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我国自主品牌核燃料元件研制系列报道(三)

2016-06-23 09:35来源:中国核工业报作者:胡春玫关键词:核燃料核电技术核电站收藏点赞

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研发人员在根据以往的经验焊接时发现,焊接后的包壳管会出现小气孔或热裂纹。用什么方法才能适应新材料?大家一筹莫展。

“反复的摸索后,我们从硬件、软件,焊接参数上都做了很大的调整,做了几十轮试验,历经3个多月终于突破了这一难关。”中核建中四车间主任杨通高说,“新的焊接方法已经完全超出了原来成熟的工艺框架。”

“新燃料产生的过程就是这样,没有更多的借鉴经验,只能不停地尝试、不停地修正,才能固化工艺。”邓话说,“重要部件的关键环节都要历经这样漫长而反复的过程。”

CF系列核燃料组件的导向管采用的是外管套入内短管的设计,且两个管要紧密地贴合在一起。如何才能让内外管在不受损的情况下固定在一起?经过一段时间的摸索,攻关组确定采用“胀”的方法——通过胀使内外管变形,进而形成一个整体。但这个工艺难度很大,因为部件的结构、形状,胀包的尺寸、强度都有严格的要求。

又是新一轮的反复尝试。“整整摸索了半年的时间,投入了大量的精力,最后终于确定了最佳胀接位置和工艺参数。” 杨通高说。

决战“微米”之间

在中核建中三车间的货架上,整齐地摆放着加工制造出的CF系列核燃料部件——防异物板。这些如同家用盘子大小的正方形板面上,有1700多个形状各异的孔,看上去如同工艺品一般。而它的精度要求之高超乎想象——每个孔的大小、孔与孔的间距、间距和间距的大小,都有着严格的规定。

“CF系列组件的每一个零部件都非常精细,部件的尺寸要求非常苛刻,很多都精确到微米。”邓话说,“专项中,不仅要摸索研发新的工艺,而且要提升制造的精细度。”

长条形的格架条带看上去就像书签一样,而薄薄的介质上面还要有意做得凹凸起伏。完成这一工序的冲制工艺,最大的难点就在于保证精度——研制出能够保证条带尺寸精度的内、外条带冲压、成形模具。 “但格架条带品种繁多,不同条带其技术要求有所不同,非常复杂。” 中核建中三车间主任于小焱说。为此,攻关组在详细分析各种条带的共同点和差异并进行试制试验后,研制完成了多副模具,制定了最佳冲制工艺。

在CF系列研制专项中,中核建中还被赋予了新的历史使命。

事实上,无论是摸索出的先进工艺,还是实施精密的制造技术,其目标都是要验证设计的可行性。但燃料研发并非是一蹴而就的事情,往往是一个迭代的过程:设计,制造,试验,反馈问题,改进设计,再制造,再试验……只有不断的循环、打磨,最终才能制造出性能优良的产品。

“以前,我们只需要考虑如何满足设计要求,而在CF系列研发中,中核建中要通过制造、试验,从工艺的适应性和工艺的可实现性方面,为设计提出经验反馈,进而优化设计。”中核建中副总工程师兼技术部主任彭海青说,“这种模式拉近了设计与制造的关系。良好的合作模式,为后续持续提升能力奠定了基础。”

拼搏于分秒之中

“必须要确保整体研发进度!”在项目立项之初,项目总指挥就提出了明确要求。但事实上,研发的难度和研发的时间并不成正比。

自2010年CF系列专项启动后,2012年入堆考验N36特征化组件,2013年入堆考验CF2先导组件,2014年入堆考验CF3先导组件,几乎是每年研发制造出一个型号产品的节奏,让处于研发后端的中核建中备感时间紧迫。

“争分夺秒”成为CF系列制造研发期间的主旋律。

在距离CF2先导组件交货仅剩下一个月的时间时,防异物板研制瓶颈却仍然没有解决。“当时真是压力山大!”邓话说。事实上,早前他们用传统的机器加工方法已经制造出了产品,但生产出的部件有很多细小的毛刺。为了找到精密度高的工艺方法,近60岁的全国劳模张世平和工作人员,查阅了大量材料,反复计算参数,“一段时间内几乎是通宵摸索工艺”,最终选定了电火花成型加工方法。“用电火花直接加工元件,在国际上也是少有的,可以说没有可借鉴的经验。”于小焱说。但紧迫的时间已不允许再次推倒重来,能否成功研发让所有的人都捏了一把冷汗。

“非常不容易,费了很大的力气,最终摸索了一套加工参数,才把防异物板制造了出来。” 于小焱回忆起当时的情景时依旧感到紧张不已。

而紧张的时间,不时让制造研发成为一场战役。

在CF3的研制过程中,N36锆合金材料首次从1000公斤级过渡到3000公斤级,实现了N36锆合金工业的规模化。而材料的延迟到货,让本就紧张的制造时间更捉襟见肘。

工业化规模的材料性能一定会与小批量材料的性能有所不同,因此不能照搬之前的经验,必须再次进行试验。而试验前的材料腐蚀试验就要72个小时。无法压缩的时间以及众多待进行的工序,让近在眼前的入堆考验节点“遥不可及”。但如果不能按时入堆,就要等待一年半的时间,整个专项进度就会受到影响。

为了确保按期交货,中核建中启动了应急机制,实行24小时工作制。“时间太紧张了,那时候完全没有上下班的概念了。” 邓话说,“当时我们只有一个想法,就是必须按时拿出产品。”

2014年7月10日,随着启动入堆指令的发出,四组银色组件插入了秦山第二核电厂2号机组反应堆堆芯。“我们按时完成了CF3先导组件的研制交货。”

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