[发明专利]一种反应堆钩爪连杆机构及其制造方法

说明书

技术领域

    本发明涉及核反应堆用零件及该零件的加工工艺，特别是涉及一种反应堆钩爪连杆机构及其制造方法。

背景技术

步进式磁力提升型控制棒驱动机构是压水堆核电站主要使用的一种控制棒驱动机构类型，钩爪连杆机构零件作为该控制棒驱动机构主要动作的执行零件，质量保证等级为Q1级，零件的质量直接决定了控制棒驱动机构整体的质量。

钩爪连杆机构的作用是通过钩爪齿面与驱动杆环槽啮合后带动驱动杆上升和下降运动从而驱动反应堆控制棒上下运动以达到调节反应堆功率和紧急情况下停堆的目的。由于钩爪齿面在运行过程中受到冲击和不断磨损，与驱动杆环槽的接触面会越来越少，当磨损达到极限情况时，钩爪与驱动杆不能有效啮合就会产生失步或打滑现象，驱动机构的寿命即达到了极限。加上钩爪连杆机构的两个小孔在工况条件下与销轴存在较大的摩擦力和冲击力，在工作过程中小孔会发生变形，导致钩爪的定位不准确从而加剧了钩爪齿面的磨损，因此需在小孔和齿面堆焊溶敷金属层以提高钩爪连杆机构的寿命。

目前，核电站使用的控制棒驱动机构所使用钩爪连杆机构通常采用00Cr18Ni10N奥氏体基体上堆焊钴基合金的方法制造而成；或者采用整体钴基铸造后进行加工。目前所使用的钴基合金堆焊钩爪连杆机构以及整体铸造钴基合金钩爪连杆机构具有如下特点：

    1)  钴基合金堆焊钩爪连杆机构的耐磨性、抗冲击韧性良好，但堆焊工艺难度大，极易出现气孔和裂纹，因此报废率较高；

2）整体钴基合金铸造，能有效的保证零件配合面的硬度和耐磨性，但零件心部韧性不足，抗冲击性能和耐磨性能相比氧乙炔堆焊件差；

3）钴基合金堆焊和整体铸造均含有钴元素，对换料和退役带来不利影响。

现有钩爪连杆结构主要采用的合金材质以及相应的性能数据对比如图1所示。

从图1可以看出， 00Cr18Ni10N奥氏体不锈钢硬度较低，冲击韧性比钴基合金高；钴基合金以Stellite6为例，硬度高，耐磨性好，耐高温性好，但冲击韧性低，若钩爪整体以钴基合金制造，成本较高且冲击韧性降低了整个钩爪的使用性能，同时因Co元素含量较高不利于核电装备的检修与维护。

当采用00Cr18Ni10N奥氏体不锈钢与Stellite6合金相结合，充分利用两种合金的优良性能，提高了钩爪连杆机构的基体韧性，保证耐高温、耐蚀性，同时满足了钩爪连杆机构需摩擦部位具有高的耐磨性能。但这种堆焊的难度极大，堆焊工艺成型效果差，极易产生气孔和裂纹。

因此，制造设计出一种耐腐蚀、耐磨、抗冲击性能和制造工艺性良好的钩爪连杆机构，以及相应的加工方法，具有良好的应用价值和市场前景。

发明内容

针对上述制造设计出一种耐腐蚀、耐磨、抗冲击性能和制造工艺性良好的钩爪连杆机构，以及相应的加工方法，具有良好的应用价值和市场前景的问题，本发明提供了一种反应堆钩爪连杆机构及其制造方法。

为解决上述问题，本发明提供的一种反应堆钩爪连杆机构及其制造方法通过以下技术要点来解决问题：

本申请提供了一种反应堆钩爪连杆机构，包括钩爪、连杆以及用于钩爪和连杆销连接的销轴，所述钩爪的表面设置有齿面，钩爪和连杆上分别设置有用于两者销连接的钩爪孔和连杆孔，钩爪孔和连杆孔的数量均不止一个，所述齿面的表面、钩爪孔和连杆孔的内壁面上均设置有镍基合金层。

其中，所述连杆孔和钩爪孔均为同心异径孔，连杆孔和钩爪孔的直径最小点均位于各自两端之间。

进一步的，所述连杆孔和钩爪孔均为由两段锥形孔构成的台阶孔。

进一步的，所述连杆孔和钩爪孔的侧面上均设置有剪力槽，每个连杆孔和钩爪孔侧面上的剪力槽均不止一个，且每个连杆孔和钩爪孔侧面上的剪力槽相对于对应的连杆孔或钩爪孔呈环状均布。

进一步的，所述销轴的表面也设置有镍基合金层，销轴的表面、齿面的表面、钩爪孔和连杆孔的内壁面上的镍基合金层厚度均介于0.3-4.0mm之间。

本发明还提供了一种反应堆钩爪连杆机构的制造方法，本方法用于制造上述的钩爪连杆机构，本方法包括加工出设计尺寸的钩爪、连杆以及销轴、对钩爪表面进行滚齿加工或车削加工得到齿面、对钩爪和连杆进行钻削加工分别得到钩爪孔和连杆孔，还包括在所述齿面的表面、钩爪孔和连杆孔的内壁面上设置镍基合金层的敷设步骤。

其中，所述敷设步骤为在所述齿面的表面、钩爪孔和连杆孔的内壁面上堆焊镍基合金层。