周高斌，羅 英，邱 天，張亞斌，王小彬，曾 鵬，謝國福

(中國核動力研究設(shè)計院核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)國家級重點實驗室，四川成都 610041)

0 引言

核電站反應(yīng)堆壓力容器(簡稱:RPV)是核島一回路冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界的重要組成部分，是整個核電站的心臟，一般由頂蓋和容器通過法蘭螺栓結(jié)構(gòu)連接構(gòu)成，如圖1所示。核電設(shè)備中螺紋連接結(jié)構(gòu)在設(shè)計壽命期內(nèi)可能會受材料輻照脆化、疲勞破壞、高溫應(yīng)力松弛、蠕變、振動與微動和腐蝕等的影響［1］，國內(nèi)外對法蘭螺栓連接的研究也主要關(guān)注由此引起的斷裂、松動和預(yù)緊力下降等失效［2－4］。但從國內(nèi)外核電站安裝及運行反饋經(jīng)驗來看，上述失效在RPV螺栓法蘭連接中卻較少出現(xiàn)，反而是在RPV主螺栓安裝過程中時常發(fā)生主螺栓和螺孔螺紋損傷，并會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。RPV的設(shè)計壽命一般為40～60 a［5］，從建造期間的安裝調(diào)試到在役期間的每次換料及檢修均需進(jìn)行開蓋和扣蓋操作，RPV每根主螺栓在壽命期內(nèi)約要進(jìn)行60～120次旋入/旋出操作，一旦主螺栓或螺孔螺紋出現(xiàn)異常情況，勢必會影響開蓋和扣蓋操作的正常進(jìn)行，增加換料及檢修時間和設(shè)備維修成本，影響核電站的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 RPV螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)示意

文中以M310堆型RPV為例，對主螺栓與法蘭螺孔的設(shè)計進(jìn)行分析和討論，結(jié)合國內(nèi)多個M310機(jī)組RPV在安裝建造過程中出現(xiàn)的典型主螺栓和螺孔螺紋損傷事故，對主螺栓與螺孔螺紋損傷原因進(jìn)行分析和改進(jìn)，最后對螺栓法蘭設(shè)計提出改進(jìn)建議，以減少RPV主螺栓和螺孔螺紋損傷事故，降低螺紋損傷的風(fēng)險。

1 反應(yīng)堆壓力容器(RPV)螺栓法蘭設(shè)計

M310堆型RPV總體上按照RCC－M規(guī)范［5］1級設(shè)備進(jìn)行設(shè)計和建造，按照RSE－M規(guī)范［6］進(jìn)行在役檢查和維修。

1.1 法蘭螺栓材料

RPV母材的選擇必須綜合考慮強度、韌性、輻照脆化等多方面因素［8］，目前二代及三代核電機(jī)組廣泛采用錳－鎳－鉬低合金鋼材料。M310堆型RPV法蘭材料牌號為16MND5鍛件，遵循RCC－M M2113的規(guī)定，其室溫抗拉強度550～670 MPa，屈服強度≥400 MPa，硬度一般為180～230 HB。而為保證主螺栓有足夠的預(yù)緊載荷和承載能力，則選取高強度的鎳－鉻－鉬－釩合金鋼鍛棒，牌號為40NCDV 7－03，遵循 RCC－M M2311的規(guī)定，其室溫抗拉強度 1000～1170 MPa，屈服強度≥900 MPa，硬度一般為340～375 HB。

1.2 螺紋結(jié)構(gòu)

M310堆型RPV共有58根主螺栓，主螺栓和螺孔采用M155 mm×4 mm的螺紋。為了避免主螺栓和螺孔在安裝及運行過程中發(fā)生螺紋損傷的異常情況，主螺栓和螺孔螺紋結(jié)構(gòu)設(shè)計采取了一些特殊考慮:

(1)選擇適當(dāng)?shù)穆菁y副配合精度，避免配合過松造成螺紋連接松弛、配合過緊又造成螺栓旋入困難乃至卡澀或咬死，設(shè)計最終選定了0.122～0.317 mm的螺紋副配合間隙;

(2)根據(jù)使用要求并結(jié)合制造工藝能達(dá)到的精度等級選擇合理的螺紋表面粗糙度，以盡量減小螺紋副接觸面之間的摩擦，使螺栓旋入需克服的摩擦力盡量小，有利于螺栓的順利旋入，為此設(shè)計要求主螺栓螺紋表面粗糙度Ra≤0.8 μm、螺孔螺紋表面粗糙度 Ra≤1.6 μm;

(3)為了改善螺紋副之間的摩擦、增加潤滑作用和避免卡死、提高螺紋的耐蝕能力，設(shè)計要求主螺栓按照RCC－M F5200進(jìn)行錳基磷化處理，在螺紋表面形成5～10 μm的磷酸錳覆層;

(4)為了既增強首扣螺紋端部的強度，又能使首扣螺紋入口時有良好的導(dǎo)向作用能順利入扣，設(shè)計上要求主螺栓首扣螺紋去除270°不完整螺紋、螺孔首扣螺紋去除全部(360°)不完整螺紋，并且螺栓和螺孔首扣螺紋起始位置處倒兩個相切的R25 mm圓角進(jìn)行圓滑過渡。

1.3 主螺栓安裝程序

在核電站建造及運行期間，對于主螺栓安裝和拆卸均制定了嚴(yán)格的操作程序，目前國內(nèi)在役及在建的M310堆型RPV均采用整體式螺栓拉伸機(jī)(MSTM)進(jìn)行開蓋/扣蓋過程中的主螺栓旋入/旋出及拉伸預(yù)緊操作。

通常的主螺栓旋入操作程序簡述如下:主螺栓旋入前，先仔細(xì)清理及檢查螺栓和螺孔螺紋，避免有異物存在導(dǎo)致螺紋齒面劃傷或卡澀，然后在螺栓和螺孔的螺紋部分均勻涂覆潤滑劑，以增加螺紋副之間的潤滑，有利于旋入。種植主螺栓時，在保證螺栓與螺孔的良好對中情況下，主螺栓以小于50 kg的剩余平衡重量緩慢降落到螺孔首扣螺紋上，然后以6 r/min的轉(zhuǎn)速開始旋轉(zhuǎn)，入扣后提高至16 r/min。入扣扭矩若高于20 N·m，則會反旋主螺栓，重新調(diào)整平衡重量并再次嘗試旋轉(zhuǎn);入扣扭矩若高于60 N·m，自動模式中斷，發(fā)送提示信息給操作者進(jìn)行問題排查。主螺栓旋入10 mm后，轉(zhuǎn)速提高至49 r/min，扭矩檢測限值分別變化為120 N·m(減速)和180 N·m(停止)。旋至一定深度后將轉(zhuǎn)速減至6 r/min，旋至螺孔底部時再將主螺栓反轉(zhuǎn)1/4圈。

2 典型螺紋損傷

盡管設(shè)計時從選材、結(jié)構(gòu)和安裝等方面都有嚴(yán)格要求，但目前國內(nèi)多個M310機(jī)組RPV主螺栓在建造安裝過程中均發(fā)生過主螺栓和螺孔螺紋損傷事故，其中最典型的一次主螺栓卡澀案例，從發(fā)生到處理完結(jié)歷時約8個月，嚴(yán)重影響核電站的正常建造周期。以下列舉了國內(nèi)在役及在建M310核電站在安裝建造過程中出現(xiàn)過的典型螺紋損傷案例。

2.1 首扣螺紋損傷

在RPV螺紋受損案例中，超過一半的主螺栓和螺孔的首扣螺紋受到了損傷，如劃痕、凹坑、缺肉和撕裂等。圖2示出主螺栓首扣螺紋凹坑，圖3示出螺孔首扣螺紋缺肉。首扣螺紋損傷多出現(xiàn)于種植主螺栓時，主螺栓剛放置到螺孔首扣螺紋齒面上開始入扣旋入操作的過程中。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)目前在建的6個機(jī)組RPV共348組主螺栓和螺孔中，約有29%的主螺栓和32%螺孔出現(xiàn)首扣螺紋損傷。

首扣螺紋損傷若未及時清理或處理不當(dāng)，會造成首扣螺紋強度削弱，并有可能會造成后續(xù)螺牙齒面劃傷、毛刺等，影響主螺栓的順利旋入。在安裝和檢修時發(fā)現(xiàn)上述損傷后，根據(jù)情況采取拋光、鋼絲刷清理或銑削去除損傷螺紋等措施進(jìn)行處理。

圖2 主螺栓首扣螺紋凹坑示意

圖3 螺孔首扣螺紋缺肉示意

2.2 螺紋齒面損傷

常見的螺紋齒面損傷有齒面劃痕、毛刺、凹坑、缺肉和積瘤等，如圖4，5所示。

圖4 螺孔齒面劃痕及毛刺示意

圖5 螺孔積瘤示意

輕微劃痕和毛刺等損傷在安裝及運行中較常見，通過拋光等措施即可修復(fù)。在安裝前若毛刺等損傷沒有徹底清理，相當(dāng)于螺紋間有異物存在，影響主螺栓的后續(xù)旋入，并有形成積瘤的隱患。

齒面凹坑、缺肉、積瘤等損傷在主螺栓上發(fā)生時相對易于處理，打磨去除高點并平滑過渡即可，出現(xiàn)在螺孔上則需要根據(jù)情況配合使用鋼絲刷或梳刀等工具。這類損傷中影響最大的是凸出螺牙輪廓的損傷，若沒有得到及時清理，在主螺栓旋入過程中會造成更嚴(yán)重的損傷。

2.3 主螺栓卡澀

在某些意外情況下，會出現(xiàn)主螺栓旋入/旋出不暢乃至卡澀事故，卡澀處理不當(dāng)就會隨之產(chǎn)生螺栓和螺孔螺牙變形、齒面損傷等缺陷。圖6，7示出了主螺栓卡澀取出后的螺牙變形和齒面刮傷缺陷。

圖6 螺栓卡澀取出后螺孔螺牙變形示意

圖7 螺栓卡澀取出后螺孔螺牙齒面刮傷示意

據(jù)法國電力集團(tuán)1998年10月的統(tǒng)計，法國核電站RPV主螺栓共進(jìn)行約28600次操作，發(fā)生21次螺栓卡澀，其中11個主螺栓雖被設(shè)法完整取下，但螺孔受到不同程度的損傷，另外10個主螺栓不得不破壞后取出。國內(nèi)核電站也曾出現(xiàn)過5根主螺栓卡澀的情況，其中1根主螺栓通過加大扭矩強行退出，另外4根主螺栓通過切割鉆孔破壞后取出。主螺栓卡澀的情況很少見，通常較為穩(wěn)妥的做法是切割主螺栓鉆取拿出［9］，可以避免造成對螺孔的進(jìn)一步損傷。

2.4 螺紋尺寸超差

在發(fā)生螺紋齒面損傷和螺栓卡澀等事故后，通常會伴隨著產(chǎn)生螺紋尺寸超差的情況，其中最典型則是螺孔中徑尺寸擴(kuò)大。螺孔中徑尺寸擴(kuò)大意味著螺牙厚度減薄，螺牙承載能力下降，影響螺牙強度及疲勞使用系數(shù)。有限元分析表明，M310機(jī)組RPV螺孔螺紋中徑從原設(shè)計的最大尺寸152.667 mm 分別擴(kuò)大至 152.822 mm 和 152.900 mm后，其螺牙的最大應(yīng)力強度將分別增加9.34%和 12.8%，疲勞使用系數(shù)將分別增加46.9%和67.9%，其中前者的疲勞使用系數(shù)已達(dá)到0.984，非常接近疲勞使用系數(shù)的限值1，后者的疲勞使用系數(shù)達(dá)到1.125，已超過1的限值，不滿足規(guī)范使用要求。

因此，在出現(xiàn)大部分螺孔螺牙中徑尺寸擴(kuò)大的情況時，必須首先對螺孔螺紋進(jìn)行應(yīng)力分析，評估中徑擴(kuò)大后的疲勞使用系數(shù)是否滿足規(guī)范要求;然后再根據(jù)螺紋實際損傷情況選擇合適的修理方案。

當(dāng)然，RPV主螺栓在安裝過程中還出現(xiàn)過一些其他類型的常見損傷，如主螺栓磷化層磨損和脫落、主螺栓吊裝或轉(zhuǎn)運過程中的磕碰等。

3 螺紋損傷分析與改進(jìn)

在第2部分列舉的典型螺紋損傷中，既有因操作不當(dāng)而產(chǎn)生的意外情況，也有正常操作中出現(xiàn)的損傷。為確保主螺栓和螺孔在整個壽命期內(nèi)保持良好的狀態(tài)，避免主螺栓卡澀并減少螺紋損傷，必須對建造安裝過程中頻繁出現(xiàn)的螺紋損傷及后果影響嚴(yán)重的螺紋損傷予以關(guān)注，分析其產(chǎn)生的原因，并將可能的預(yù)防措施反饋至設(shè)計中。

從1.1節(jié)法蘭和螺栓材料的性能比較可以看出，螺栓材料的強度和硬度遠(yuǎn)高于法蘭，使得螺孔螺紋更易受到損傷，而反應(yīng)堆容器在整個壽命期內(nèi)又是不可更換的，因此螺孔損傷的影響遠(yuǎn)比主螺栓大。國內(nèi)多個M310機(jī)組反饋的實際經(jīng)驗也證明，螺孔損傷修復(fù)的難度、代價和耗時都遠(yuǎn)大于螺栓，因此，文中分析及改進(jìn)RPV主螺栓法蘭連接設(shè)計的重點是如何減少螺孔螺紋損傷。

根據(jù)國內(nèi)反饋的M310機(jī)組RPV主螺栓安裝運行的經(jīng)驗表明，影響螺紋損傷的主要因素有首扣螺紋結(jié)構(gòu)、螺栓的旋入/旋出參數(shù)、螺紋表面質(zhì)量及人員安全意識等。

3.1 首扣螺紋結(jié)構(gòu)

如第2部分所述，主螺栓和螺孔首扣螺紋損傷多出現(xiàn)在將主螺栓放置入螺孔內(nèi)的入扣旋入過程中，主螺栓與螺孔的對中或垂直度不理想，或是主螺栓轉(zhuǎn)速過高，易導(dǎo)致首扣螺紋損傷。理論及試驗研究表明，螺紋連接中前三扣螺牙載荷占總載荷的60%～70%，最大應(yīng)力一般出現(xiàn)在首扣螺紋根部［10］，因此，在主螺栓和螺孔首扣螺紋結(jié)構(gòu)設(shè)計中首要考慮的是首扣螺紋具備足夠的強度;其次是螺紋起始位置的圓滑過渡應(yīng)利于主螺栓順暢旋入。根據(jù)國內(nèi)M310機(jī)組反饋的經(jīng)驗，主螺栓在入扣良好時，首扣螺紋結(jié)構(gòu)對主螺栓后續(xù)旋入沒有明顯影響，但在出現(xiàn)異常情況或與扭矩、轉(zhuǎn)速、剩余平衡重量等因素耦合作用時，首扣螺紋可能會成為薄弱環(huán)節(jié)，影響主螺栓后續(xù)旋入/旋出。

為研究主螺栓和螺孔首扣螺紋結(jié)構(gòu)對主螺栓旋入的影響，筆者采用與產(chǎn)品相同材料和螺紋尺寸的主螺栓和螺孔模擬體進(jìn)行一系列的主螺栓旋入試驗。模擬試驗在轉(zhuǎn)速 20 r/min、小于 50 N·m的扭矩、15 kg螺栓剩余平衡重量的相同條件下，采用首扣螺牙不完整螺紋去除270°和360°、首扣螺紋起始位置R25 mm過渡圓角兩側(cè)棱邊未圓滑修磨和圓滑修磨的螺栓和螺孔組合進(jìn)行模擬旋入，通過檢查對比試驗前后螺栓和螺孔螺紋的表面狀態(tài)，對其進(jìn)行定性分析。

采用不完整螺紋去除270°和360°的螺栓和螺孔組合的旋入試驗結(jié)果表明，無論采用螺栓和螺孔首扣螺牙不完整螺紋切除270°或360°的哪種組合，螺栓均能順利旋入，不會造成卡澀。但從試驗統(tǒng)計結(jié)果看，螺栓和螺孔不完整螺紋切除360°后，由于提高了首扣螺紋端部的強度，螺孔首扣螺紋產(chǎn)生損傷的概率相對較小，螺栓入扣也更加順暢，對入扣及旋入過程中因人為造成的螺栓傾斜等操作干擾的適應(yīng)能力也相對較好。經(jīng)調(diào)研，三代核電站RPV主螺栓和螺孔設(shè)計也均要求去除全部(360°)不完整螺紋。

同時，采用首扣螺紋起始位置R25 mm過渡圓角兩側(cè)棱邊未圓滑修磨和圓滑修磨的螺栓和螺孔的旋入試驗結(jié)果表明，將首扣螺紋起始過渡圓角兩側(cè)棱邊修磨圓滑的結(jié)構(gòu)，對螺栓順暢旋入和減輕螺栓及螺孔首扣螺紋損傷程度有非常明顯的改善作用。

綜上分析，在1.2節(jié)的原主螺栓和螺孔首扣螺紋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，采取將螺栓和螺孔不完整螺紋完全去除、并圓滑修磨螺紋起始過渡圓角兩側(cè)棱邊的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，可有效地降低螺栓入扣及旋入過程中產(chǎn)生螺孔首扣螺紋損傷的概率，減輕首扣螺紋的損傷程度，使螺栓旋入更加順暢。

3.2 主螺栓旋入/旋出參數(shù)

雖然在設(shè)計時考慮了螺紋表面粗糙度、安裝前清潔及涂覆潤滑劑等要求，但因主螺栓與螺孔材料強度與硬度相差較大，在主螺栓及螺孔狀態(tài)不理想的情況下，主螺栓在旋入/旋出過程中與螺孔齒面刮擦，易造成齒面劃痕和毛刺等損傷。為避免上述情況發(fā)生，除主螺栓與螺孔應(yīng)嚴(yán)格按照程序清理外，還應(yīng)嚴(yán)格控制主螺栓的旋入/旋出參數(shù)。從1.3節(jié)主螺栓旋入程序可以看出，重量平衡、扭矩和轉(zhuǎn)速等是主螺栓的旋入/旋出操作的關(guān)鍵參數(shù)。

3.2.1 重量平衡

M310機(jī)組RPV單根主螺栓的重量約230 kg，考慮主螺栓旋轉(zhuǎn)裝置等的重量，平衡前的重量約為480 kg。若該重量直接施加到螺孔上，特別是主螺栓剛植入時，碰傷螺孔首扣螺紋的風(fēng)險極大。而且，施加于螺紋面的重量越大，旋入過程中齒面的摩擦就越容易產(chǎn)生齒面毛刺和劃傷等損傷，并且會增加螺紋副之間的摩擦力，使得螺栓旋轉(zhuǎn)扭矩隨之增大，一旦螺紋間隙中存在鐵屑等異物或未清潔干凈，較大旋轉(zhuǎn)扭矩會加重齒面損傷。因此，為降低施加到螺紋面上的載荷，控制螺栓剩余平衡重量是非常必要的，但同時剩余平衡重量也不宜過低，否則不利于整體螺栓拉伸機(jī)(MSTM)旋入主螺栓時自動入扣。

筆者在主螺栓旋入模擬試驗中，還分別采用45 kg和15 kg兩種螺栓剩余平衡重量進(jìn)行對比試驗。試驗結(jié)果表明，雖然剩余平衡重量的增加并沒有超出螺紋的承載能力，但在45 kg剩余平衡重量下進(jìn)行的旋入試驗觀察到的螺孔螺紋齒面磨損比15 kg剩余平衡重量下的試驗更為明顯。根據(jù)國內(nèi)多個M310機(jī)組RPV的主螺栓安裝運行經(jīng)驗，將剩余平衡重量降低為零時，主螺栓入扣扭矩一般小于40 N·m，降低剩余平衡重量的同時也可以降低主螺栓旋入扭矩，減小了較大扭矩造成螺紋損傷的風(fēng)險。

綜上分析，在原主螺栓安裝規(guī)程基礎(chǔ)上，可采取將主螺栓旋入/旋出的剩余平衡重量控制在15 kg以內(nèi)，同時考慮對首扣螺紋的保護(hù)，將主螺栓剛放置在螺孔上時的剩余平衡重量控制在5 kg以內(nèi)的措施，可有效地減少螺栓旋入/旋出過程中對螺孔齒面的磨損，并有利于減小螺栓旋入扭矩，降低產(chǎn)生螺紋損傷的風(fēng)險。

3.2.2 主螺栓旋轉(zhuǎn)扭矩和轉(zhuǎn)速

控制主螺栓旋轉(zhuǎn)扭矩和轉(zhuǎn)速是為了防止主螺栓入扣時碰傷首扣螺紋，避免主螺栓卡澀和螺孔損傷。扭矩用于克服主螺栓旋轉(zhuǎn)過程中的摩擦力，摩擦力的大小與摩擦系數(shù)和齒面法向壓緊力成正比。在正常情況下，摩擦系數(shù)是與螺紋表面質(zhì)量、潤滑情況等有關(guān)的常數(shù)［11－12］。如果出現(xiàn)卡澀就意味著螺紋之間可能存在異物或者基體金屬被刮傷隆起，此時摩擦力隨卡澀程度而增大，扭矩也會隨之增大，若無限制增加旋入扭矩，強行進(jìn)行旋入或旋出就會導(dǎo)致螺紋擠壓變形，對螺孔造成不可挽回的損傷。

根據(jù)國內(nèi)多起M310機(jī)組RPV主螺栓的安裝運行經(jīng)驗，在主螺栓和螺栓孔處于良好狀態(tài)時，主螺栓旋入扭矩一般不會超過70～90 N·m，轉(zhuǎn)速一般為3～25 r/min，扭矩和轉(zhuǎn)速的影響是相輔相成的，高轉(zhuǎn)速時，扭矩的影響被放大;而低扭矩時，轉(zhuǎn)速的影響則變得不明顯。

結(jié)合螺栓剩余平衡重量的影響分析，設(shè)計上對扭矩、轉(zhuǎn)速和剩余平衡重量的耦合影響提出如下改進(jìn)建議，可有效減少螺栓和螺孔的螺紋損傷:主螺栓剛放置在螺孔上時的剩余平衡重量應(yīng)控制在5 kg以內(nèi)，入扣轉(zhuǎn)速應(yīng)小于6 r/min，入扣階段應(yīng)盡可能采用較低扭矩，一般不超過20 N·m，主螺栓順利旋入螺孔一定深度后再緩慢增加轉(zhuǎn)速、扭矩和剩余平衡重量，正常旋進(jìn)過程中的轉(zhuǎn)速一般控制在25 r/min以內(nèi)，最高不超過30 r/min，正常旋進(jìn)扭矩控制在100 N·m以內(nèi)，整個旋進(jìn)過程的剩余平衡重量控制在15 kg以內(nèi)。若主螺栓旋入過程中出現(xiàn)扭矩異常增大，通常是主螺栓垂直度或?qū)χ杏袉栴}，或螺紋表面毛刺、異物未清理干凈等原因，應(yīng)及時停止旋入操作，排查原因并調(diào)整后再進(jìn)行下一步操作。

3.3 螺紋表面質(zhì)量

螺紋表面質(zhì)量對于螺紋連接的影響很大，表面質(zhì)量除了在設(shè)計和制造中保證外，主螺栓每次安裝前后的狀態(tài)檢查也是非常關(guān)鍵的。據(jù)法國電力集團(tuán)統(tǒng)計，法國核電站在1987年的2900次主螺栓操作中，共發(fā)現(xiàn)300個典型損傷和問題，其中約90%是因為清潔度和潤滑未滿足要求所致。因此，在每次安裝主螺栓前，必須嚴(yán)格按照操作規(guī)程仔細(xì)檢查和清潔螺栓、螺孔螺紋，去除螺紋表面的灰塵、油污、異物，尤其是螺紋根部，若發(fā)現(xiàn)螺紋有任何損傷，應(yīng)及時修復(fù)，清潔合格后再在螺紋部分均勻地涂刷潤滑劑。在每次拆除主螺栓后，也必須仔細(xì)清理螺栓和螺孔中的潤滑劑及運行過程中可能引入的異物雜質(zhì)，并檢查螺栓、螺孔在運行過程中是否產(chǎn)生損傷，若有損傷應(yīng)及時查明原因并妥善修復(fù)，避免二次損傷的發(fā)生。

3.4 人員的安全意識

設(shè)計上的嚴(yán)格要求和操作程序的嚴(yán)格規(guī)定，最終還是要通過人員來實施。當(dāng)出現(xiàn)旋入不暢或者卡澀的現(xiàn)象時，應(yīng)及時停止操作，進(jìn)行原因排查和問題修復(fù)，有時操作人員對卡澀的不當(dāng)處理會導(dǎo)致螺栓和螺孔螺紋更加嚴(yán)重的損傷變形。因此，人員的安全意識也是保證法蘭螺栓在整個壽命期內(nèi)保持良好狀態(tài)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.5 螺紋維修

通常，核電站會為安裝及運行過程中螺紋清理和修復(fù)操作配備螺紋梳刀、銑刀、螺孔清洗機(jī)和拋光機(jī)等專用工具和設(shè)備。在安裝及運行階段，若檢查發(fā)現(xiàn)螺紋損傷，應(yīng)根據(jù)RSE－M附件8.1的表8.1.Ⅲ的螺紋損傷類型選擇相應(yīng)的返修工藝、設(shè)備和檢查方法。對于不嚴(yán)重的損傷，根據(jù)情況采取拋光、鋼絲刷清理或梳刀梳理等措施即可進(jìn)行修理。對于螺紋嚴(yán)重變形的損傷，必須銑削去除受損螺紋，修理后還應(yīng)評價螺紋的強度和疲勞是否滿足壽命期內(nèi)的使用要求，若不滿足則應(yīng)考慮采用螺紋襯套或擴(kuò)孔的方式進(jìn)一步修理。雖然使用螺紋襯套或擴(kuò)孔的情況出現(xiàn)很少，但一旦需要在螺孔上實施類似重要的維修操作，在同材質(zhì)模擬體上進(jìn)行工藝驗證試驗是非常必要的。

4 結(jié)論

通過國內(nèi)多個M310機(jī)組反饋的安裝和運行經(jīng)驗和分析表明，RPV主螺栓和螺孔安裝過程中出現(xiàn)的典型螺紋損傷以首扣螺紋損傷和齒面損傷為主，偶有卡澀及螺牙變形等嚴(yán)重?fù)p傷，可采用以下改進(jìn)措施減少產(chǎn)生螺紋損傷的概率及降低螺紋損傷的影響:

(1)主螺栓和螺孔去除全部不完整螺紋，并將首扣螺紋過渡圓角兩側(cè)棱邊修磨圓滑。與原設(shè)計相比，改進(jìn)后的首扣螺紋結(jié)構(gòu)可以有效地降低螺栓入扣及旋入過程中產(chǎn)生螺孔首扣螺紋損傷的概率，減輕首扣螺紋的損傷程度，使螺栓旋入更加順暢。

(2)嚴(yán)格控制主螺栓旋入過程中的扭矩、轉(zhuǎn)速和剩余平衡重量等操作參數(shù):主螺栓正常旋入扭矩應(yīng)控制在100 N·m以內(nèi);主螺栓剛放置在螺孔上時的剩余平衡重量應(yīng)小于5 kg，整個旋入過程中的剩余平衡重量應(yīng)控制在15 kg以內(nèi);主螺栓入扣轉(zhuǎn)速應(yīng)小于6 r/min，正常旋入轉(zhuǎn)速控制在30 r/min以內(nèi)。通過操作參數(shù)的控制可有效減少主螺栓和螺孔螺紋損傷。

(3)加強人員安全意識，合理制定并嚴(yán)格執(zhí)行主螺栓安裝操作程序和應(yīng)急預(yù)案，出現(xiàn)異常情況及時停止操作進(jìn)行原因排查和問題修復(fù)。螺孔重要維修操作前應(yīng)在同材質(zhì)模擬體上進(jìn)行工藝驗證試驗。

上述改進(jìn)措施已在部分國內(nèi)在建M310機(jī)組中實施，取得了良好效果，順利完成了RPV主螺栓的安裝。

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