国外控制棒驱动机构Ω焊缝泄漏简析及改进建议

【摘要】 控制棒驱动机构Ω焊缝是一回路压力边界的密封焊缝，其在制造、安装出现的缺陷和运行机组出现的硼结晶问题，给建造和运行带来进度上和经济上难以估量的损失。通过分析法国控制棒驱动机构Ω焊缝泄漏事件，针对如何提高控制棒驱动机构Ω焊接质量，提出如下建议：1、采用一体式驱动杆行程套管结构，以解决原设计中因上部Ω密封焊缝可能引起的泄漏问题；2、对CRDM中部、下部Ω焊缝研制相应的视频、涡流和超声探伤技术，解决目前仅靠液体渗透检查和目视检查确定焊缝表面质量，而无法探知焊缝内部质量的问题，以确保设备制造、安装质量可靠，并为运行阶段在役检查时发现焊缝缺陷提供检测手段。

【关键词】 控制棒驱动机构；Ω焊接；一体式

1、前言

控制棒驱动机构（以下简称CRDM）是一种磁力提升式步进机构，通过驱动控制棒组件在堆芯的上下运动，实现启动、功率调节、正常停堆和事故停堆等功能。CRDM是主回路系统主要设备之一，也是本体上唯一的运动设备。

文中阐述国外控制棒驱动机构Ω焊缝运行期间出现的问题，提出改进建议。

2、控制棒驱动机构及Ω焊缝简介

控制棒驱动机构为质保Q1级、抗震1I类设备，其耐压壳为核安全1级部件，驱动杆行程套管、端塞及密封壳属于RCCM 1级部件。

2.1、设备描述

控制棒驱动机构最大外形尺寸为275mm×275mm，设备总长为11404.5mm（若不包括驱动杆组件，则为5545mm），总重量为835Kg，每个机组有33台控制棒驱动机构。它由驱动杆组件、钩爪组件、驱动杆行程套管组件、密封壳组件、线圈组件、棒位探测器组件及隔热套组件组成。

2.2、Ω焊缝

控制棒驱动机构Ω焊缝共有三道：上部、中部和下部Ω焊缝，其布置如图2.2-1所示。驱动杆行程套管用一个端塞螺纹连接后在垂直方向用Ω和之密封焊实现密封，即为上部Ω焊缝；中部Ω焊缝在驱动杆行程套管和密封壳之间（焊接后的组件称为耐压壳）；耐压壳下端安装在压力容器顶盖管座上，通过螺纹连接后再用“Ω”密封环焊接密封，即为下部Ω焊缝。

3、国外控制棒驱动机构Ω焊缝泄漏事件

根据法国EDF（Electricite De Frannce，法国电力公司）的反馈，至今EDF已经发现了4起CRDMΩ密封环泄漏的事件[2]。EDF对这4根CRDM均进行了整体更换，并对更换下的CRDM进行了解剖分析，其中有两根CRDM泄漏的根本原因判断为“点蚀+应力腐蚀裂纹”，一根为氯污染环境下的应力腐蚀裂纹，另外一根的根本原因不清楚。详细信息参见表3-1。

3、国外控制棒驱动机构Ω焊缝泄漏事件

根据法国EDF（Electricite De Frannce，法国电力公司）的反馈，至今EDF已经发现了4起CRDMΩ密封环泄漏的事件[2]。EDF对这4根CRDM均进行了整体更换，并对更换下的CRDM进行了解剖分析，其中有两根CRDM泄漏的根本原因判断为“点蚀+应力腐蚀裂纹”，一根为氯污染环境下的应力腐蚀裂纹，另外一根的根本原因不清楚。详细信息参见表3-1。

4、提高控制棒驱动机构Ω焊接质量的思考

4.1、上部Ω焊缝设计改进

CRDM上部Ω密封焊缝连接端塞和密封壳，其中端塞部分安装一个排气阀和一个吊环螺钉，用来吊装CRDM 和充水时驱动杆行程套管内部的气体排放。根据实际运行状况分析，排气阀在运行时并未使用，在高温高压的环境下，充水时驱动杆行程套管内残留的气体被极度压缩，所占体积非常小，并不影响驱动杆在驱动杆行程套管内部的运动，因此，可以取消此排气阀。

美国AP1000堆型同样将上部Ω密封焊缝取消，采用了盲孔的形式。在一定程度上增加了行程套管深孔加工的难度，但取消了一道焊缝后对运行阶段的检修减少了时间和费用。

4.2、中部、下部Ω焊缝焊后检验

CRDMΩ焊缝的焊后检验，仅采取液体渗透检查、目视检查、水压试验。较难发现焊缝内部缺陷。目前，针对CRDM上部Ω密封环的检查，已开发了一套可用于视频摄像、超声、涡流检查的专用检查工具。建议对CRDM中部、下部Ω焊缝研制相应的涡流和超声探伤设备，以确保设备制造、安装质量，并为运行阶段在役检查时发现焊缝缺陷提供检测手段。

5、结论

控制棒驱动机构Ω焊缝是建造、运行和维修中的重要环节之一，也是一个较为复杂而麻烦的环节，为使控制棒驱动机构的制造、运行和维修更方便、简单、安全、可靠，还需要有更好的创新成果。国内制造厂虽然在这方面已开展了一些攻关工作，并取得了一些进展，但离实现完全解决还有不小的差距。产品水平要上等级，制造技术是关键。

为了更好地控制CRDMΩ焊接的质量，提高一次成功率，减少返修和报废的数量，需要注意以下几点：

（1）在正式产品焊接前，制造厂应多进行几组模拟的焊接试验，以充分验证焊机的稳定性，特别是转速的稳定性；应严格控制驱动杆行程套管组件、密封壳组件和中部Ω填充环这三者的装配精度，以尽可能减小错边量；

（2）焊接前应严格按照规定程序，仔细对焊接坡口进行目视检查和100%PT检查，以消除可能存在的潜在问题；加强无损检验新技术（如涡流或超声）在焊接后进行无损检测的开发应用；

（3）若焊接过程中发现存在焊缝未完全搭接等缺陷时，焊工应立即停止作业，严格按照标准和技术规格书的要求进行相关补焊工艺评定试验，待相关单位全部认可补焊工艺后方可进行补焊工作。

随着设备全面国产化的推进和国产化率的提高，质量控制已经成为业主关注的焦点，只有在产品质量上与国际接轨才能真正实现设备制造的国产化。面对国产化进程，必须保持正确的态度，必须清醒认识到实施全面国产化还有很长的路要走，还会遇到各种各样的困难。国内企业必须确立“以国产化为目标、以引进消化吸收为手段、以自主设计和创新为目标”的发展思路，通过高起点引进、扎实管理、自主设计、不断创新这“四步走”，实现跨越式发展。我们有能力通过技术上的不断创新实现“全面国产化”的目标，而且有信心实现从“中国制造”到“中国创造”的飞跃。

参考文献

[1] 吴江涛，控制棒驱动机构密封焊缝缺陷修复技术研究，上海交通大学，2008：2-5

[2] 郑晓敏，岭澳核电厂L1 号机组控制棒驱动机构泄漏问题，核安全，2007，2：25-29

[3] 卢朝晖，EMC-A 型控制棒驱动机构原理样机研制及试验分析，2011 核电厂反应堆控制棒驱动系统技术研讨班论文汇编，2011：1-2

[4] 邓道勇，1000MW级压水堆反应堆压力容器CRDM及BMI贯穿件J型焊缝超声波检验技术研究，2010中国核电产业科技创新与发展论坛论文集，2010：129-135

[5] 白玉栋，AP1000反应堆压力容器整体顶盖设计变更及问题处理，中国核能可持续发展，2010：132-137