含掉块缺陷燃料棒的热力性能模拟研究

燃料棒制造过程中会不可避免地产生芯块掉块(MPS)缺陷,该缺陷有可能导致运行过程中燃料包壳局部应力超过受力限值,产生包壳失效。本研究借助ABAQUS软件,通过编写相应的用户自定义子程序,将燃料棒相关的辐照效应、热效应、间隙热传导模型等引入数值模拟计算,完成了对具有MPS缺陷燃料棒热力性能的分析。对比具有不同MPS缺陷尺寸燃料棒的热力学性能模拟结果,完成MPS缺陷尺寸对燃料棒热力性能的敏感性分析。模拟结果表明,MPS缺陷会造成燃料棒中心温度升高,并且在包壳内外表面上出现拉压应力交替的现象;MPS缺陷尺寸越大,该影响越显著。较大的掉块尺寸会对反应堆运行过程中燃料棒的结构完整性造成威胁,应引起注意。     

AP1000燃料组件锆屑产生原因及处理措施探讨

根据AP1000燃料组件结构特点,分析认为燃料组件中锆屑(锆细丝及锆屑积瘤)产生的原因是燃料棒在拉棒过程中,燃料棒与格架中的格架弹簧、刚凸相互挤压刮擦燃料棒产生的。锆细丝或锆屑积瘤如果在燃料组件入堆前无法清除干净,这些锆细丝或锆屑积瘤存留在燃料组件上,燃料组件在堆内运行过程中,由于冷却剂的高速横流使燃料棒过分振动可能造成锆屑磨蚀燃料棒,导致燃料棒破损。针对燃料棒拉棒产生的锆屑,调研了国内外减少拉棒过程中锆屑的产生和处理措施,提出了解决方案建议。     

百万千瓦级压水堆核电站燃料棒制造工艺

对百万千瓦级压水堆核电站燃料棒的结构特点、技术特性进行了描述,并对该类型燃料棒的主要制造工艺包括电子束焊接、压力电阻焊接、燃料芯块装管等进行论述和分析,最后对该元件的国产化提出意见和建议。     

压水堆燃料组件横向非线性特征模拟研究

压水堆燃料组件的燃料棒依靠格架进行夹持,保持燃料棒的横向和轴向定位。在燃料组件弯曲时,燃料棒与格架产生相对滑移,是燃料组件产生横向非线性特征的主要原因。本文分析典型的压水堆燃料组件格架和燃料棒夹持系统的设计特点,结合分析和试验结果,将夹持系统的滑移和弯曲特性分解为滑移单元和旋转弹簧单元的效应,从而实现夹持系统的力学模拟。通过计算与试验结果比较,验证所建立的夹持系统模型的有效性。将夹持系统模型用于燃料组件横向非线性模型中,通过模型计算与燃料组件横向拉伸试验结果对比,符合性良好。     

核电站燃料棒制造中的电子束焊接

欧美等国在燃料棒制造中大都采用TIG法,而我国则采用了电子束焊接方法。电子束焊是一种在高真空中进行的机械熔化焊方法,特别适用于燃料棒的焊接。目前生产中使用了两种专用真空电子束焊机。ES1-2型焊机,它采用自动焊接夹具,在真空中完成上料—焊接—冷却—下料,每次100根。HD-60型焊机,它仅将焊接处局部密封在真空室中,该机的动作和参数均由计算机控制。燃料棒电子束焊接中出现的成形差是由电子束焦点畸变,飞溅,灯丝老化等造成,采用对中电子枪,电子束扫描,选择合理规范来解决;未焊透是由焦点功率密度变化所致,采用调整焦点大小及位置,或改进接头结构,提高加速电压来消除;气孔产生的原因较特殊,可能是飞溅,表面清洁度,配合间隙中残留气体等引起,一般采用严格清洗工件,电子束扫描或改进端塞结构等措施来避免。     

核电站燃料棒制造中的电子束焊接

欧美等国在燃料棒制造中大都采用TIG法,而我国则采用了电子束焊接方法。电子束焊是一种在高真空中进行的机械熔化焊方法,特别适用于燃料棒的焊接。目前生产中使用了两种专用真空电子束焊机。ES1-2型焊机,它采用自动焊接夹具,在真空中完成上料—焊接—冷却—下料,每次100根。HD-60型焊机,它仅将焊接处局部密封在真空室中,该机的动作和参数均由计算机控制。燃料棒电子束焊接中出现的成形差是由电子束焦点畸变,飞溅,灯丝老化等造成,采用对中电子枪,电子束扫描,选择合理规范来解决;未焊透是由焦点功率密度变化所致,采用调整焦点大小及位置,或改进接头结构,提高加速电压来消除;气孔产生的原因较特殊,可能是飞溅,表面清洁度,配合间隙中残留气体等引起,一般采用严格清洗工件,电子束扫描或改进端塞结构等措施来避免。     

钍基先进CANDU堆燃料循环方式研究

在钍基先进CANDU堆的概念设计中，钍燃料的循环利用方式是一重要问题。文章采用中心两圈为钍燃料、外面两圈为稍加浓缩铀燃料的CANFLEX燃料棒束，通过对燃料棒束栅元物理特性的研究，提出了一套切实可行的直接自身再循环的燃料棒束循环方案。     

燃料棒真空电子束焊机

燃料棒真空电子束焊机能对两种规格的燃料棒进行环焊，其一次性装料量大，焊接速度快，自动化程度高；本文对设备（机械部分）的结构和工作过程作了详细介绍，对设备的主要部件和系统进行了分析和研究。     

燃料棒压力电阻塑形焊接工艺常见缺陷研究

通过模拟当前燃料棒压力电阻塑形焊接工艺在生产中可能出现的各种异常情况:焊接参数异常、焊接设备状态异常、零部件沾污、气氛沾污、母材异常,对压力电阻塑形焊接的常见缺陷(氧化色类缺陷与焊缝成型不良类缺陷)的产生机理与其对焊缝性能的影响进行了研究,得出一系列关于缺陷成因及防范措施方面的有效结论,对预防缺陷发生,保证焊接质量有积极的作用。     

水堆燃料元件的破损监测、定位和处理（续）

4在燃料组件内鉴别破损的燃料棒 一旦某束燃料组件用上述方法己判定为破损组件，如果条件不具备可将其放入专门容器贮存。在正常情况下就要从这束燃料组件中找出破损的燃料棒，然后抽出换上新棒。鉴别破损燃料棒的第一项技术就是外观检查超声检验。     

Effect of applied current on the formation of defect in PWR nuclear fuel rods in resistance pressure welding process

The welding of zirconium alloy components is one of the most critical processes in the fabrication of nuclear fuel rods used in pressurized water reactors. For this, various welding processes, such as gas tungsten arc welding, electron beam welding, laser beam welding, and resistance pressure welding (RPW), are used around the world. In Korea, the RPW process is being used to fabricate nuclear fuel assembly fuel rods. This study investigated changes in the weldment shape owing to welding conditions such as welding current, welding force, and overlapping. The welding soundness of the weldment was evaluated by hydraulic burst test. The welding temperature of the weld zone was measured using a thermal infrared method. Discontinuous black spots in the weld line, regarded as a non-bonding defect, were confirmed as spots caused by the carbide precipitation of zirconium during welding.     

乏燃料贮存格架的试制

简要介绍了乏燃料贮存格架实体模型试制过程中的生产准备、材料要求、关键零部件的加工、组焊、检验以及抽插试验的过程，为乏燃料贮存格架产品的制造和国产化提供了经验。     

AFA 3G燃料组件骨架导向管与格架的压力电阻焊工艺研究

骨架点焊是压水堆燃料组件制造过程中的重要工序。对AFA 3G骨架点焊焊接技术，即格架与变径导向管之间的压力电阻点焊，在我国尚属一个崭新的技术课题。在大量实验的基础上，就不同的焊接规范对焊点质量的影响进行了详细的讨论与研究，包括焊点的剪切力、焊点熔核尺寸以及焊点腐蚀性能，从而获得了比较理想的焊接规范。     

Thermo-mechanical FE-analysis of residual stresses and stress redistribution in butt welding of a copper canister for spent nuclear fuel

The transient and residual temperature, stress and strain field present during electron beam welding of a plane copper end to a canister for spent nuclear fuel is calculated by the use of FEM. The subsequent stress redistribution is calculated up to 10,000 years. The canister consists of two concentric cylinders, an inner steel cylinder containing the spent nuclear fuel and an outer copper cylinder. It was found that the maximum plastic strain (plastic+creep) accumulated in the (possibly brittle) heat affected zone is ≈7%, which seems to be well below the reported ductility for the copper used.     

脉冲堆燃料元件壁温测量热电偶的焊接

脉冲堆燃料元件表面温度测量用的铠装热电偶,其端头部分的套管外径仅为0.25mm。通过对焊接形式、封头工艺及热电偶与燃料元件表面的焊接工艺进行研究比较,采用了脉冲氩弧焊封头、激光点焊焊接的方法。对焊后模拟件进行的各种检验表明,所采用的方法是可行的。     

基于元胞自动机法对Mo单晶的焊缝微观组织模拟

Mo单晶具有良好的蠕变性能，被用作空间热离子反应堆的燃料元件的组分。减少焊缝中离散晶粒的产生，实现单晶连接，是提高燃料原件使用寿命的主要途径。本文基于概率形核、枝晶生长理论，采用元胞自动机（CA）法模拟Mo焊接熔池快速凝固过程。模拟结果显示，CA法是一种有效、可靠的研究方法，可很好地模拟Mo焊接过程。同时，实现Mo单晶焊缝生长过程的可视化，有助于焊缝组织的优化和控制及材料机械性能的改善。     

燃料棒电子束环焊缝试样腐蚀后产生蓝色氧化膜环的机理

燃料棒电子束焊接试样腐蚀后,在近环焊缝区会出现蓝色氧化膜环现象。研究了蓝色环氧化膜的 微观结构和形貌,测量了表面膜厚度和成分。用常规腐蚀法、加速腐蚀法和离子注入法研究了蓝色氧化 膜环处的抗腐蚀性能。试验表明:近环焊缝区已形成蓝色环后并不影响该处锆合金在继续腐蚀时的抗 腐蚀性能,也不影响燃料棒整体的抗腐蚀性能。根据实验结果提出了蓝色氧化膜环的产生机理和消除措施,并在大规模生产中得到了验证。     

Resistance spot weldability of 11Cr–ferritic/martensitic steel sheets

Resistance spot welding of 11Cr–0.4Mo–2W, V, Nb ferritic/martensitic steel sheets with different thicknesses was examined to develop a manufacturing technology for a fast reactor fuel subassembly with an inner duct structure. In the spot welding, welding current, electrode force, welding time and holding time were varied as welding parameters to investigate the appropriate welding conditions. Welding conditions under which spot weld joints did not have either crack or void defects in the nugget could be found when the electrode force was increased to 9.8 kN. It was also found that the electrode cap with a longer tip end length was effective for preventing weld defect formations. Strength of the spot welded joint was characterized from micro hardness and shear tension tests. In addition, the ductile-to-brittle transition temperature of the spot welded joint was measured by Charpy impact tests with specimens that had notches in the welded zone.     

核电厂不锈钢覆面焊接模拟件腐蚀行为研究

对3种核电厂乏燃料水池不锈钢覆面材料S32205、S32101和S30403的焊接模拟件,在H₃BO₃浓度2500 mg/L、SO₄2?浓度1500 mg/L、Cl?浓度5%、pH值5.0、温度80℃、饱和氧的条件下浸泡6个月,对比研究其腐蚀行为。结果发现:S30403焊接模拟件在焊接节点和缝隙附近出现了大量的氯致应力腐蚀裂纹;S32101焊接模拟件出现了腐蚀坑,在焊接节点和缝隙附近腐蚀尤其严重;S32205焊接模拟件腐蚀最轻,试件表面未发现腐蚀坑及裂纹。研究表明:3种材料模拟件的耐腐蚀性规律为:S32205>S32101>S30403。S32205具有良好的综合力学性能和耐腐蚀性能,是一种理想的改进型水池覆面材料。