接并用鎳基合金材質焊縫密封，所述一體化深盲孔結構行程套管為采用鎳基合金鍛件或奧氏體不銹鋼鍛件機加制造而成，當一體化深盲孔結構行程套管采用奧氏體不銹鋼鍛件機加制造而成時，一體化深盲孔結構行程套管在與密封殼貫穿件一體件的密封殼部焊接連接的位置處預焊接有一個鎳基合金環，所述的用于密封一體化深盲孔結構行程套管與密封殼貫穿件一體件之間間隙的鎳基合金材質焊縫設置于鎳基合金環與密封殼貫穿件一體件的密封殼部之間。
[0013]本發明耐壓殼的密封殼貫穿件一體件采用整體鎳基合金鍛件加工而成，完全取消了密封殼與貫穿件的對接焊縫，徹底消除了焊縫泄漏的風險，提升了整個密封殼的安全性，進一步減少核電站檢修難度、降低制造成本和檢修成本，簡化了控制棒驅動機構在役檢查時的工作量，且提高了耐高溫與耐腐蝕性能。耐壓殼中部的焊縫為鎳基合金材質，密封殼貫穿件一體件和一體化深盲孔結構行程套管與鎳基合金焊材焊接接觸的部分也均為鎳基合金，因此該鎳基合金焊縫抗應力腐蝕能力大幅提高，降低了焊縫泄漏的風險。
[0014]可選的，所述的一體化深盲孔結構行程套管與密封殼貫穿件一體件的密封殼部上均設置有用于形成Ω焊縫的Ω焊接坡口，當一體化深盲孔結構行程套管采用奧氏體不銹鋼鍛件機加制造而成時，一體化深盲孔結構行程套管上的Ω焊接坡口由焊接于一體化深盲孔結構行程套管上的鎳基合金環經機加工形成，加工有Ω焊接坡口的一體化深盲孔結構行程套管與密封殼貫穿件一體件的密封殼部之間采用螺紋連接并用鎳基合金材質Ω焊縫密封。
[0015]由于一體化深盲孔結構行程套管用于形成Ω焊縫的Ω焊接坡口為鎳基合金材質(一體化深盲孔結構行程套管為采用鎳基合金鍛件機加制造而成時該Ω焊接坡口自然為鎳基合金材質，一體化深盲孔結構行程套管為采用奧氏體不銹鋼鍛件機加制造而成時該Ω焊接坡口由焊接于一體化深盲孔結構行程套管上的鎳基合金環經機加工形成，故該Ω焊接坡口也為鎳基合金材質)、密封殼貫穿件一體件為鎳基合金材質、焊材為鎳基合金焊材，故該Ω焊縫為鎳基合金Ω焊縫；其抗應力腐蝕能力比B型耐壓殼的奧氏體不銹鋼Ω焊縫明顯提高；如果此處的Ω焊縫再適當加大焊耳部分的厚度，則可以大大減少焊縫泄漏的風險，同時并不會對以后可能需要進行的Ω焊縫切割造成不利影響。
[0016]可選的，也可一體化深盲孔結構行程套管與密封殼貫穿件一體件的密封殼部上均不設置Ω焊接坡口，一體化深盲孔結構行程套管與密封殼貫穿件一體件的密封殼部間采用角焊縫的方式連接，以替代原密封殼與行程套管之間的Ω焊縫，從而進一步減少耐壓殼的焊縫泄漏風險。
[0017]通過對比鎳基合金(如Inconel690)與奧氏體不銹鋼(如00Crl8Nil0N)力學性能，Inconel690鎳基合金在常溫以及350°C高溫下的力學性能指標均高于00Crl8Nil0N，而耐壓殼的工況溫度為310°C左右，可見全鎳基合金的耐壓殼在力學性能和抗應力腐蝕性能上都優于傳統的奧氏體不銹鋼耐壓殼。
[0018]所述的鎳基耐壓殼的實施方法，包括以下步驟:
51、采用經過檢驗合格的鎳基合金鍛件將密封殼貫穿件一體件加工成型；
52、采用經過檢驗合格的鎳基合金鍛件將一體化深盲孔結構行程套管完全加工成型； 或者采用經過檢驗合格的不銹鋼鍛件將一體化深盲孔結構行程套管粗加工成型，再采用鎳基合金焊絲將鎳基合金環焊接于已完成粗加工的一體化深盲孔結構行程套管基體上，然后完成一體化深盲孔結構行程套管的整體加工；<