一种镍基合金耐压壳及其实施方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及压水堆核电站控制棒驱动机构技术领域，具体地，涉及一种镍基合金耐压壳及其实施方法。
【背景技术】
[0002]压水堆控制棒驱动机构安装在反应堆压力容器顶盖上，它能够按照指令带动控制棒组件在堆芯内上下运动，保持控制棒组件在指令高度；也可以通过断电释放控制组件，使其在重力作用下快速插入堆芯，完成反应堆的启动、调节功率、保持功率、正常停堆和事故停堆等功能。同时，控制棒驱动机构的耐压壳是反应堆压力边界的组成部分。
[0003]目前国际上在役的二代(含二代改进型)压水堆核电站多采用L-106A型及其衍生型号(以下简称A型)的控制棒驱动机构，而正在建设的三代压水堆核电站则多采用L-106B型及其衍生型号(以下简称B型)的控制棒驱动机构。A型和B型的控制棒驱动机构6在堆顶上的固定方式，均为金属贯穿件5插入反应堆压力容器7顶盖并焊接后，与反应堆压力容器7顶盖形成整体。控制棒驱动机构6在反应堆中的位置如图1所示。控制棒驱动机构6的耐压壳属于反应堆一回路压力边界，同时起到支承驱动机构和工作载荷的作用。因而，控制棒驱动机构的压力边界也可以统称为耐压壳，一般包含密封壳组件与驱动杆行程套管组件。
[0004]A型控制棒驱动机构的耐压壳结构:
A型控制棒驱动机构耐压壳由排气阀1、端塞2、行程套管3、密封壳4、T型螺纹接头8、贯穿件5等部分组成。T型螺纹接头8与密封壳4通过T型螺纹连接，并用Ω焊缝密封，行程套管3与密封壳4、端塞2与行程套管3之间，均通过类似的连接方式和密封方式，T型螺纹接头8与贯穿件5之间通过对接焊缝连接。这样，A型控制棒驱动机构由上、中、下三道Ω焊缝和I条对接焊缝组焊而成。其结构如图2、图3、图4、图5所显示。
[0005]B型控制棒驱动机构的耐压壳结构:
B型控制棒驱动机构的密封壳4与贯穿件5直接对接焊为整体(即:密封壳贯穿件一体件)，取消了下部Ω焊缝；行程套管3则用锻件加工成深盲孔，取消了上部Ω焊缝(即:一体化深盲孔结构行程套管)。密封壳4与行程套管3之间仍然沿用A型的螺纹连接并用Ω焊缝密封的方式。B型驱动机构的耐压壳结构如图6、图7所显示，包含I条Ω焊缝和I条对接焊缝。
[0006]压水堆控制棒驱动机构所处的运行环境为高温、高压、有辐照，因此作为压力边界之一的控制棒驱动机构耐压壳必须满足耐高温、高压、耐应力腐蚀等要求，所以希望焊缝少、结构牢固可靠。
[0007]A型控制棒驱动机构耐压壳由排气阀1、端塞2、行程套管3、密封壳4、T型螺纹接头8、贯穿件5通过上、中、下三道Ω焊缝和一道异种金属对接焊缝组焊而成，这三道Ω焊缝是整个耐压壳的薄弱环节，存在应力腐蚀产生裂纹导致泄漏的风险。此外，排气阀I和端塞2采用的为机械硬密封，对两者相配的硬密封锥面精度要求很高，提高了制造难度，且机械连接可靠性不高存在密封面磨损或旋塞螺纹拧紧力不够，在高温高压下反应堆冷却剂泄漏的风险。
[0008]B型控制棒驱动机构的密封壳4为奥氏体不锈钢，贯穿件5则为镍基合金，在结构上采用异种金属对接焊的方式将密封壳4和贯穿件5焊接成整体，以取消原A型结构中的下部Ω焊缝；行程套管3采用奥氏体不锈钢材料，设计成深盲孔结构，以取消上部Ω焊缝。
[0009]由于较之A型控制棒驱动机构的耐压壳，B型则少了两条Ω焊缝，安全性有较大提高。但中部Ω焊缝仍存在泄露风险，且密封壳4与贯穿件5之间的一条异种钢对接焊缝制造难度大、检查成本高，仍然存在焊缝裂纹等风险。
[0010]因此设计出更加安全可靠的耐压壳结构，以减少耐压壳的泄漏风险和加工制造难度，具有工程应用的实际价值。
【发明内容】
[0011]本发明所要解决的技术问题是提供一种提升安全性、减少检修难度、降低制造成本的镍基合金耐压壳及其实施方法。
[0012]本发明解决上述问题所采用的技术方案是:
一种镍基合金耐压壳，由采用镍基合金锻件机加制造的密封壳贯穿件一体件和一体化深盲孔结构行程套管构成，密封壳贯穿件一体件由一体成型的密封壳部和贯穿件部构成，一体化深盲孔结构行程套管为整体式上端堵死的盲管结构，一体化深盲孔结构行程套管与密封壳贯穿件一体件的密封壳部之间采用螺纹连接并用镍基合金材质焊缝密封，所述一体化深盲孔结构行程套管为采用镍基合金锻件或奥氏体不锈钢锻件机加制造而成，当一体化深盲孔结构行程套管采用奥氏体不锈钢锻件机加制造而成时，一体化深盲孔结构行程套管在与密封壳贯穿件一体件的密封壳部焊接连接的位置处预焊接有一个镍基合金环，所述的用于密封一体化深盲孔结构行程套管与密封壳贯穿件一体件之间间隙的镍基合金材质焊缝设置于镍基合金环与密封壳贯穿件一体件的密封壳部之间。
[0013]本发明耐压壳的密封壳贯穿件一体件采用整体镍基合金锻件加工而成，完全取消了密封壳与贯穿件的对接焊缝，彻底消除了焊缝泄漏的风险，提升了整个密封壳的安全性，进一步减少核电站检修难度、降低制造成本和检修成本，简化了控制棒驱动机构在役检查时的工作量，且提高了耐高温与耐腐蚀性能。耐压壳中部的焊缝为镍基合金材质，密封壳贯穿件一体件和一体化深盲孔结构行程套管与镍基合金焊材焊接接触的部分也均为镍基合金，因此该镍基合金焊缝抗应力腐蚀能力大幅提高，降低了焊缝泄漏的风险。
[0014]可选的，所述的一体化深盲孔结构行程套管与密封壳贯穿件一体件的密封壳部上均设置有用于形成Ω焊缝的Ω焊接坡口，当一体化深盲孔结构行程套管采用奥氏体不锈钢锻件机加制造而成时，一体化深盲孔结构行程套管上的Ω焊接坡口由焊接于一体化深盲孔结构行程套管上的镍基合金环经机加工形成，加工有Ω焊接坡口的一体化深盲孔结构行程套管与密封壳贯穿件一体件的密封壳部之间采用螺纹连接并用镍基合金材质Ω焊缝密封。
[0015]由于一体化深盲孔结构行程套管用于形成Ω焊缝的Ω焊接坡口为镍基合金材质(一体化深盲孔结构行程套管为采用镍基合金锻件机加制造而成时该Ω焊接坡口自然为镍基合金材质，一体化深盲孔结构行程套管为采用奥氏体不锈钢锻件机加制造而成时该Ω焊接坡口由焊接于一体化深盲孔结构行程套管上的镍基合金环经机加工形成，故该Ω焊接坡口也为镍基合金材质)、密封壳贯穿件一体件为镍基合金材质、焊材为镍基合金焊材，故该Ω焊缝为镍基合金Ω焊缝；其抗应力腐蚀能力比B型耐压壳的奥氏体不锈钢Ω焊缝明显提高；如果此处的Ω焊缝再适当加大焊耳部分的厚度，则可以大大减少焊缝泄漏的风险，同时并不会对以后可能需要进行的Ω焊缝切割造成不利影响。
[0016]可选的，也可一体化深盲孔结构行程套管与密封壳贯穿件一体件的密封壳部上均不设置Ω焊接坡口，一体化深盲孔结构行程套管与密封壳贯穿件一体件的密封壳部间采用角焊缝的方式连接，以替代原密封壳与行程套管之间的Ω焊缝，从而进一步减少耐压壳的焊缝泄漏风险。
[0017]通过对比镍基合金(如Inconel690)与奥氏体不锈钢(如00Crl8Nil0N)力学性能，Inconel690镍基合金在常温以及350°C高温下的力学性能指标均高于00Crl8Nil0N，而耐压壳的工况温度为310°C左右，可见全镍基合金的耐压壳在力学性能和抗应力腐蚀性能上都优于传统的奥氏体不锈钢耐压壳。
[0018]所述的镍基耐压壳的实施方法，包括以下步骤:
51、采用经过检验合格的镍基合金锻件将密封壳贯穿件一体件加工成型；
52、采用经过检验合格的镍基合金锻件将一体化深盲孔结构行程套管完全加工成型； 或者采用经过检验合格的不锈钢锻件将一体化深盲孔结构行程套管粗加工成型，再采用镍基合金焊丝将镍基合金环焊接于已完成粗加工的一体化深盲孔结构行程套管基体上，然后完成一体化深盲孔结构行程套管的整体加工；<