陈凯1，赵金1，李顺祥2
1.中核建中核燃料元件有限公司，四川644000；2. 中国核电工程有限公司郑州分公司，河南621900
摘要：骨架是压水堆核燃料组件的关键部件之一，AFA 3G核电燃料组件的骨架生产工艺包含格架与导向管点焊和导向管与导向管套管的胀接两道关键工序。AFA 3G骨架胀接工艺是通过特制的胀接工装将锆合金材质的导向管与不锈钢材质导向管套管采用机械胀接方式形成胀接接头。AFA3G骨架在完成导向管与格架点焊后，会进行导向管套管与导向管的胀接工序，每个AFA3G骨架共计包含24个胀接接头。中核建中核燃料元件有限公司早期主要采用单根逐支胀接工艺，而整体胀接相比于单根逐一胀接工艺具有胀接成型一致、生产效率更高的特点。CJNF通过骨架整体胀接设备研制和工艺试验研究，目前已实现了骨架整体胀接工艺的成熟应用。
关键词：核电；压水堆；骨架；整体胀接。
PWR FA Skeleton Guide Tube Integration Swaging Device Development and Application
Chen Kai11，Zhao Jin21，Li Shunxiang32
(1. CNNC JianZhong Nuclear Fuel CO.,Ltd, Sichuan 644000, China;
2. China Nuclear Power Engineering CO.,Ltd. Zheng zhou Branch , Henan, China)
Abstract：Skeleton is one of the key components of Pressurized Water Reactor nuclear fuel assembly. The skeletons production process of AFA3G nuclear power FA includes two key processes: spot welding of grids and guide tubes, swaging the joint of guide tubes and sleeves.??The AFA3G skeletons swaging process is to form the?swaging?joint by mechanical expansion, then connects the zirconium alloy guide tubes and the stainless steel sleeves with a special swaging equipment.?After the spot welding of the guide pipes and grids is completed, the swaging process of 24 sleeves and guide tubes will be carried out, Every AFA3G skeleton contains 24 swaging joints.??In early, CJNF mainly adopts single tube swaging process, while the integration Swaging process has the advantages, higher swaging shape consistency and production efficiency etc. CJNF?has finished the development of the integration swaging device and swaging technology study, the application of skeleton guide tube swaging technology in production is mature enough.
Key words: nuclear power; Pressurized Water Reactor. Skeleton; Integral swaging.
压水堆AFA3G类型的核燃料组件由上管座部件、下管座部件、骨架、燃料棒、套筒螺钉等组成。骨架是燃料组件的重要组成部分，主要用于夹持支撑燃料棒和连接上下管座。骨架导向管套管与导向管的胀接接头（简称：胀包）用于实现燃料组件上管座与骨架的连接，因此骨架胀接的质量对于燃料组件整体质量存在重要影响。中核建中早期主要采用单根逐一胀接工艺，采用单支胀接工装插入装配好的导向管和导向管套管部件中，通过配套液压站拉动胀杆扩展胀套实现完成单支胀接，然后人工逐一完成各胀接接头的胀接。
1AFA 3G骨架主要技术条件
1.1骨架基本结构组成
骨架由导向管部件、端部格架、中间格架、搅混翼格架、下管座部件、轴肩螺钉及导向管套管等组成。
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2骨架整体胀接装置
2.1整体胀接装置结构
设备主要由导向套管定位板、胀接机构、升降机构、支架、液压站、控制系统等构成，骨架整体胀接装置示意图如图5所示。
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1)导向管套管定位板：包含气缸、滑轨、定位螺钉紧固板等附件。气缸和滑轨机构用于实现定位螺钉紧固板的胀接工作位和非工作位切换。定位螺钉紧固板用于导向管套管和定位螺钉装配件的安装定位。
2)升降机构：包含电机、升降架、轴、传感器等附件。通过电机驱动升降架，使得升降架上下运动，升降架在上下运动过程中，通过上下位置的传感器进行高度方向的位置精度控制，从而实现胀接机构在高度方向的胀接工作位和非工作位的切换。
3)胀接机构：包含液压缸、胀杆、胀套、测长传感器、胀接支架等附件。胀接机构移动到胀接工位后，液压缸驱动胀杆缩回，锥形胀杆使胀套扩张，胀套接触导向管内壁，胀套上的胀环扩张导向管和导向管套管，从而形成胀包。
4)控制系统：控制系统由PLC、工业触摸屏、继电器、接触器、空气开关、操作盒按钮等组成。触摸屏用于设置系统工艺参数、机械参数、显示系统状态、报警信息等。
2.2整体胀接操作流程
1)骨架完成导向管与格架焊接后，导向管套管定位机构自动定位到胀接工作位。
2)人工将24根导向管套管与定位螺钉装配成套管组件，将套管组件安装在导向管套管定位板。
3)胀接机构在升降机构的电机驱动下，自动上升至胀接工作高度位置。
4)人工将胀接机构推至胀接工作位置，胀接套件插入导向管和导向套管内部，完成定位锁紧固定。
5)启动胀接装置液压站，油缸牵引锥形胀杆，扩张胀套，胀套上的胀瓣扩张导向管和导向套管，两部分材料胀接形成胀包。
6)完成胀接动作后，人工将胀接机构退出骨架，升降机构下降至初始位。
7)人工拆卸导向套管的定位螺钉，导向套管定位板自动回至初始位，完成骨架胀接流程作业。
3骨架整体胀接工艺研究
3.1整体胀接原理
人工将24个不锈钢材质导向管套管与定位螺钉装配，并在胀接工装上安装定位，使之准确插入骨架24个导向管中，启动胀接程序，带锥度胀杆向右移动，胀套张开，产生足够大的径向扩展力，同时使24个锆合金导向管与不锈钢材质导向管套管发生塑性形变，形成胀包，从而使两者紧密结合在一起，完成骨架导向管与套管的整体胀接。
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3.3整体胀接样品的理化分析
在骨架的整体胀接工艺试验中，除进行胀包外观、位置和直径尺寸的检查外，还需进行胀接样品的理化检验，包含拉伸试验、金相检验、渗透检查等项目。
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4结论
根据骨架产品技术条件和胀接工艺技术要求，中核建中研制了压水堆核燃料组件骨架整体胀接装置，通过系统性的胀接工艺参数试验和模拟骨架胀接试验研究，摸索出适宜的整体胀接工艺参数，通过工艺鉴定和工艺评审后，用于车间骨架产品生产及应用。截止目前为止，整体胀接工艺已完成近6000组骨架的胀接生产，工艺运行稳定良好。
参考文献：
[1] 陈宝山压水堆燃料元件制造（M）宜宾核燃料元件厂，2009
[2] 刘宝桐AFA 3G 骨架胀接返修方法的建立中国核科学技术进展报告（第四卷），2015.09
[3] 杨晓东AFA 3G 燃料组件制造技术引进经验核动力工程（第23卷第5期），2002.10
[4] 童慎修AFA 3G 燃料组件生产技术、质量总结核动力工程（第23卷第5期），2002.10