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摘要：控制棒驱动机构的英文缩写是CRDM，主要完成控制棒的提升、保持和下插功能。它的下端耐压壳安装在压力容器顶盖管座上，通过螺纹连接后再焊接。此密封焊缝是一回路压力边界，起着机组运行期间密封一回路冷却水的重要功能，全寿期内不允许有任何的泄漏，因此，CRDM的焊接质量要求高和工艺要求严格，直接关系到机组的安全运行。本文通过对核电站控制棒驱动机构耐压壳与顶盖接管座密封焊接技术进行分析，并进一步阐明了CRDM自动焊接设备的实际应用方式，为后续核电站CRDM自动焊的更好应用提供了依据。
关键词：控制棒驱动机构耐压壳；顶盖接管座；自动焊；密封焊接技术
CRDM密封焊缝如果单纯采用手工钨极氩弧焊，虽然设备简单，操作方便，但是CRDM焊接空间狭窄，要获得优质的焊缝与焊工的技术水平有很大的关系，而且焊接质量受人为因素的影响非常大，并且变形不可控。采用全自动钨极氩弧焊，不仅焊接工作强度降低，而且焊接质量容易控制，CRDM自动焊缝也称“Ω”焊缝，虽是形状特异的密封焊缝，但是为减少焊接变形而设置的，Ω焊缝选在垂直固定位置（2GT），热输入量是最小的，在焊接时该位置驱动机构的径向变形量为零，因自动焊接应力均匀分布在耐压壳组件上轴向变形量也微乎其微[1]。
以往国内也是采取CRDM自动焊，但是CRDM焊接事故频发，且修复费用非常昂贵。由于CRDM属于单层单道焊接，双面成形，因此焊接风险极高，如何去规避此类风险值得进一步研究和分析，焊接接头结构详图见图1。
图1
一、主要的技术要点分析
CRDM自动焊利用低频调制的脉冲电流加热工件，电流的幅值按一定的频率周期性地变化，每当一次脉冲电流通过时，工件上就形成一个点状熔池，脉冲电流停止时，点状熔池就凝固，形成焊缝。此时电弧由基值电流维持稳定燃烧，当下一个脉冲电流导通时，脉冲电弧可靠地燃烧，又形成一个新的焊点。只要合理地调节脉冲间隔时间和选择合适的行走速度，保证相邻两焊点间有一定的相互重叠量，就可以获得一条致密的焊缝。焊接过程中主要技术要点分析如下：
1.Y型环点焊
CRDM自动焊缝属于镶嵌式熔化填充环焊缝，单层单道工艺，且焊机无自动送丝功能，焊接时自动送丝焊接质量风险非常大，送丝不均匀会造成焊缝成型不良和受力不均匀，因此焊接前要求CRDM的上部坡口（耐压壳）与Y形环点焊，坡口直径为163.6mm，共点焊22点，其中接头处3点。Y型环未点焊前自由状态下两端的间隙或重叠量最大为5mm，不允许未满足此条件而对Y形环重新成型。Y形环与耐压壳点焊后相关要求见图2，点焊精度要求高。
图2
2.耐压壳与接管座的间隙要求
Y形环下表面与管座的间隙，其设计值应大于0.04mm小于0.25mm，具体见图3。在以往项目的安装过程中，或多或少都会出现间隙超差的情况，根据经验反馈，目前出现的间隙最大值为0.27mm。为了增大CRDM自动焊的适用性，我司对加大Y型环与接管座的间隙进行了进一步的研究。由于其间隙越大，熔穿的风险更大，焊缝表面的饱和度也越小，易造成咬边等缺陷。经过反复实验，Y形环下表面与管座的间隙控制在0.35（包含0.35）mm以下也是可以接受的。这为现场的安装提供了保障，避免了更换CRDM或对接管座进行返修处理。
3.焊机安装和调试
CRDM自动焊采用宝利苏迪生产的300PC型自动焊机，焊机构造复杂，分别由电源主机、控制柜（包含视频监控）和焊接机头及机头专用工装组成。在实施焊接操作前，需要焊工完成工装上干烧或试验件焊接、钨极选用及安装后伸出长度确认、焊接程序参数检查、焊机装配、摄像头调整和清洁度检查、氩气罩到位及找准起弧位置、气体及流量检查、调整焊接指令状态等大量工作。
图3
4.起弧位置的选择
起弧位置选择错误会直接导致焊缝烧穿，特新增程序确定起弧位置钨极在Y形环周向上的定位步骤如下：
a）焊工利用视频柜初步进行钨极对中Y形环接头；
b）扶线人员和质检人员采用反光镜或内窥镜检查钨极和Y形环接头的实际对中情况，如未对中，调至对中；
c）确认对中后，通过设置机头旋转的速度（10mm/min）及时间（0~6s），保证钨极朝焊接反方向偏离Y形环两端间隙处0~1mm。
5.钨极偏移位置要求
经过研究，如果钨极的偏移位置要求如图4所示（钨丝相对Y 形环中心波动上下偏差满足0.3mm），由于接管座垂直于焊缝的横截面为圆弧状，当钨极下偏移的时候，焊缝下坠明显，易造成咬边或凹陷的现象，焊缝焊后成型要求不允许存在任何咬边，未焊满深度大于0.5mm的焊缝应予以切除。经过研究和反复实验，最终确定钨极的偏移位置要求如图5所示（钨丝相对Y 形环中心波动上偏差满足0~0.6mm）。
图4 图5
二、结论
掌握CRDM自动焊技术要点，能降低风险或者彻底规避风险，而且CRDM自动焊焊缝具有较好的力学性能、较低的残余应力与残余变形，决定着CRDM自动焊技术在核电站焊接领域客观上存在着巨大的应用潜力和广阔的应用范围。
参考文献
[1] 隗祖民.控制棒驱动机构（CRDM）Ω密封环焊接[J].科技创新导报，2015（28）：100-101.
论文作者:黄生
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/10
标签：控制棒论文; 耐压论文; 间隙论文; 点焊论文; 位置论文; 脉冲论文; 电流论文; 《建筑学研究前沿》2018年第31期论文;