反應(yīng)堆壓力容器主螺孔螺紋研磨修復(fù)工藝開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

摘要：反應(yīng)堆壓力容器作為核電廠核心設(shè)備，其法蘭主螺孔螺紋的損傷修復(fù)非常關(guān)鍵，任何細(xì)小缺陷都可能導(dǎo)致主螺栓植入或擰出時(shí)卡澀或咬死等嚴(yán)重后果。針對(duì)不同形式和嚴(yán)重程度的螺紋缺陷，需選擇合適的修復(fù)工藝，在確保螺紋修復(fù)質(zhì)量和安全的前提下，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆主螺孔螺紋精細(xì)、高效的在線修復(fù)。某核電廠調(diào)試期間出現(xiàn)主螺孔螺紋區(qū)域性劃痕、毛刺等缺陷情況，鑒于傳統(tǒng)刮刀、油石等手工修復(fù)方法效率較低、效果不好，開(kāi)發(fā)了一套主螺孔在線研磨修復(fù)裝置和工藝并得到成功應(yīng)用，取得了較好效果，可為后續(xù)反應(yīng)堆壓力容器主螺孔螺紋在線修復(fù)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)堆壓力容器;主螺孔;研磨;修復(fù)

0? ? 引言

壓水堆核電站反應(yīng)堆壓力容器法蘭主螺栓和螺孔螺紋的配合非常精密。據(jù)國(guó)內(nèi)外很多主螺栓或螺孔螺紋損傷的經(jīng)驗(yàn)反饋，任何細(xì)小的螺紋缺陷都有可能導(dǎo)致主螺栓植入或擰出時(shí)卡澀甚至咬死，進(jìn)而可能造成主螺栓或螺孔螺紋嚴(yán)重?fù)p傷，并導(dǎo)致主螺栓報(bào)廢、鉆取或主螺孔擴(kuò)孔、重新攻絲，嚴(yán)重影響換料大修關(guān)鍵路徑，對(duì)核電廠安全、可靠運(yùn)行造成嚴(yán)重影響[1]。

相比主螺栓螺紋，主螺孔位于壓力容器本體上，其螺紋材質(zhì)較軟。由于受主螺栓、螺孔螺紋配合及可能的異物引入等因素影響，在主螺栓旋擰過(guò)程中螺紋副摩擦可能產(chǎn)生損傷。主螺栓缺陷可以離線處理或直接更換，而主螺孔則只能在線修復(fù)。在反應(yīng)堆壓力容器完成現(xiàn)場(chǎng)安裝之后，特別是在核電廠投運(yùn)之后，反應(yīng)堆壓力容器法蘭面區(qū)域具有較高的輻射劑量率，并需要滿足最高等級(jí)的防異物控制要求，因此核電廠在每次換料大修期間都要對(duì)主螺孔螺紋進(jìn)行嚴(yán)格清洗和檢查，對(duì)發(fā)現(xiàn)的任何劃痕、毛刺和變形、凸起和坑點(diǎn)等缺陷均需進(jìn)行精細(xì)處理和修復(fù)，盡可能改善螺紋配合狀況并防止螺紋卡澀和咬死。

1? ? 主螺孔缺陷情況

某三代壓水堆核電機(jī)組調(diào)試期間在主螺栓首次拆裝之后對(duì)主螺孔的視頻檢查發(fā)現(xiàn)，多個(gè)螺孔出現(xiàn)區(qū)域性劃痕、毛刺和拉毛情況，經(jīng)分析認(rèn)為是主螺栓孔在工廠車削加工過(guò)程中遺留的積屑瘤粘連在螺牙頂部或根部表面，在主螺栓旋擰配合和拉伸加載、卸載受力過(guò)程中剝落分離，形成細(xì)小金屬切屑、毛刺或顆粒異物，并在后續(xù)主螺栓旋擰配合中導(dǎo)致主螺孔螺紋表面形成區(qū)域性的劃痕、毛刺、拉毛等損傷情況。雖然除局部少量缺陷較為明顯外，整體損傷比較輕微，但考慮到這種區(qū)域性螺紋表面缺陷可能會(huì)導(dǎo)致后續(xù)螺紋配合情況惡化，認(rèn)為有必要妥善處理[2]。

針對(duì)不同形式和嚴(yán)重程度的螺紋缺陷，需選擇合適的修復(fù)工藝或工藝組合。通常針對(duì)局部、少量的螺紋表面劃痕、毛刺、坑點(diǎn)、凸起、犁溝以及螺牙缺口、變形等缺陷，可采用刮刀、三角油石或精鋼什錦銼等工具進(jìn)行手工修復(fù)，主要消除凸起、毛刺和尖銳表面并進(jìn)行光滑過(guò)渡;針對(duì)較為嚴(yán)重的螺牙倒伏、凸起、變形或亂扣情況，則需采用專用絲錐或螺紋梳刀進(jìn)行矯正處理，絲錐具有較強(qiáng)的切削功能，對(duì)螺紋變形凸出部分會(huì)產(chǎn)生較大的切削量，有一定風(fēng)險(xiǎn)，須謹(jǐn)慎使用。而對(duì)于當(dāng)前這種區(qū)域性、普遍的細(xì)小螺紋缺陷或表面降質(zhì)，采用傳統(tǒng)的油石等手工修復(fù)方法，工作效率較低且整體均勻性較差，而螺紋絲錐也明顯不適用。為此，需尋求一種更有效的主螺孔螺紋表面修復(fù)方案，最終借鑒機(jī)械設(shè)備密封面研磨修復(fù)原理開(kāi)發(fā)了一套主螺孔螺紋研磨修復(fù)裝置和工藝，成功應(yīng)用并取得了較好效果[3]。

2? ? 螺紋對(duì)研裝置設(shè)計(jì)

基于上述螺紋缺陷狀況及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境條件，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一套內(nèi)螺紋在線對(duì)研修復(fù)裝置，借助裝卸料機(jī)輔鉤作為移動(dòng)吊點(diǎn)，通過(guò)特制的外螺紋胎具與螺孔螺紋嚙合，并添加合適的研磨膏進(jìn)行旋轉(zhuǎn)對(duì)研，實(shí)現(xiàn)對(duì)主螺孔螺紋細(xì)小的劃痕、毛刺、變形、凸起和坑點(diǎn)等缺陷以及螺紋表面銹斑等降質(zhì)情況的研磨修復(fù)和光滑過(guò)渡處理。

如圖1所示，該裝置主要由對(duì)研螺紋胎具、旋轉(zhuǎn)操作手柄、回轉(zhuǎn)裝置和彈簧平衡器等部件組成。其中，對(duì)研螺紋胎具的外螺紋參照主螺栓螺紋規(guī)格（英制7-4UN-2A/2B）中徑尺寸按照主螺栓標(biāo)準(zhǔn)螺紋中徑偏大0.01 mm進(jìn)行加工，胎具厚度取8扣螺紋左右，材料采用45#鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)硬化處理，硬度要求不應(yīng)低于主螺孔螺紋。其中回轉(zhuǎn)裝置和彈簧平衡器選用市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，彈簧平衡器的彈力和行程選取應(yīng)與對(duì)研裝置自重匹配，帶有平衡力指示，平衡對(duì)研裝置自重的同時(shí)也可以對(duì)螺紋胎具施加一定的提升力，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)研螺紋胎具對(duì)主螺孔螺紋上、下表面的貼合研磨。

3? ? 研磨修復(fù)工藝方案和應(yīng)用

針對(duì)大面積、普遍性的細(xì)小螺紋缺陷，如劃痕、毛刺、變形、小的凸起和坑點(diǎn)等缺陷，或螺紋表面存在頑固的銹斑和螺紋表面粗糙度降級(jí)等情況，以及經(jīng)絲錐切削修復(fù)后的主螺孔，確定可采用在線研磨修復(fù)工藝，具體包括以下步驟：

步驟一：設(shè)計(jì)加工螺紋對(duì)研修復(fù)裝置。參考主螺孔螺紋標(biāo)準(zhǔn)尺寸，設(shè)計(jì)加工對(duì)研螺紋胎具，并利用通止規(guī)或主螺孔對(duì)加工的對(duì)研螺紋胎具進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)對(duì)研螺紋胎具的螺紋尺寸合適。

步驟二：螺紋研磨修復(fù)準(zhǔn)備。根據(jù)缺陷情況，選取和準(zhǔn)備合適類型和顆粒度的研磨膏，均勻涂抹在待修復(fù)的反應(yīng)堆壓力容器法蘭主螺孔螺紋缺陷區(qū)，研磨膏應(yīng)加入適量潤(rùn)滑油調(diào)和，并視研磨效果由粗至細(xì)選用，推薦選用400～800目碳化硅研磨膏。借助裝卸料機(jī)的輔鉤作為移動(dòng)吊點(diǎn)，將彈簧平衡器頂部掛在裝卸料機(jī)輔鉤上，并依次組裝連接回轉(zhuǎn)裝置、連接管和對(duì)研螺紋胎具。

步驟三：螺紋研磨修復(fù)實(shí)施。操作裝卸料機(jī)輔鉤在線研磨修復(fù)裝置與待修復(fù)的反應(yīng)堆壓力容器法蘭主螺孔對(duì)中，適當(dāng)調(diào)節(jié)裝卸料機(jī)輔鉤高度和彈簧平衡器平衡力，將對(duì)研螺紋胎具旋入反應(yīng)堆壓力容器法蘭主螺孔螺紋缺陷位置進(jìn)行反復(fù)旋轉(zhuǎn)對(duì)研：（1）依靠對(duì)研螺紋胎具自重使其與反應(yīng)堆壓力容器法蘭主螺孔螺紋上表面貼合，實(shí)現(xiàn)對(duì)螺紋上表面的研磨修復(fù);（2）通過(guò)調(diào)節(jié)裝卸料機(jī)輔鉤高度，利用彈簧平衡器施加一定提升力，使螺紋對(duì)研胎具與反應(yīng)堆壓力容器法蘭主螺孔螺紋下表面貼合，實(shí)現(xiàn)對(duì)螺紋下表面的對(duì)研修復(fù)。對(duì)研過(guò)程中應(yīng)注意檢查確認(rèn)，防止夾渣對(duì)螺紋表面產(chǎn)生二次損傷，并根據(jù)實(shí)際操作手感和研磨效果適當(dāng)添加潤(rùn)滑油，由粗至細(xì)更換不同顆粒度的研磨膏，直至螺紋研磨修復(fù)合格。

步驟四：螺紋修復(fù)后檢查。清洗主螺孔，采用專用CCTV視頻檢查裝置或反光鏡，對(duì)修復(fù)后的主螺孔螺紋進(jìn)行檢查，確認(rèn)螺紋原有劃痕、毛刺、小的變形、凸起或坑點(diǎn)以及表面銹斑等缺陷已消除，光滑過(guò)渡、無(wú)凸起，并對(duì)修復(fù)后的螺孔采用經(jīng)校驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)通止規(guī)進(jìn)行最終檢測(cè)確認(rèn)。

實(shí)踐表明，所開(kāi)發(fā)的主螺孔螺紋研磨修復(fù)裝置和工藝可行，經(jīng)過(guò)對(duì)研修復(fù)，主螺孔螺紋改善顯著，在后續(xù)植入時(shí)與主螺栓嚙合十分順暢，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)使用油石、刮刀等手工修復(fù)以及絲錐修復(fù)工藝的不足，可高效修復(fù)主螺孔螺紋區(qū)域普遍性的劃痕、毛刺、變形、凸起、坑點(diǎn)以及頑固銹斑，修復(fù)更精細(xì)可控，能顯著改善螺紋表面質(zhì)量及螺紋副配合狀況，有效防止主螺栓裝配時(shí)卡澀和咬死情況發(fā)生，同時(shí)可減少對(duì)維修人員的輻射劑量，且對(duì)手工技能要求相對(duì)較低。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)反應(yīng)堆壓力容器主螺孔螺紋表面缺陷修復(fù)處理，本文提出的主螺孔研磨修復(fù)裝置和工藝，切實(shí)可行，能實(shí)現(xiàn)主螺孔螺紋區(qū)域性細(xì)小缺陷的精細(xì)、高效處理，效果顯著，可為后續(xù)反應(yīng)堆壓力容器主螺孔螺紋及類似大尺寸內(nèi)螺紋的在線修復(fù)提供參考和借鑒。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 周萬(wàn)云，許洪朋，劉東杰，等.反應(yīng)堆壓力容器主螺栓孔修復(fù)方案探討[J].壓力容器，2015（2）：75-80.

[2] 王仁科，張超，韓麗英.反應(yīng)堆壓力容器主螺栓卡澀分析[J].核安全，2013（S1）：110-113.

[3] 鄭連綱，鄒鳴中，謝海.反應(yīng)堆壓力容器螺孔及螺栓損傷評(píng)價(jià)技術(shù)[J].核動(dòng)力工程，2015（5）：22-24.

收稿日期：2020-05-20

作者簡(jiǎn)介：何行洲（1985—），男，湖北麻城人，工程師，研究方向：核電廠反應(yīng)堆檢修。