钻削技术在反应堆螺栓咬死故障处理中的应用

桑广义

（国核示范电站核电有限公司，山东荣成 264300）

0 引言

反应堆压力容器（Reactor Pressure Vessel，RPV）是寿期内不可更换的核一级设备，运行压力15.5 MPa，由数十个螺栓和螺孔提供密封压力，是一回路最大和最重要的压力边界之一。

RPV在整个电站寿期中需要经历40多次开关盖操作，全部螺栓需要经历3000多颗次的拆装操作。螺栓拆装易受多种因素影响，螺牙有磕碰、毛刺、异物、润滑不当、螺栓入扣速度过快、力矩过大以及长期高温、高应力、不同工况的循环载荷等，都会影响螺栓拆装的顺利进行，造成螺栓卡涩甚至咬死。

由于螺栓硬度比螺孔大，在螺栓咬死情况下加大力矩继续强行拆除往往会加剧螺孔损伤。RPV螺孔是盲孔结构，螺孔空间狭小，螺纹加工精度高，一旦受损，修复操作难度大、耗时长，处理螺栓咬死故障是一项棘手问题。

1 螺栓咬死故障简介

国内某CPR1000机组RPV有58个螺栓，螺栓长1972 mm，材料为 40NCDV7.03，螺纹规格 M155×4 mm，螺孔材料为16MND5。在热试阶段，操作整体螺栓拉伸机拧入螺栓过程中，3根螺栓出现卡涩现象（图1），采取松动剂浸泡、铜棒敲击、加大反转力矩等手段拧出数圈后再无效果（表1）。初步分析，可能有异物卡在螺纹内导致螺栓咬死，继续强行拧出很可能加剧螺孔损伤。尝试采用钻削方式取出螺栓，以分析卡涩原因、检查和修复螺孔缺陷。

螺栓钻削技术是近些年出现的一种螺栓咬死处理技术，该方法使用便携式设备在生产现场以镗削的方式取出螺栓，不损伤螺孔，时间短、质量高，在电力、石化等行业的大直径螺栓咬死处理中逐渐得到推广应用，效果显著。

图1 螺栓与螺孔咬死示意

表1 螺栓咬死情况

2 RPV螺栓钻削工艺

首先在车间进行了螺栓钻削模拟试验，确定RPV螺栓钻削主要工序为：切断螺栓—去除测量杆螺帽—钻孔—扩孔—镗削。

2.1 切断螺栓

由于螺栓太长，首先切断螺孔上部螺栓为加工设备腾出安装空间，同时减少后续钻削加工量。螺栓切断主要工序和注意事项：①用1 mm厚不锈钢板中心挖孔，套入螺栓，为RPV法兰面提供保护，防止角磨机切割时不慎伤及法兰；②用记号笔在螺栓凸出法兰平面约25 mm处的一圈划线标记；③被切割螺栓顶部安装吊耳，吊住螺栓，防止割断瞬间上部螺栓跌落或摆动伤及周围设备及人员；④使用角磨机沿着标记处切割螺栓。

2.2 去除测量杆螺帽

由于螺栓底部安装有1个M30×3.5 mm的测量孔螺帽，妨碍了后续螺栓扩孔作业，因此螺栓扩孔前需要通过钻孔去除螺帽（图2）。主要工序和注意事项如下：①在螺孔法兰上安装LRMMD-100T磁力钻；②用 Φ25×500 mm长钻头沿着测量孔钻除底部螺帽或者在钻削中旋出螺帽；③拆除钻床，观察测量孔底部情况，确认M30×3.5 mm底塞的螺纹是否因钻削力而旋出并掉入螺孔底部，或者底塞螺纹仍然在原来位置，底部只是Φ25 mm的钻削孔；④清理铁屑。

2.3 螺杆测量孔扩孔

通过扩孔，将Φ25 mm测量孔扩大至Φ120 mm，除去大部分螺栓材料，减少后续镗削切削量（图3）。主要工序和注意事项如下：①在咬死螺孔左右两旁的螺孔内分别拧入M155×4 mm的工装固定螺栓，做钻床工装固定基础；②安装螺栓防转工装；③在工装上安装LRM-HD-400便携式液压钻床；④调整钻床中心使其与测量孔同轴；⑤扩孔加工至Φ120 mm。

2.4 镗削去除螺栓

通过镗孔加工，将空心螺栓孔由 Φ120mm扩大至 Φ（149.60～149.80）mm，镗孔后的直径接近螺栓螺纹小径Φ（149.849～150.249）mm，这时螺栓小径以里部分几乎镗削完毕，只剩螺牙部分贴合在螺孔壁上，主要工序和注意事项如下：①安装镗床工装；②在工装上安装镗床；③在咬死螺栓上拧上找中心螺母，以找中心用螺母外圆为基准找镗床中心（图 4）；④粗镗；⑤当镗削直径达到Φ142 mm时，露出螺孔止口，拆除镗床找中心用螺母，以止口内径为基准打表精确找镗床的回转中心（图4）；⑥小心精镗，直至看清螺纹线；⑦手工卷出螺牙（图 5）。

重复步骤2.1至2.4，成功取出3根咬死螺栓。

图4 镗孔找中心

图5 螺栓镗削及取出螺牙

3 结论

螺栓拆装是RPV开关盖中重要而频繁的操作，螺孔是RPV的薄弱部分，应采取多种措施尽量避免螺栓卡涩和咬死事件发生：在关盖阶段，应做好螺栓、螺孔清洁，做好螺纹检查、润滑和保护，螺栓旋入螺孔时控制好速度和力矩，避免碰伤螺孔；在开盖阶段，应对螺孔充分润滑，减少旋出摩擦力；螺栓旋入、旋出出现咬死时，慎重选择处理方案。

螺栓咬死是RPV寿期内可能发生的事件，此次螺栓钻削技术在国内RPV的首次应用实践，为咬死螺栓的取出提供了一种安全、稳妥的办法。

［1］王仁科，张超，韩丽英.反应堆压力容器主螺栓卡涩分析［J］.核安全，2013，12（S1）：110-113.

［2］李连江.反应堆压力容器螺栓孔与螺栓连接件专用检修设备［J］.核动力工程，1999，20（4）：360-362.