基于钻削的取堵头方法研究

蒋兴福，胡卉桦

（中核武汉核电运行技术股份有限公司维修中心，湖北武汉 430070）

0 引言

在压水堆核电站中采用机械滚胀方法对蒸汽发生器传热管进行堵管操作时，设备的滚胀工具滚胀堵头的内壁，使堵头扩张变形，压紧胀接在传热管内壁上，起到关闭该传热管通道的作用，避免放射性泄漏。

在传热管手动堵管过程中，手动操作在拉出堵头时可能会使堵管超差，不能达到程序规定的要求而造成堵管失效。这时需要进行取堵头操作。目前国内尚无针对手动堵管超差后的应急措施。根据现场实际工作环境及堵管特点，分析采用小型钻头对操作无效的堵头进行钻削破坏，后进行取出操作。本文针对蒸汽发生器管板现场环境，设计了一种小型定位专用工具，对钻削取堵头方法进行了验证。

1 技术要求及方案

钻削取堵头定位工具用于实现小型钻头的准确定位。其固定于蒸发器管板，现场条件要求该设备设计应小型化，保证空间及重量要求，以方便人员操作。同时该装置应满足电站对于进入蒸发器设备的材料要求。

1.1 技术要求

为保证密封效果，堵头的主要膨胀部分必须在管口内部足够深度。程序规定堵管操作完成后，堵头尾端伸出管口的长度≤7 mm。根据程序规定，如果此长度超差，则判定该堵管无效，必须将该堵头取出，重新实施堵管，如图1 所示。

图1 堵头在传热管内状态

分析蒸发器操作环境和堵头在管板内的结构特点，采用钻削进行取堵头操作的技术要求如下：

（1）钻头尺寸及材料应满足使用要求，其直径应在传热管内、外径之间。

（2）现场使用条件特殊，应寻求合适的定位方式，且需定位准确。

1.2 实施方案

根据上述约束条件，提出以下解决方案：

（1）选择合适的钻头尺寸及材料，保证钻头可钻削破坏堵头的同时而不损伤传热管。

（2）蒸发器管板各孔位精度高，将堵管失效周围的传热管孔作为定位基准。如图2 所示，钻孔位置为堵管失效位置，为保证定位可靠，设计将其周围4 个传热管孔作为定位孔。

图2 定位原理

根据上述确定的定位原理，设计定位装置（图3），4 个定位销可插入4 个管孔内。定位装置采用胀紧式机构，通过手动拧紧操作，可固定安装在管板上。在安装板上固定安装小型钻机，按上述操作安装好后，即可操作钻机对堵头进行钻削破坏，消除堵头的安装应力，方便后续取出。

2 试验验证

2.1 试验准备

在蒸发器局部管板1∶1 模型上固定安装本定位工具，然后进行钻削取堵头试验。切削工具包括小型钻机及钻头，钻机为专用定制，功率1300 W，转速0～450 r/min 可调，钻头形式为多刃端面铣刀式。SG 传热管材料Incoloy800，外径22 mm，壁厚1.2 mm。其传热管孔内径原为19.6 mm。传热管经过了胀管，因而实际内径比19.6 mm 略大。通过试验，选用直径为19 mm的钻头，既可以有效切削堵头内壁，又不至于损伤传热管内壁，如图4 所示。

图4 钻头

2.2 试验过程

按照前述步骤安装好定位装置，将钻机固定安装于定位装置上，并将铣刀安装于钻机上。安装中需确认螺纹等连接件连接可靠，安装完成后如图5 所示。

图5 钻削装置

完成工具安装后，可进行下一步试验操作，具体操作步骤如下：

（1）将钻削装置上4 个定位爪深入相应试验模拟体的传热管中。

（2）手动操作拧紧4 个蝶形螺母，使定位爪末端张开贴紧传热管壁，按定位原理固定于传热管孔中，手动确认定位可靠无晃动。

（3）选取2 个堵管试验件标记为Ⅰ和Ⅱ，分别安装在试验模拟体的需钻孔位置，进行两组对比试验。

（4）启动钻机，切削堵头内部整个膨胀部位的深度（约50 mm）。此时堵头膨胀部位仅剩约0.3 mm 壁厚，其膨胀应力大部分已释放，可以轻易向外拔出或向内敲入。

（5）用虎钳夹住堵头尾部，一边晃动一边向外拉出剩余堵头。

堵头材料与传热管相同，为Incoloy800 材料，其物理性能和普通奥氏体不锈钢接近。参考钻头推荐数据：16～23 mm 孔径，转速为249～358 r/min，Φ19 mm 的钻头切削速度大约为300 r/min。

采用Φ19 mm 的钻头进行钻管操作，钻削过程采用风冷冷却，每次进给量不宜过大，转速不宜过高，以防止钻头过热破坏。整个取管过程可分3～5 次进给完成，每次进给后应退回进行自然冷却一段时间，然后进行下一次进给过程。当钻头进给超过全部胀管区，整个切削过程完成。

2.3 试验结果

按试验步骤完成了上述两组取堵头操作，试验效果如图6、图7 所示。定位装置在试验过程中定位效果良好、无晃动，两组堵管试验样件经钻削后均能通过工具顺利取出，且未对传热管壁造成损伤，试验效果良好。

图6 试验件Ⅰ取管操作前后对比

图7 试验件Ⅱ取管操作前后对比

3 结论

针对手动机械式堵管过程中可能出现失效的情况，设计采用钻削方式对失效堵头进行钻削破坏并取出的方法。分析取堵头装置的设计技术要求和设计方案，并在试验模拟体上进行了钻削取堵头试验。两组对照试验均能将堵头顺利取出，且未对传热管造成损伤，证明了基于钻削的取堵头方法的可行性。