一种核反应堆燃料组件用下管座的制造方法技术

一种核反应堆燃料组件用下管座的制造方法，首先采用压蜡机及金属模具分别压制浇注系统及下管座铸件毛坯蜡模，浇注系统包括浇口杯、横浇道、内浇道及补贴，下管座铸件毛坯蜡模由管脚、裙板、连接板组成；然后将浇注系统及下管座铸件毛坯蜡模粘接成整体蜡模，进行挂砂、脱蜡、焙烧后形成模壳，将熔融的不锈钢金属液浇入模壳，待不锈钢金属液完全冷却凝固后，经清理、切割浇注系统获得下管座铸件毛坯，再热处理后加工管脚及裙板外表面，然后加工连接板上的流通孔及导向管孔。由于避免了传统工艺中钻孔后的焊接工序，所以保证了流通孔的尺寸精度，保证了流通孔排列的对称性，有利于大幅降低冷却介质通过下管座后的压降。

【技术实现步骤摘要】
一种核反应堆燃料组件用下管座的制造方法
本专利技术涉及一种下管座的制造方法，具体涉及一种核反应堆燃料组件用下管座的制造方法。
技术介绍
现有的核反应堆燃料组件主要由下管座101、棒束102和上管座103等部分组成，如图1所示。由导向管104、燃料棒105、仪表管106、格架107等组成的棒束102位于上管座103与下管座101之间，燃料棒105通过格架107上的卡簧固定在格架107上并按一定方式排列，格架107通过卡簧固定在导向管104上，将燃料棒105的重量传递到导向管104上，导向管104上、下端分别与上管座103、下管座101刚性连接，下管座101对整个燃料组件起到支撑作用。每一个燃料棒105中装有燃料芯棒若干，燃料芯棒通过发生裂变反应生成大量的热量。下管座连接板上有若干流通孔，通过流通孔使得冷却介质如水或含硼水得以在反应堆中流通及分配，对整个燃料组件进行冷却并带走热量进行发电。为了控制裂变反应速度，每个导向管104中均有一支控制棒108，控制棒108与上管座103上方的星形架109相连接，控制机构通过驱动星形架109带动控制棒在导向管104中竖直移动，从而改变控制棒在导向管104中的插入深度来控制燃料芯棒的裂变速度。下管座101由四个坐落在下部堆芯板(未示出)上的管脚201、四块与棒束平行的裙板202以及一块与棒束垂直的连接板203组成，如图2所示。在授予Broach等人的美国专利7,822,165B2中详细论述了下管座的结构，其中提到连接板203上有大量的圆形流通孔305及导向管孔306，对流通孔的排列方式、直径以及倒角尺寸有着严格的要求。这些要求使得冷却介质通过流通孔时的紊流减小，进而减小冷却介质在连接板上的压降。下管座101不仅承受着整个燃料组件的重量，同时还承受着上管座上方抗顶力弹簧向下的一个压力，且处于强腐蚀环境中，要求下管座不能具有发生应力腐蚀开始的风险。然而，由于下管座101上壁厚差别大达到12mm，最薄处仅1.47mm，尺寸精度及内部冶金质量要求高，整体铸造成型十分困难，且由于管脚201对刀具的阻挡，管脚上方的流通孔305难以加工成型。在传统的下管座制作工艺中，下管座101的成型过程是先将连接板上的流通孔305加工完毕，然后将连接板203焊接到由裙板202和管脚201形成整体构件上的，这就造成下管座废品率极高，可靠性较低。焊接过程将使连接板发生变形，从而使得流通孔发生变形，增大连接板上的压降。同时，由于只能在管座外侧焊接，管座内侧的焊缝处还不可避免的存在未焊透区域，而且下管座承受较大的压力且处于腐蚀环境中，焊缝处存在应力腐蚀开裂的风险。因此下管座的制造方法需要进一步改进，以减小冷却介质的压降，消除焊缝应力腐蚀开裂的风险，降低制造成本。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种核反应堆燃料组件用下管座的制造方法，以实现下管座几何结构一次性铸造成型，辅以简单的机械加工即可完成管座制造，从而避免由于焊接工序给下管座带来的各种风险。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种核反应堆燃料组件用下管座的制造方法，首先采用压蜡机及金属模具分别压制浇注系统及下管座铸件毛坯蜡模，浇注系统包括浇口杯、横浇道、内浇道及补贴，下管座铸件毛坯蜡模由管脚、裙板、连接板组成；然后将浇注系统及下管座铸件毛坯蜡模粘接成整体蜡模，进行挂砂、脱蜡、焙烧后形成模壳，将熔融的不锈钢金属液浇入模壳，待不锈钢金属液完全冷却凝固后，经清理、切割浇注系统获得下管座铸件毛坯；将下管座铸件毛坯热处理后加工管脚及裙板外表面，然后加工连接板上的流通孔及导向管孔。本专利技术进一步的改进在于，整体蜡模的结构为：浇口杯底端设置有与浇口杯相连通的横浇道，横浇道底端设置有内浇道，内浇道设置在连接板上，连接板底面的四个角上设置有管脚，补贴设置在管脚上，管脚之间通过裙板相连。本专利技术进一步的改进在于，挂砂具体过程为：采用70目刚玉砂和锆英粉浆料在整体蜡模上进行第一次挂砂，干燥8小时后再用45目的上店砂和锆英粉浆料进行第二至四层挂砂，第五至八层用20目上店砂和锆英粉浆料进行挂砂后，干燥后用锆英粉浆料进行封严。本专利技术进一步的改进在于，焙烧的温度为850℃，焙烧的时间为2.5h。本专利技术进一步的改进在于，不锈钢金属液按质量百分数计，C≤0.03％；Mn：0.8～1.50％；Ni：8.00～12.00％；Cr：17.00～20.00％；Co≤0.05％；P≤0.04％；S≤0.03％；Si≤1.5％；Fe为余量。本专利技术进一步的改进在于，热处理具体条件为：热处理的温度1050℃，保温30分钟后淬火。本专利技术进一步的改进在于，流通孔的倒角采用L型刀具进行加工。本专利技术进一步的改进在于，L型刀具由刀杆、刀片以及刀刃组成，刀片设置在刀杆的端部，刀片与刀杆垂直设置，并且刀片上带有刀刃。本专利技术进一步的改进在于，刀片的长度不大于流通孔直径，刀刃与刀杆的角度与流通孔倒角的角度相同，加工过程中L型刀具从连接板上表面方向进入流通孔中进行加工，获得满足尺寸要求的流通孔倒角。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用精密铸造成型方法将下管座的连接板、裙板及管脚同时铸造成型，然后铸造为整体，省略了传统工艺中连接板与裙板的焊接工序，避免了焊接过程中连接板变形导致的流通孔变形，采用机械加工成型的方法，减小了冷却介质通过流通孔时的压降，防止了连接板与裙板之间发生应力腐蚀开裂的风险。采用本专利技术的浇注系统方案，解决了下管座整体成型时难以成型的问题。本专利技术大幅减少了下管座加工成型的工序，提高下管座质量的同时大幅降低了制造成本，可产生巨大的经济效益。由于避免了传统工艺中钻孔后的焊接工序，所以保证了流通孔的尺寸精度，防止了焊接过程中连接板相对于裙板的位移而使流通孔的位置尺寸发生变化，保证了流通孔排列的对称性，有利于大幅降低冷却介质通过下管座后的压降。进一步的，由于采用热处理工艺，控制了不锈钢在冷却过程中的收缩程度，进一步保证了铸件的冶金质量及尺寸精度。进一步的，由于采用了L型刀具，使得连接板、裙板及管脚同时铸造成型后，其流通孔可以以低成本的方式进行加工，同时省略了焊接工序，提高下管座质量的同时大幅降低了制造成本，可产生巨大的经济效益，解决了下管座整体成型时管脚下方流通孔倒角无法低成本加工的问题。附图说明图1为核反应堆燃料组件正视图。图2为本专利技术的下管座结构剖面图。图3为本专利技术的下管座的仰视图。图4为本专利技术的下管座铸件浇注系统示意图。图5为本专利技术的L型刀具结构示意图。图中，101—下管座，102—棒束，103—上管座，104—导向管，105—燃料棒，106—仪表管，107—格架，108—控制棒，109—星形架；201—管脚，202—裙板，203—连接板，305—流通孔，306—导向管孔；301—连接板下表面，302—管脚下表面，303—裙板外表面，304—连接板上表面，305—流通孔，306—导向管孔；307—流通孔倒角；401—浇口杯，402—横浇道，403—内浇道，404—补贴，405—管脚、406—裙板，407—连接板；501—刀杆，502—刀片、503—刀刃。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细描述。采用蜡模模具及压蜡机压制下管座铸件毛坯蜡模及浇注系统，下管座铸件毛坯蜡模由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核反应堆燃料组件用下管座的制造方法，其特征在于，首先采用压蜡机及金属模具分别压制浇注系统及下管座铸件毛坯蜡模，浇注系统包括浇口杯(401)、横浇道(402)、内浇道(403)及补贴(404)，下管座铸件毛坯蜡模由管脚(405)、裙板(406)、连接板(407)组成；然后将浇注系统及下管座铸件毛坯蜡模粘接成整体蜡模，进行挂砂、脱蜡、焙烧后形成模壳，将熔融的不锈钢金属液浇入模壳，待不锈钢金属液完全冷却凝固后，经清理、切割浇注系统获得下管座铸件毛坯；将下管座铸件毛坯热处理后加工管脚及裙板外表面，然后加工连接板上的流通孔及导向管孔。

【技术特征摘要】
1.一种核反应堆燃料组件用下管座的制造方法，其特征在于，首先采用压蜡机及金属模具分别压制浇注系统及下管座铸件毛坯蜡模，浇注系统包括浇口杯(401)、横浇道(402)、内浇道(403)及补贴(404)，下管座铸件毛坯蜡模由管脚(405)、裙板(406)、连接板(407)组成；然后将浇注系统及下管座铸件毛坯蜡模粘接成整体蜡模，进行挂砂、脱蜡、焙烧后形成模壳，将熔融的不锈钢金属液浇入模壳，待不锈钢金属液完全冷却凝固后，经清理、切割浇注系统获得下管座铸件毛坯；将下管座铸件毛坯热处理后加工管脚及裙板外表面，然后加工连接板上的流通孔及导向管孔。2.根据权利要求1所述的一种核反应堆燃料组件用下管座的制造方法，其特征在于，整体蜡模的结构为：浇口杯(401)底端设置有与浇口杯(401)相连通的横浇道(402)，横浇道(402)底端设置有内浇道(403)，内浇道(403)设置在连接板(407)上，连接板(407)底面的四个角上设置有管脚(405)，补贴(404)设置在管脚(405)上，管脚(405)之间通过裙板(406)相连。3.根据权利要求1所述的一种核反应堆燃料组件用下管座的制造方法，其特征在于，挂砂具体过程为：采用70目刚玉砂和锆英粉浆料在整体蜡模上进行第一次挂砂，干燥8小时后再用45目的上店砂和锆英粉浆料进行第二至四层挂砂，第五至八层用20目上店砂和锆英粉浆料进行挂砂后，干燥后用锆英粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛祥义，周中波，高暖，林琳，张利军，
申请(专利权)人：西安西工大超晶科技发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61