[发明专利]一种锆合金燃料组件导向管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锆合金燃料组件导向管，包括主体段、加强段和连接两者的圆锥过渡段，主体段、加强段和圆锥过渡段的外径相同，主体段的内径大于加强段的内径，圆锥过渡段的内径介于主体段和加强段的内径之间，且沿主体段至加强段的方向递减，圆锥过渡段的圆锥顶角为5°～30°，长度为3mm～28mm；本发明还公开了一种锆合金燃料组件导向管的制备方法，该方法采用主体段和加强段直径、圆锥过渡段尺寸与锆合金燃料组件导向管对应部位相同的芯棒对锆合金管坯冷轧。本发明通过缩短锆合金燃料组件导向管圆锥过渡区的长度降低了主体段与加强段间同轴度的控制难度，减少了控制棒下落时的卡阻风险；本发明的制备方法简单，对设备要求低。

技术领域

本发明属于锆合金管材制备技术领域，具体涉及一种锆合金燃料组件导向管及其制备方法。

背景技术

核反应堆用控制棒导向管即核燃料组件导向管是核反应堆燃料组件的重要组成部分，它既有组件的骨架作用，又给予控制棒以导向和减速、缓冲。核燃料组件导向管尺寸不精或形状不合理等都会造成控制棒的提升和落下动作卡死受阻,因而对反应堆的安全可靠运行起着举足轻重的作用。

核燃料组件导向管从结构形式上大体分三类：第一种是壁厚不变，内外径同时呈阶梯状变化，如AFA2G组件用导向管；第二种是套管式，由内外两层管材套在一起，内管的长度较短，如AP1000导向管；第三种是外径不变，内径变化，如AFA3G组件用MonoblocTM导向管。

然而当控制棒落下时，在燃料组件导向管的下端部控制棒与导向管内壁相接触的冷却介质会对导向管，特别是直径变小的区域产生很高的压缩应力，而且燃料组件下降时的惯性力很大，可能会引起第一种导向管直径变小的薄弱区破裂、弯曲或扭曲。因此，有人建议使用下端部经过加强的导向管，这样以承受控制棒下落时引起的应力。套管式的导向管如AP1000导向管即为下端部加强的导向管，通过置于导向管下端的缓冲管，形成加强段，然而，该类导向管加强段的焊接会引起残余应力，会减少导向管的机械阻力和防腐能力。此外，在两支管材的组装段上可能会出现对中方面的缺陷。

第三类导向管如AFA3G组件用MonoblocTM导向管通过增大下端部壁厚形成加强段，导向管外径保持不变，上部主体段内径较大，下部加强段内径较小，主体段和加强段之间导向管的内径是逐渐变化，且过渡区长度大于100mm。同轴度是导向管最重要的技术要求之一，AFA3G组件用MonoblocTM导向管较长的过渡区增大了主体段与加强段之间同轴度的控制难度，增大了控制棒下落时的卡阻风险。

就制造工艺而言，第一种导向管无法能通过轧制办法得到，需经过旋压工艺获得，目前尚这种用途的专用设备，一般由导向管生产企业自主设计制造，旋压过程中如果模具设计或选择不当，工艺参数选择不合理，可能产生成型失稳现象或内部起皱，且操作时间长。第二种导向管是西屋公司开发，其加工方式尚未见文献报道，国内目前尚未掌握此工艺。第三种导向管是法国CEZUS公司开发，属法国专利产品，其加工方式是用KPW系列轧管机直接轧制生产，且普通KPW系列轧机不能直接使用，需对其进行系统和电控系统进行改造，制造成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种锆合金燃料组件导向管。本发明的锆合金燃料组件导向管为整体管，由外径相同的主体段、加强段和连接主体段与加强段的圆锥过渡段组成，圆锥过渡段的圆锥顶角为5^°~30^°，圆锥过渡段的长度为3mm~28mm，该锆合金燃料组件导向管通过缩短圆锥过渡区的长度，提高了主体段与加强段之间的同轴度，降低了主体段与加强段之间同轴度的控制难度，降低了控制棒下落时的卡阻风险。