專利名稱：核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)鉤爪的鈷基合金堆焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接工藝，更具體地說(shuō)，涉及用于核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)鉤爪的鈷基合金堆焊方法。
背景技術(shù)：
控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是核電站反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，是反應(yīng)堆本體上唯一的動(dòng)設(shè)備，鉤爪組件作為其動(dòng)作部件，依靠?jī)山M鉤爪按時(shí)序運(yùn)動(dòng)的擺進(jìn)擺出，從而完成驅(qū)動(dòng)桿帶動(dòng)堆芯控制棒提升、下插動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆啟動(dòng)、功率調(diào)節(jié)、功率保持、正常停堆和事故停堆等功能。鉤爪耐磨、耐熱、耐蝕等特性直接決定整個(gè)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用壽命。目前的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的鉤爪表面和銷(xiāo)孔等，國(guó)內(nèi)還未有公開(kāi)的鉤爪銷(xiāo)孔堆焊相關(guān)技術(shù)，使得鉤爪的耐磨、 耐熱、耐蝕等特性表現(xiàn)并不突出，從而影響了整個(gè)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種對(duì)鉤爪進(jìn)行合金堆焊、提高鉤爪耐磨、耐熱、耐蝕等性能的核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)鉤爪的合金堆焊方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)鉤爪的鈷基合金堆焊方法，包括以下步驟
Si堆焊前預(yù)處理；
S2:對(duì)堆焊前的所述鉤爪進(jìn)行預(yù)熱；
S3:采用氧乙炔焰焊，并調(diào)節(jié)氣焊火焰為碳化焰來(lái)對(duì)所述鉤爪的待堆焊表面進(jìn)行加熱； 當(dāng)所述鉤爪的待堆焊表面出現(xiàn)潤(rùn)濕現(xiàn)象時(shí)，將鈷基合金焊絲插入所述氣焊火焰中，熔化后滴入呈潤(rùn)濕狀態(tài)的待堆焊表面上；
S4:對(duì)經(jīng)過(guò)所述步驟S3處理的所述鉤爪進(jìn)行后處理。在本發(fā)明的合金堆焊方法中，所述鉤爪為奧氏體不銹鋼鍛棒，并且，所述鉤爪的齒面部位及銷(xiāo)孔部位加工成所述待堆焊表面；
所述合金焊絲為鈷基合金焊絲。在本發(fā)明的合金堆焊方法中，所述鉤爪為Z2CN19_10+&奧氏體不銹鋼鍛棒；所述合金焊絲為Mellite-6鈷基合金焊絲。在本發(fā)明的合金堆焊方法中，所述待堆焊表面為所述鉤爪的銷(xiāo)孔內(nèi)壁面，在所述步驟S3操作過(guò)程中，保持所述銷(xiāo)孔形成一個(gè)通氣孔。在本發(fā)明的合金堆焊方法的所述步驟Sl中，包括以下步驟
Sl-I 加工所述鉤爪的待堆焊表面，消除氣孔、去除毛刺，并清潔所述待堆焊表面； S1-2:對(duì)所述待堆焊表面及靠近所述待堆焊表面的位置進(jìn)行液體滲透檢查； S1-3:選擇所述待堆焊表面處于平焊位置，或者，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置帶動(dòng)所述鉤爪轉(zhuǎn)動(dòng)而使所述待堆焊表面處于平焊位置。
在本發(fā)明的合金堆焊方法的所述步驟S2中，將所述鉤爪放入加熱爐中，并逐漸升溫，均勻?qū)λ鲢^爪進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度高于200°C。在本發(fā)明的合金堆焊方法的所述步驟S3中，包括以下步驟
S3-1 選用氧乙炔焰焊，調(diào)節(jié)所述氧乙炔焰焊的火焰為碳化焰，保持火焰的外焰長(zhǎng)為焰心長(zhǎng)的1. 5-3. 5倍，利用焰心對(duì)準(zhǔn)所述鉤爪的待堆焊表面進(jìn)行加熱；
S3-2:當(dāng)所述待堆焊表面加熱至潤(rùn)濕狀態(tài)的瞬間，將火焰的焰心提高與所述待堆焊表面保持一定距離，并將所述合金焊絲插入火焰的焰心與內(nèi)焰的交接處，使熔化后的合金焊絲的金屬熔滴進(jìn)入呈現(xiàn)潤(rùn)濕狀態(tài)的待堆焊表面上，同時(shí)使之均勻擴(kuò)展。在本發(fā)明的合金堆焊方法的步驟S3-2中，當(dāng)熔化后的合金焊絲熔滴均勻分布到潤(rùn)濕狀態(tài)的待堆焊表面時(shí)，開(kāi)始旋轉(zhuǎn)所述鉤爪使火焰一分為二，一部分保護(hù)熔池，一部分加熱所述鉤爪的相鄰待堆焊表面，使之呈現(xiàn)潤(rùn)濕狀態(tài)實(shí)施連續(xù)堆焊。在本發(fā)明的合金堆焊方法的所述步驟S3中，還包括步驟S3-3 當(dāng)所述待堆焊表面完成堆焊時(shí)，移動(dòng)所述火焰在熔池上方劃圓圈或者繼續(xù)向前移動(dòng)一段距離，使得火焰逐漸緩慢離開(kāi)熔池。在本發(fā)明的合金堆焊方法的所述步驟S4中，將經(jīng)步驟S3處理的所述鉤爪放入熱處理爐內(nèi)緩慢冷卻，并保持在與步驟S2的預(yù)熱溫度相同的溫度下一段時(shí)間。實(shí)施本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明通過(guò)堆焊前的預(yù)熱處理，并采用碳化焰進(jìn)行合金堆焊，從而在鉤爪的待堆焊表面形成合金堆焊層，顯著地提高了鉤爪的耐磨、耐熱、 耐蝕等性能，制造出適合核電站使用的鉤爪，提升了核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用壽命。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中
圖1是本發(fā)明合金堆焊方法應(yīng)用的一個(gè)實(shí)施例的鉤爪的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1中A-A剖視示意圖； 圖3是圖1中B-B剖視示意圖。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的合金堆焊方法的一個(gè)實(shí)施例中，可用于核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)鉤爪10 的待堆焊表面12進(jìn)行堆焊處理。在本實(shí)施例中，該鉤爪10的待堆焊表面12為鉤爪10銷(xiāo)孔11的內(nèi)壁面；當(dāng)然，該合金堆焊方法也可以用于鉤爪10的其他待堆焊表面，如鉤爪10齒面部位等。該合金堆焊方法包括以下步驟
a、堆焊前的預(yù)處理；
b、對(duì)堆焊前的鉤爪10進(jìn)行預(yù)熱； C、堆焊的實(shí)施；
d、對(duì)堆焊后的后處理；
e、堆焊后的檢查。下面以鉤爪10的銷(xiāo)孔11的內(nèi)壁面為待堆焊表面12進(jìn)行說(shuō)明，如圖1-3所示，是該鉤爪10的銷(xiāo)孔11堆焊前的結(jié)構(gòu)示意圖。鉤爪10母材選用Z2CN19-10+N2奧氏體不銹鋼鍛棒，當(dāng)然，也可以選用其他符合要求的奧氏體不銹鋼鍛棒或其他材質(zhì)做成。
a、堆焊前的預(yù)處理
在堆焊前，將鉤爪10加工成如圖1-3所示的待堆焊表面12，并消除待堆焊表面12及其附近10-20mm范圍內(nèi)的氣孔、去除毛刺或其他可能影響堆焊層質(zhì)量的缺陷，并清潔待堆焊表面12，去除油脂、油滴或其他可能影響堆焊層質(zhì)量的雜質(zhì)。另外，對(duì)待堆焊表面12及靠近待堆焊表面12的位置(如10_20mm附近)進(jìn)行液體滲透檢查，不允許有任何缺陷顯示。然后，將待堆焊表面12放置處于平焊位置，或者，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置帶動(dòng)鉤爪10轉(zhuǎn)動(dòng)而使待堆焊表面12處于平焊位置，準(zhǔn)備進(jìn)行堆焊操作。當(dāng)然，在堆焊前，還應(yīng)檢查合金焊絲的表面質(zhì)量，保證合金焊絲表面應(yīng)光潔、無(wú)氧化物、無(wú)油脂等影響焊接質(zhì)量的雜質(zhì)。b、對(duì)堆焊前的鉤爪10進(jìn)行預(yù)熱
將經(jīng)步驟a處理好的鉤爪10放入加熱爐(如電加熱爐)內(nèi)，使?fàn)t內(nèi)逐漸升溫，均勻地對(duì)鉤爪10進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度高于200°C。C、堆焊的實(shí)施；
在本實(shí)施例中，選用^ellite-6鈷基合金焊絲作為焊接填充材料，焊炬選用改進(jìn)型射吸式焊炬，采用氧乙炔焊焰進(jìn)行加熱堆焊。本實(shí)施例采用Mellite-6鈷基合金焊絲在鉤爪10齒面部位及與連桿連接的銷(xiāo)孔 11部位堆焊，可充分減少鉤爪10在工作過(guò)程中的磨損。同時(shí)，氧乙炔焰焊單層堆焊稀釋率僅為1 10%，熔深可控制在0. Imm以內(nèi)，可在很小面積上堆焊，得到薄而光滑的堆焊層；氧乙炔碳化焰的滲碳作用，可充分保證鉤爪10特殊的增碳要求和耐磨性能。Cl)、在堆焊過(guò)程中選用氧乙炔焰焊，調(diào)節(jié)并保持氧乙炔焰焊的火焰為碳化焰，保持火焰的外焰長(zhǎng)為焰心長(zhǎng)的1. 5-3. 5倍，利用焰心對(duì)準(zhǔn)鉤爪10的待堆焊表面12進(jìn)行加熱， 當(dāng)鉤爪10的待堆焊表面12開(kāi)始熔化，出現(xiàn)潤(rùn)濕現(xiàn)象時(shí)，便立即進(jìn)行堆焊。本實(shí)施例采用氧乙炔焰焊，可避免以下問(wèn)題
——采用焊條電弧堆焊的問(wèn)題①焊條母材性能無(wú)法滿足工件的使用要求；②焊條電弧焊無(wú)法滿足熔敷金屬的增碳要求；③焊條電弧焊的加熱溫度過(guò)高；④孔內(nèi)操作焊條電弧焊，焊條弧柱區(qū)將拉長(zhǎng)，弧柱剛性難以控制。——采用鎢極氬弧焊的問(wèn)題①焊接溫度過(guò)高，容易造成某些元素?zé)龘p；②孔內(nèi)熔合性差；③操作性不好，焊接缺陷嚴(yán)重，易造成夾鎢。c2)、當(dāng)待堆焊表面12加熱至潤(rùn)濕狀態(tài)的瞬間，將焊炬的焊嘴略微提高，將火焰的焰心提高與待堆焊表面12保持一定距離，如2-3mm，并將處于銷(xiāo)孔11外面的合金焊絲插入火焰的焰心與內(nèi)焰的交接處，使熔化后的合金焊絲的金屬熔滴進(jìn)入呈現(xiàn)潤(rùn)濕狀態(tài)的待堆焊表面12上，同時(shí)使之均勻擴(kuò)展。堆焊開(kāi)始后，盡量避免焊嘴出現(xiàn)前后晃動(dòng)的現(xiàn)象，保持焊嘴與堆焊位置的相對(duì)性。 當(dāng)熔化后的合金焊絲熔滴均勻分布到潤(rùn)濕狀態(tài)的待堆焊表面12時(shí)，開(kāi)始旋轉(zhuǎn)鉤爪10使火焰一分為二，一部分保護(hù)熔池，一部分加熱鉤爪10的相鄰待堆焊表面12，使之呈現(xiàn)潤(rùn)濕狀態(tài)實(shí)施連續(xù)堆焊，完成產(chǎn)品的焊接。c3)、堆焊過(guò)程中，堆焊熔池及熔化的合金焊絲頭必須始終處于火焰保護(hù)當(dāng)中，不得將合金焊絲插入焰心部位或?qū)⒀嫘呐c熔池接觸以免造成過(guò)度滲碳或“爆槍”。
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c4)、在堆焊收尾時(shí)，即當(dāng)待堆焊表面12完成堆焊時(shí)，不得急速將焊炬從堆焊區(qū)域拿開(kāi)，應(yīng)適當(dāng)在移動(dòng)焊炬，使火焰在熔池上方劃圓圈或者繼續(xù)向前移動(dòng)一段距離，使得火焰逐漸緩慢離開(kāi)熔池，減小溫度梯度，以免造成堆焊層金屬疏松、縮孔、龜裂等缺陷。c5)、在堆焊過(guò)程中，操作者應(yīng)始終保持在堆焊銷(xiāo)孔11形成一個(gè)Φ2 Φ3πιπι的通氣孔，以免在焊接過(guò)程中形成氣體回流現(xiàn)象，造成“爆槍”和密集性體積缺陷。d、對(duì)堆焊后的后處理
將堆焊完成后的整個(gè)鉤爪10放入熱處理爐內(nèi)緩慢冷卻，并保持在與預(yù)熱溫度相同的溫度下至少一段時(shí)間，如10-20分鐘。經(jīng)此處理的鉤爪10不需要進(jìn)行尺寸穩(wěn)定化處理或消除應(yīng)力熱處理，堆焊表面既不需要酸洗，也不需要鈍化，大大簡(jiǎn)化了鉤爪10的制作。e、堆焊后的檢查
堆焊后銷(xiāo)孔11內(nèi)部采用目視檢驗(yàn)和滲透檢驗(yàn)。堆焊層表面應(yīng)無(wú)明顯差異和稀釋痕跡，不允許有任何的開(kāi)裂、裂紋、未熔合、夾渣和夾鎢。液體滲透檢查，不允許在堆焊層或熔合區(qū)有任何線性顯示(長(zhǎng)為寬的3倍)；不允許有大于1. 5mm圓形顯示，如果最終機(jī)加工后要求的最小厚度小于1. 5mm,圓形顯示的最大允許尺寸為該厚度；允許有一個(gè)液體滲透顯示。經(jīng)上述處理的鉤爪10可完全滿足核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)鉤爪10的使用要求，通過(guò)焊后檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)任何超標(biāo)缺陷，硬度在合格范圍內(nèi)，形成的堆焊層與鉤爪10母材結(jié)合緊密，堆焊層有一定的韌性，硬度分布均勻；并使鉤爪10在保證基材具有良好綜合機(jī)械性能的前提下，在鉤爪10的待堆焊表面12形成合金堆焊層，顯著地提高了鉤爪10的耐磨、耐熱、耐蝕等性能，制造出適合核電站使用的鉤爪10，提升了核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)鉤爪的鈷基合金堆焊方法，其特征在于，包括以下步驟Si堆焊前預(yù)處理；S2:對(duì)堆焊前的所述鉤爪進(jìn)行預(yù)熱；S3:采用氧乙炔焰焊，并調(diào)節(jié)氣焊火焰為碳化焰來(lái)對(duì)所述鉤爪的待堆焊表面進(jìn)行加熱； 當(dāng)所述鉤爪的待堆焊表面出現(xiàn)潤(rùn)濕現(xiàn)象時(shí)，將鈷基合金焊絲插入所述氣焊火焰中，熔化后滴入呈潤(rùn)濕狀態(tài)的待堆焊表面上；S4:對(duì)經(jīng)過(guò)所述步驟S3處理的所述鉤爪進(jìn)行后處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金堆焊方法，其特征在于，所述鉤爪為奧氏體不銹鋼鍛棒， 并且，所述鉤爪的齒面部位及銷(xiāo)孔部位加工成所述待堆焊表面；所述合金焊絲為鈷基合金焊絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合金堆焊方法，其特征在于，所述鉤爪為Z2CN19-10+N2奧氏體不銹鋼鍛棒；所述合金焊絲為Mellite-6鈷基合金焊絲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金堆焊方法，其特征在于，所述待堆焊表面為所述鉤爪的銷(xiāo)孔內(nèi)壁面，在所述步驟S3操作過(guò)程中，保持所述銷(xiāo)孔形成一個(gè)通氣孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的合金堆焊方法，其特征在于，所述步驟Sl包括以下步驟Sl-I 加工所述鉤爪的待堆焊表面，消除氣孔、去除毛刺，并清潔所述待堆焊表面； S1-2:對(duì)所述待堆焊表面及靠近所述待堆焊表面的位置進(jìn)行液體滲透檢查； S1-3:選擇所述待堆焊表面處于平焊位置，或者，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置帶動(dòng)所述鉤爪轉(zhuǎn)動(dòng)而使所述待堆焊表面處于平焊位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合金堆焊方法，其特征在于，在所述步驟S2中，將所述鉤爪放入加熱爐中，并逐漸升溫，均勻?qū)λ鲢^爪進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度高于200°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合金堆焊方法，其特征在于，所述步驟S3包括以下步驟 S3-1 選用氧乙炔焰焊，調(diào)節(jié)所述氧乙炔焰焊的火焰為碳化焰，保持火焰的外焰長(zhǎng)為焰心長(zhǎng)的1. 5-3. 5倍，利用焰心對(duì)準(zhǔn)所述鉤爪的待堆焊表面進(jìn)行加熱；S3-2:當(dāng)所述待堆焊表面加熱至潤(rùn)濕狀態(tài)的瞬間，將火焰的焰心提高與所述待堆焊表面保持一定距離，并將所述合金焊絲插入火焰的焰心與內(nèi)焰的交接處，使熔化后的合金焊絲的金屬熔滴進(jìn)入呈現(xiàn)潤(rùn)濕狀態(tài)的待堆焊表面上，同時(shí)使之均勻擴(kuò)展。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的合金堆焊方法，其特征在于，在步驟S3-2中，當(dāng)熔化后的合金焊絲熔滴均勻分布到潤(rùn)濕狀態(tài)的待堆焊表面時(shí)，開(kāi)始旋轉(zhuǎn)所述鉤爪使火焰一分為二，一部分保護(hù)熔池，一部分加熱所述鉤爪的相鄰待堆焊表面，使之呈現(xiàn)潤(rùn)濕狀態(tài)實(shí)施連續(xù)堆焊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的合金堆焊方法，其特征在于，所述步驟S3還包括步驟S3-3 當(dāng)所述待堆焊表面完成堆焊時(shí)，移動(dòng)所述火焰在熔池上方劃圓圈或者繼續(xù)向前移動(dòng)一段距離，使得火焰逐漸緩慢離開(kāi)熔池。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的合金堆焊方法，其特征在于，在所述步驟S4中，將經(jīng)步驟S3 處理的所述鉤爪放入熱處理爐內(nèi)緩慢冷卻，并保持在與步驟S2的預(yù)熱溫度相同的溫度下一段時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)鉤爪的鈷基合金堆焊方法，包括以下步驟S1:堆焊前預(yù)處理；S2:對(duì)堆焊前的鉤爪進(jìn)行預(yù)熱；S3:采用氧乙炔焰焊，并調(diào)節(jié)氣焊火焰為碳化焰來(lái)對(duì)鉤爪的待堆焊表面進(jìn)行加熱；當(dāng)鉤爪的待堆焊表面出現(xiàn)潤(rùn)濕現(xiàn)象時(shí)，將鈷基合金焊絲插入氣焊火焰中，熔化后滴入呈潤(rùn)濕狀態(tài)的待堆焊表面上；S4:對(duì)經(jīng)過(guò)步驟S3處理的鉤爪進(jìn)行后處理。本發(fā)明通過(guò)堆焊前的預(yù)熱處理，并采用氧乙炔焰焊的方式，調(diào)節(jié)火焰為碳化焰進(jìn)行鈷基合金堆焊，從而在鉤爪的待堆焊表面形成鈷基合金堆焊層，特別是有效地解決了鉤爪銷(xiāo)孔的鈷基合金堆焊，顯著地提高了鉤爪的耐磨、耐熱、耐蝕等性能，制造出適合核電站使用的鉤爪，提升了核電站控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用壽命。
文檔編號(hào)B23K35/30GK102500864SQ201110349760
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者盧朝暉, 向文元, 呂永紅, 周建明, 白冰, 路廣遙, 黃文有 申請(qǐng)人:中國(guó)廣東核電集團(tuán)有限公司, 中科華核電技術(shù)研究院有限公司