[发明专利]一种钼合金事故容错燃料棒的焊接封装方法

权利要求书

1.一种钼合金事故容错燃料棒的焊接封装方法，其特征在于：所述燃料棒包括实心下端塞、包壳管、隔热块、核燃料芯块、弹簧、空心上端塞和棒状封块，其中，所述实心下端塞、包壳管、空心上端塞及棒状封块的材质均为钼合金，所述封装方法包括如下步骤：

a)所述包壳管的一端装配所述实心下端塞，并在所述包壳管和所述实心下端塞的装配界面处添加一金属层，所述金属层的熔点低于所述包壳管和所述实心下端塞的熔点，在负压惰性气体气氛环境下，采用激光熔焊对所述实心下端塞和所述包壳管之间的环缝进行焊接，焊接过程中，装配界面处的所述实心下端塞和所述包壳管母材以及金属层发生熔化，在装配界面处所述实心下端塞和所述包壳管母材形成熔融连接，所述金属层与装配界面位置形成冶金结合；

b)向所述包壳管内依次装填所述隔热块、若干所述核燃料芯块、所述隔热块和所述弹簧，在所述包壳管的另一端装配所述空心上端塞，完成内部装配；

c)在所述包壳管和所述空心上端塞的装配界面处添加所述金属层，所述金属层的熔点低于所述包壳管和所述空心上端塞的熔点，在负压惰性气体气氛环境下，采用激光熔焊对所述空心上端塞和所述包壳管之间的环缝进行焊接，焊接过程中，装配界面处的所述空心上端塞和所述包壳管母材以及金属层发生熔化，在装配界面处所述空心上端塞和所述包壳管母材形成熔融连接，所述金属层与装配界面位置形成冶金结合；

d)在高压惰性气体气氛环境下，采用无顶锻旋转摩擦焊接方法，将空心上端塞与棒状封块进行焊接，所述无顶锻旋转摩擦焊接方法即在旋转摩擦焊接过程中不施加具有冲击性的瞬间轴向顶锻载荷，在旋转摩擦焊接过程中施加恒定的焊接压力。

2.根据权利要求1所述的一种钼合金事故容错燃料棒的焊接封装方法，其特征在于：所述金属层为在附着在装配界面处的金属层或在装配界面处独立添加的金属层，金属层材质为Zr、Ti、Ni、Hf以及Al中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的一种钼合金事故容错燃料棒的焊接封装方法，其特征在于：在步骤a)和步骤c)中，还包括在所述激光熔焊前将工件预热到400～450℃，设置激光束离焦量为-1mm～+1mm，焊接速度为2m/min～20m/min，对所述环缝进行多次反复焊接。

4.根据权利要求1或2所述的一种钼合金事故容错燃料棒的焊接封装方法，其特征在于：所述激光熔焊和所述无顶锻旋转摩擦焊接均在高压舱内进行，焊接开始前对高压舱进行抽真空至舱内压力小于10^-9MPa，然后充入惰性气体，如此反复执行抽真空和充入惰性气体，保证高压舱内气体含氧量≤1.5PPM、含氮量≤50PPM、总碳量≤5PPM、含水量≤3PPM，最后向高压舱内填充惰性气体，并在负压惰性气体气氛环境下或高压惰性气体气氛环境下完成焊接。

5.根据权利要求1所述的一种钼合金事故容错燃料棒的焊接封装方法，其特征在于：采用无顶锻旋转摩擦焊接方法时，完成两道环缝焊接的燃料棒装夹在液压夹具上，装夹接触面完全位于所述空心上端塞区域内，所述棒状封块装夹在与电机相连的旋转夹盘上，所述空心上端塞与所述棒状封块对中；焊接时，电机带动所述旋转夹盘旋转，从而带动所述棒状封块旋转，液压夹具通过液压油缸沿轴向施加恒定载荷，即焊接压力；所述棒状封块与所述空心上端塞端面接触，在所述焊接压力下相对旋转产生摩擦，通过摩擦力产生的热量完成焊接，所述焊接压力的施加为从焊接开始到焊接结束的整个过程，其中施加的焊接压力、电机的旋转速度恒定。

6.根据权利要求5所述的一种钼合金事故容错燃料棒的焊接封装方法，其特征在于：所述焊接压力为80±10MPa，所述旋转速度为2000±200r/min，焊接时间为3±1s。

7.根据权利要求1所述的一种钼合金事故容错燃料棒的焊接封装方法，其特征在于：所述负压惰性气体气氛环境中的负压取值范围为：0.01～0.1MPa，所述高压惰性气体气氛环境中的高压取值范围为：2～3MPa。