钎焊格架钎料涂覆工艺研究

钎焊格架钎料涂覆工艺研究

马春英，侯雪，潘胜强，丁文叶

中核北方核燃料元件有限公司  内蒙古 包头014035

摘要：格架是核燃料组件的关键部件，钎焊格架是核燃料组件多种类型格架中的一种，且组件对该类型格架的强度要求较高，在实际生产制造过程中，需要采用钎料涂覆工艺。作为钎焊格架制造过程中重要环节之一，其中关键工艺参数钎料配比、涂覆速度、涂覆长度、涂覆压力等对涂覆钎料的量及钎焊热处理后的焊缝有重要影响，通过钎料涂覆工艺试验，对影响钎料涂覆量的相关工艺参数进行试验、分析，优化工艺，使钎焊格架强度满足产品技术要求。

关键词：钎料涂覆；钎焊；热处理

0引言

格架在核燃料组件中起着支撑和夹持燃料棒的作用，格架的焊接质量对组件的性能有着很大影响。一种核燃料组件中的格架，在制造过程中包括多种焊接工艺，而格架钎焊焊接工艺是其中重要的焊接工艺之一。钎焊格架制造过程包括多种工艺，钎料涂覆工艺是该生产线工艺之一，也是钎焊格架制造过程中重要环节。钎料涂覆的质量影响着焊缝的质量，要确保钎料涂覆的均匀性和一致性。每个格架有1056条焊缝需要涂覆，为了保证钎料涂覆的质量，目前钎料涂覆采用机器人进行自动涂覆，将钎料均匀涂覆在每条焊缝处。钎料涂覆的质量与钎料的配比、涂覆速度、涂覆长度、涂覆压力相关，通过钎料配比试验和钎料涂覆试验，制定工艺试验方案，确定工艺参数范围，再结合钎焊热处理工艺，调整涂覆工艺参数，优化工艺参数范围，确保涂覆质量满足要求。

1 钎料配比试验

格架涂覆钎料目前采用的是镍基钎料，将钎料与去离子水进行混合配比，钎料与去离子水的配比影响着钎料的流动性，如果钎料配置太稀，涂覆钎料过程中钎料会流出焊缝，造成焊缝处的钎料减少和钎料的浪费；如果钎料配置太稠，涂覆钎料时，出料困难，出现焊缝处无钎料或钎料不连续的现象。针对此情况，将钎料与去离子水以不同比例进行配比，并进行流动性测试，对其进行分析并优化。钎料与去离子水的配比比例及试验结果见表1。

表1 钎料与去离子水比例及试验结果

将钎料与去离子水以表1中的比例进行配比后，以相同的涂覆压力和时间，涂覆相同的长度后，进行钎料流动性对比，经多次试验，观察发现，钎料与去离子水比例在（100：2.3）～（100：2.8）范围内流动性较好，最终确定适合涂覆的钎料配比范围。

2 钎料涂覆试验及优化

2.1产品焊缝结构特点

格架中需要完成钎料涂覆的栅元为264个，每个栅元4条焊缝，共1056条焊缝需要涂覆钎料，若采用手工涂覆，无法定量控制，很难保证涂覆的均匀性和一致性，需采用机器人来自动完成，以确保钎料涂覆质量。

2.2钎料涂覆试验影响因素

目前使用的涂覆机器人在进行钎料自动涂覆时，主要包括涂覆长度、涂覆速度、涂覆压力三个因素，三个因素分别影响钎料涂覆的量，同时也共同影响着涂覆的钎料是否均匀，从而影响着钎焊后焊缝的质量。为了保证格架钎料的涂覆质量，需对以上影响因素进行多次试验，确定钎料涂覆参数范围。

2.3钎料涂覆试验方案

首先选择合适的钎料配比将钎料与去离子水混合，然后对格架进行不同参数组合的涂覆试验。

通过实际钎料涂覆过程分析，钎料自动涂覆质量主要与涂覆长度、涂覆速度、涂覆压力有关，将涂覆长度、涂覆速度、涂覆压力三因素分别用A、B、C表示，其最大值和最小值称为二水平，针对三个因素二水平（设定见表2）进行正交试验，正交试验表见表3。

表2 三因素二水平设定

表3 正交试验表

2.4试验结果及分析

通过正交试验表格中的参数组合，对格架焊缝进行多次自动涂覆试验，涂覆完成后对外观进行观察和分析，调整试验参数并优化，对其涂覆效果进行评价：

1）焊缝处的钎料连续、均匀一致，无漏涂，无堆积；

2）初步确定钎料涂覆效果完好的参数范围。

2.5钎料涂覆工艺参数优化

采用初步确定好的涂覆参数范围，将格架涂覆完成后，进行钎焊热处理试验，热处理完成后，进行焊缝外观和性能的检测，确定优化后的涂覆工艺参数范围。热处理后的焊缝应满足如下要求：

1）焊缝无裂纹、漏焊、堆积；

2）焊缝的力学性能满足设计要求。

优化涂覆工艺参数后，开展了钎焊格架试验件小批量的研制，其焊缝外观和力学性能均满足钎焊格架设计预期要求。

3 结论

1）确定了钎料与去离子水的配比比例范围。

2）确定了确保焊缝质量的钎料涂覆参数范围，钎料涂覆均匀一致；钎焊热处理后，焊缝外观完好，无漏焊，无堆积，力学性能满足要求，完成试验件的研制。

参考文献：

[1] 孟子鸣，压气机扇形组件高粘度钎料涂覆技术研究，2021年09期

[2] 罗运芬，小直径薄带蜂窝零件的钎焊工艺研究，内燃机与配件，2022年05期

[3] 李悦霖，钎焊技术在航空领域的应用与发展，航空维修与工程，2019年03期