胀形枪定位装置设计技术改造

郭宏韬

【摘 要】燃料组件制造过程中，拧紧锁紧螺钉后，需要用胀形枪对锁紧螺钉进行胀形。本篇论文阐述了锁紧螺钉胀形工艺、目前存在的问题、锁紧螺钉胀形定位装置的设计、应用及达到的效果。

【关键词】锁紧螺钉胀形；定位装置

一、引言

燃料组件制造过程中，锁紧螺钉胀形工艺是一道关键工序。锁紧螺钉胀形成品率直接影响到产品质量，锁紧螺钉定位装置的设计应用可以提高锁紧螺钉胀形的成品率，提高生产效率。

二、锁紧螺钉胀形工装及工艺简介

（一）胀形枪及胀形工具简介

锁紧螺钉胀形工艺主要是由胀形枪和胀形工具组合成的工装共同完成。胀形枪主要是由气缸组成的缸体，以及连接在上的一个圆柱形工装组成，胀形工具则是由连接在胀形枪缸体上的胀形芯杆以及胀形头组成。

锁紧螺钉胀形前，需要对胀形工具以及胀形枪进行调整。首先，操作人员将胀形枪用气管连接在气路上，调整压力，将胀形芯杆固定在胀形枪缸体上，并用锁紧螺母拧紧，将圆柱形工装安装到胀形枪上，将胀形头安装到圆柱形工装上，按下胀形枪开关，观察胀形芯杆伸出的位置，调整圆柱形工装以及胀形头，确保胀形芯杆完全伸出时，与胀形头前端位置齐平，随后将圆柱形工装以及胀形头用锁紧螺母拧紧。

（二）锁紧螺钉胀形工艺简介

燃料组件制造过程中，操作人员安装完下管座，拧紧锁紧螺钉后。操作人员拿起胀形枪保持与锁紧螺钉垂直，将胀形头放入到锁紧螺钉内，调整胀形头两端位置使之与下管座孔凹槽位置对齐，按下胀形枪开关，完成胀形。

胀形完毕后，需要对胀形进行检测，合格标准为以下几点：

> 操作人员用胀形规检查每一个胀形尺寸，以确保锁紧螺钉杯口已经深深嵌入到下管座凹槽中，并且用胀形规插入锁紧螺钉杯口后无法旋转为合格；如果胀形不合格，胀形规可以旋转。

> 用3X放大镜观测锁紧螺钉的裂纹，确保24个锁紧螺钉胀形后杯口无裂纹。

> 目视检查确保下管座孔无毛刺。

三、锁紧螺钉胀形现存问题

锁紧螺钉胀形属于新工艺，员工对胀形所涉及的工装及工艺都仅仅局限于书本上所学，在工艺开发试验实际操作过程中，员工对锁紧螺钉进行胀形，发现胀形一套燃料组件的锁紧螺钉总有3到4个无法合格，经过总结发现有以下几个问题：

* 操作人员在使用胀形枪进行胀形锁紧螺钉的时候，因为胀形枪比较重，有的时候胀形枪无法和锁紧螺钉的位置垂直，在未垂直的状态下胀形，就会出现锁紧螺钉胀形尺寸不合格，需要进行二次胀形，或者胀形工具撞击在下管座孔壁上，导致锁紧螺钉胀形后有裂纹出现。

* 操作人员在使用胀形枪进行胀形锁紧螺钉的时候，因为操作失误，胀形工具前端凸起部分没有跟下管座孔凹槽进行对齐，导致胀形工具在被芯杆顶出张开时，正好撞击在下管座孔壁上，导致锁紧螺钉胀形后出现裂纹，或者导致胀形工具正好卡在下管座凹槽壁上，张开瞬间，有一个冲击力迅速进入下管座凹槽内，导致锁紧螺钉胀形后出现裂纹。

四、锁紧螺钉胀形定位装置设计

从上述原因我们可以看出，锁紧螺钉胀形出现尺寸不合格或者胀形后裂纹的情况很多，需要操作人员在胀形的过程中，需要将胀形枪保持与锁紧螺钉垂直，并且胀形头两端要对齐下管座的凹槽，否则可能会将锁紧螺钉胀坏，导致锁紧螺钉报废。所以迫切需要设计一个定位装置，可以使操作人员轻松的做到以上两点。

起初的设计思路，我们发现下管座底部有很多对称的圆孔，可以设计一个固定在胀形枪上的一个支架，可以将支架伸入到下管座孔中进行定位。基于这种设计，我们发现设计好的工装在使用的时候很不方便，定位和使用都花费大量的时间，所以将此方案废弃。

岗位技术人员和操作人员在经过大量的试验、摸索之后，最终确定新的一个方案，打算在胀形枪底部设计一个圆盘，在圆盘上对角位置打两个圆孔，内部套丝，另外设计两根不锈钢长杆，可以拧入圆盘上的孔内，从而实现定位功能。后考虑到长杆太长、太细，在使用的过程中容易变形，在工作时无法正确定位，需要经常对其进行校准。后经过多次假设与实践，我们将圆盘固定位置进行更换，将圆盘位置固定于在胀形枪最前端，这样定位杆的长度就能大大缩短，减少定位杆变形导致无法插入下管座孔的情况发生。

五、锁紧螺钉定位装置的应用及成效

锁紧螺钉定位装置设计制作成功后，我们对其做了一系列的试验，首先我们用安装了定位装置的胀形枪与未安装定位装置的胀形枪进行了两组胀形试验。

未安装定位装置的胀形枪，一次胀形后，发现有两个螺钉因操作问题胀形尺寸不合格，经二次胀形后才符合产品要求，而且有三个螺钉因胀形枪杯口未与下管座孔凹槽对齐导致胀形后出现裂纹报废。安装定位装置后对锁紧螺钉进行胀形，未发现有尺寸不合适的出现，并且胀形后的锁紧螺钉尺寸相差不大，均未发现裂纹，全部合格。

设计的锁紧螺钉定位装置，可降低由备品备件以及工装夹具进口所带来的巨大成本消耗，并将目前在锁紧螺钉胀形工装设计方面的技术难题能够攻破。最终降低核燃料组件的制造成本，提高核燃料组件制造的优势。

在国际市场上，按照我国核电走出去的发展战略，燃料组件锁紧螺钉胀形定位装置研发成功到推广应用于国内市场预计需要两年时间，这与我国自主核电技术发展的进度基本一致，完全可以满足我国核电走出去的发展目标。

此外，锁紧螺钉定位装置的研制，涉及到了工装设计、气动系统、以及传动液压等诸多方面，可以带动相关技术的发展，同样可以产生一定的经济效益和社会效益。

六、结论

锁紧螺钉定位装置的研制成功后，首先在現有燃料组件的制造中得以应用，进而推广应用到后续的核燃料的生产中。目前，我国除现有的核燃料元件生产线外，还有其他核燃料元件生产线，这些生产线的锁紧螺钉定位装置均可以由自主研发的锁紧螺钉定位装置所取代。而且由于目前国际上开展此项研究的国家并不多，所以开展自主研发所掌握的核心技术、研制的关键设施均可在世界范围应用，其应用前景广阔。

【参考文献】

[1]罗琳. 浅谈胀形枪定位装置设计技术改造[J].自然科学，2017（3）.11-12.