在薄壁钼电极管表面镶嵌绝缘陶瓷的方法与流程

1.本发明的实施例涉及电加热装置技术领域，具体涉及一种在薄壁钼电极管表面镶嵌绝缘陶瓷的方法。


背景技术：

2.在对核反应堆进行堆外试验时，需要将电加热器放置于燃料元件内的孔道中，对燃料元件进行电加热，以考验燃料元件的性能。在电加热考验燃料元件的过程中，为了防止燃料元件包壳的内表面与电加热器电极的外表面直接接触，造成短路，需要对电加热器电极管与被考验的元件进行电绝缘。


技术实现要素：

3.根据本发明实施例的一个实施例，提供了一种在薄壁钼电极管表面镶嵌绝缘陶瓷的方法，以使薄壁钼电极管与套设于外部的元件包壳之间绝缘。该方法包括：步骤s10，提供多个陶瓷绝缘块；步骤s20，在钼电极管的外表面制备多个定位槽，定位槽与陶瓷绝缘块的形状相匹配；步骤s30，将陶瓷绝缘块镶嵌于定位槽内；其中，陶瓷绝缘块的凸出于钼电极管的外表面，陶瓷绝缘块用于隔离钼电极管和套设于钼电极管外的金属管，以使钼电极管与金属管之间绝缘。
4.采用本发明实施例中的方法，在作为电加热器的细长薄壁钼电极管外表面镶嵌陶瓷绝缘块，从而在钼电极管安装至包壳金属管内时，可以隔离钼电极管的外表面与金属管的内表面，避免两者接触造成短路，实现钼电极管与金属管的电绝缘。
附图说明
5.通过下文中参照附图对本发明的实施例所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
6.图1是根据本发明一个实施例的钼电极管的结构示意图。
7.图2是根据本发明一个实施例的陶瓷绝缘块的结构示意图。
8.图3是图1中钼电极管上定位槽处的放大图。
9.图4是图3中a-a处的剖视图。
10.图5是图3中的钼电极管与陶瓷绝缘块的装配示意图。
11.图6是图5中定位凸起变形后钼电极管与陶瓷绝缘块a-a处的剖视图。
12.图7是根据本发明一个实施例的钼电极管的局部剖视图。
13.图8是图7中钼电极管的横截面示意图。
14.需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
具体实施方式
15.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例的附图，对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本技术的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
16.需要说明的是，除非另外定义，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。
17.在堆外试验中，为了防止元件包壳的内表面与电加热器电极的外表面直接接触，造成短路，需要对电加热器电极管与被考验的元件进行电绝缘。其中，电极管一般采用细长的薄壁钼管，为了对其进行电绝缘，本发明的实施例提供了一种在薄壁钼电极管表面镶嵌绝缘陶瓷的方法，以使钼电极管安装至元件包壳内时，能够与包壳内表面之间绝缘。
18.在本实施例中，在薄壁钼电极管表面镶嵌绝缘陶瓷的方法包括以下步骤s10至步骤s30。
19.步骤s10，提供多个陶瓷绝缘块。
20.步骤s20，如图1和图3所示，在钼电极管10的外表面制备多个定位槽11，定位槽11与陶瓷绝缘块的形状相匹配。
21.步骤s30，将陶瓷绝缘块镶嵌于定位槽11内；其中，陶瓷绝缘块的凸出于钼电极管10的外表面，陶瓷绝缘块用于隔离钼电极管10和套设于钼电极管10外的金属管，以使钼电极管10与金属管之间绝缘。
22.采用本发明实施例中的方法，在钼电极管10的外表面镶嵌陶瓷绝缘块，从而在钼电极管安装至元件包壳金属管内时，可以隔离钼电极管的外表面与金属管的内表面，避免两者接触造成短路，实现钼电极管与金属管的电绝缘。
23.在一些实施例中，在制备定位槽11时，可以先在钼电极管10的外表面预制多个镶嵌点，然后在每个镶嵌点处制备与陶瓷绝缘块形状相似的定位槽11，以用于镶嵌陶瓷绝缘块，解决了镶嵌点位置不确定的问题。
24.在一些实施例中，钼电极管直径小、曲率大，管壁厚度小，例如，钼电极管的外径为16mm，内径为12.6mm，管壁厚度为1.7mm，这限制了在钼电极管的外表面固定的陶瓷绝缘块的尺寸，使得镶嵌的陶瓷绝缘块的尺寸也较小，导致陶瓷绝缘块不易固定在钼电极管上，且操作困难。
25.基于此，本发明的实施例在钼电极管10的外表面设置与陶瓷绝缘块形状相似的定位槽11，采用镶嵌的方式实现了陶瓷绝缘块在定位槽11中的固定，且操作简单。
26.进一步地，在高温时钼电极管10与陶瓷绝缘块的热膨胀系数具有较大的差异。为此，本实施例中的陶瓷绝缘块与定位槽11形状相匹配，而定位槽11的尺寸大于陶瓷绝缘块的尺寸，使得陶瓷绝缘块镶嵌于定位槽11内时，陶瓷绝缘块与定位槽11的边缘之间具有一定的间隙，以补偿钼电极管10与陶瓷绝缘块之间因热应力而导致的形变。
27.在一些实施例中，陶瓷绝缘块与定位槽11边缘之间的间隙大小可以根据实际情况进行设置。示例地，当钼电极管为钼管时，陶瓷绝缘块与定位槽11边缘之间的间隙为0.55mm，在保证陶瓷绝缘块不会从定位槽11内脱离的同时，使得陶瓷绝缘块在定位槽11内具有一定的活动空间。
28.在一些实施例中，在步骤s10中，将陶瓷材料加工制成陶瓷绝缘块，如图2所示，陶瓷绝缘块20为半圆柱形。由于钼电极管10的管壁较薄，本实施例将陶瓷绝缘块20设置为半圆柱形，能够保留圆柱形直径最大的位置，使其在镶嵌在定位槽11内时，直径最大处能够与定位槽11的边缘配合，以约束陶瓷绝缘块20的位置。同时，还能够减少制备定位槽11时钼电极管10外表面的去除深度，减小钼电极管10管壁的去除量，以最大保留钼电极管10的结构强度，保证钼电极管10的强度符合要求。
29.在一些实施例中，在步骤s20中，在钼电极管10的外表面制备多个定位槽11，如图4所示，定位槽11的底面为平面。在步骤s30中，将陶瓷绝缘块20镶嵌于定位槽11内时，陶瓷绝缘块20的半圆柱平面21与定位槽11的底面相贴合，从而使定位槽11与陶瓷绝缘块20之间的接触面积达到最大。
30.进一步地，陶瓷绝缘块20的半径大于定位槽11的深度，以使陶瓷绝缘块20凸出于钼电极管10的外表面，从而使得陶瓷绝缘块20在定位槽11中时，能够夹持于钼电极管10和金属管(例如，被考验的元件包壳)之间，保证了陶瓷绝缘块20在高温使用期间即使受到高温热应力形变也不会滑落，从而保证了其绝缘功能。
31.在一些实施例中，陶瓷绝缘块20的半径根据定位槽11的深度以及钼电极管10的外表面与金属管的内表面之间的间距来确定。具体地，陶瓷绝缘块20的半径不超过定位槽11的深度与上述间距之和，使得陶瓷绝缘块20在镶嵌至定位槽11内后，不影响钼电极管10在金属管(例如，被考验的元件包壳)内的安装。
32.此外，由于钼电极管10安装至被考验的元件中后，钼电极管10与被考验的元件内表面之间的间距极小，间距仅有0.5mm，本实施例中将陶瓷绝缘块20设置为半圆柱形，且其半径不超过定位槽11的深度与上述间距之和，使陶瓷绝缘块20与被考验的元件之间的接触面积减小，从而使得钼电极管10能够在被考验的元件中自由滑动。
33.在一些实施例中，步骤s30包括以下步骤s31至步骤s33。
34.步骤s31，如图3和图4所示，在定位槽11的周围制备多个定位盲孔12，定位盲孔12与定位槽11之间形成定位凸起13。其中，定位凸起13是指定位盲孔12与定位槽11之间凸出于定位槽11底部和定位盲孔12底部的部分。
35.步骤s32，如图5所示，将陶瓷绝缘块20放置于定位槽11内。
36.步骤s33，用锥形件挤压定位盲孔12，如图6所示，使定位盲孔12的边缘产生塑性变形，即，使定位凸起13变形并挤压陶瓷绝缘块20，以将陶瓷绝缘块20固定在定位槽11内。
37.当采用钼管作为钼电极管10时，钼金属的硬度较高且较脆，为了使钼金属较为容易地产生形变，以镶嵌陶瓷绝缘块20，本实施例中在定位槽11的周围设置了定位盲孔12，通过定位盲孔12边缘的变形，使得定位盲孔12与定位槽11之间的定位凸起13向朝向定位槽11的方向倾斜以挤压定位槽11内的陶瓷绝缘块20。
38.在步骤s33中，使用锥形件挤压定位盲孔12时，可以将锥形件抵压在定位盲孔12中，并沿定位盲孔12的轴向方向敲击锥形件远离定位盲孔12的一端，锥形件在外力的作用
下垂直作用于定位盲孔12，使得定位盲孔12的边缘受力而产生边缘变形。在一些实施例中，锥形件为锥形的铳子。
39.其中，采用钼管作为电极管时，钼金属的硬度高，常温下较脆，在其表面固定陶瓷绝缘块时，由于管壁较薄，在镶嵌过程中，若钼的变形量大，极易造成薄壁钼管开裂。
40.在本实施例中，由于定位盲孔12靠近定位槽11的边缘，使得定位盲孔12边缘的钼金属在朝向定位槽的方向上能够比较容易地产生变形且变形量大。即，如图6所示，定位盲孔12与定位槽11之间的定位凸起13产生变形，使得定位凸起13朝向定位槽的方向挤压陶瓷绝缘块20，防止陶瓷绝缘块20脱离定位槽11。
41.采用本实施例中的方法镶嵌陶瓷绝缘块20，解决了边缘成形不均匀的问题，同时减少了镶嵌时施加的外力，在一定程度上克服了材料的脆性问题，大大提高了陶瓷绝缘块20定位的准确性，提高了镶嵌的效率和可靠性。
42.在一些实施例中，为了保证陶瓷绝缘块20能够被约束在定位槽11内，在定位槽11的相对的两侧对称地制备多个定位盲孔12，从而使得定位槽11两侧对称的定位凸起13变形时能够夹持陶瓷绝缘块20，实现陶瓷绝缘块20在定位槽11内的固定。例如，如图1和图3所示，可以在定位槽11的两侧对称地制备4个定位盲孔12。
43.在一些实施例中，如图4所示，定位孔12为盲孔，避免定位盲孔12影响钼电极管的强度。此外，定位盲孔12的直径和深度可以根据实际情况来设置。例如，定位孔12的直径可以为0.25mm，深度可以为0.7mm。
44.在一些实施例中，在步骤s31中，在定位槽11的边缘的预定距离处，制备定位盲孔12。本实施例中，在定位槽11边缘的预定距离处设计定位盲孔12，避免定位槽11与定位盲孔12之间的距离过小，如果距离过小，在使用锥形件挤压定位盲孔12并在定位凸起13变形挤压陶瓷绝缘块20时，容易破坏脆性较大的陶瓷绝缘块20；同时，也避免定位槽11与定位盲孔12之间的距离过大而导致定位凸起13变形后不能挤压陶瓷绝缘块20，进而无法固定陶瓷绝缘块20。
45.其中，预定距离可以根据实际情况进行设置。示例地，定位槽11的边缘与定位盲孔12之间的预定距离为0.2～0.3mm。需要说明的是，本发明实施例中的预定距离是定位槽11的边缘与定位盲孔12的中心之间的距离。
46.在一些实施例中，如图7和图8所示，步骤s20包括：沿钼电极管10的周向方向，在钼电极管10的外表面制备多个定位槽11，形成定位槽组，从而在钼电极管10的周向方向上对钼电极管10进行绝缘。
47.在一些实施例中，如图8所示，沿钼电极管10的周向方向，多个定位槽11均匀分布。在步骤s20中，可以在钼电极管10的外表面沿圆周方向均匀制备多个定位槽11，使得定位槽11之间的距离相等，从而使钼电极管10在高温膨胀时变形均匀，使钼电极管10沿径向的高温热应力引起的形变均匀，避免影响外部的被考验元件。
48.在一些实施例中，如图7所示，步骤s20还包括：沿钼电极管10的轴向方向，在钼电极管10的外表面制备多个定位槽组，从而在钼电极管10的轴向方向上对钼电极管10进行绝缘，避免细长的钼电极管10与外部被考验的元件内表面接触造成短路。
49.在一些实施例中，沿钼电极管10的轴向方向，多个定位槽组均匀分布。在步骤s20中，可以在沿钼电极管10圆周方向制备多个定位槽11后，以圆周方向上的多个定位槽11为
一组，在钼电极管10的外表面以相等的间隔沿轴向方向均匀制备多组定位槽11，从而使得多个定位槽11在钼电极管10的外表面呈阵列分布。
50.例如，首先在钼电极管10外表面沿圆周方向均匀预制5个定位槽11，然后以5个定位槽11为一组，再沿轴向以相隔均匀的距离，预制6组相同的定位槽11，用来镶嵌陶瓷绝缘块20。
51.在一些实施例中，如图7所示，沿钼电极管10的轴向方向，相邻两个定位槽组之间错开设置，即，使沿钼电极管10轴向方向上的相邻两个定位槽11之间的连线与钼电极管10的轴线相交，从而使得陶瓷绝缘块20可以在钼电极管10的径向方向上各个位置进行绝缘。可选的，定位槽组中各个定位槽11的位置与相邻另一定位槽组中两个定位槽11之间的间隔位置相对应。
52.在本实施例中，沿圆周方向的定位槽11之间间隔相等，同时，沿轴向方向的定位槽组之间间隔也相同。即，在钼电极管10的外表面，沿钼电极管10的圆周方向，相邻陶瓷绝缘块20之间的间隔相等；沿钼电极管10的轴向方向，相邻陶瓷绝缘块20之间的垂直距离相等，使得钼电极管10与被考验的元件内表面之间在径向和轴向方向上均匀定位和隔离，在防止短路的同时，使钼电极管10在高温膨胀时变形均匀，使钼电极管10沿径向和轴向的高温热应力引起的形变均匀，满足在高温应力下的变形要求，避免影响外部的被考验元件。
53.采用本发明实施例中的方法，可以将陶瓷绝缘块20镶嵌在硬度较高、脆性大、管壁较薄的钼管外表面，实现钼管与被考验元件之间的电绝缘。
54.下面以具体实施例进一步说明本发明的在薄壁钼电极管表面镶嵌绝缘陶瓷的方法。
55.实施例1
56.第一步，按照设计尺寸加工制备多个半圆柱形的陶瓷绝缘块20。
57.第二步，在钼管外表面加工制备30个定位槽11。
58.第三步，在每个定位槽11的周围对称地制备4个定位盲孔12。
59.第四步，将陶瓷绝缘块20放入定位槽11内，陶瓷绝缘块20的圆柱平面21一侧与钼管的定位槽11底面贴合。
60.第五步，将锥形的铳子抵压在定位盲孔12上。
61.第六步，敲击铳子底端，利用外力使锥形的铳子挤压定位盲孔12处的钼金属，使定位盲孔12处的钼金属产生塑性变形，足够变形尺寸的定位凸起13将陶瓷绝缘块20挤压住。
62.第七步，重复第五步至第六步，直至将一个定位槽11周围的4个定位盲孔12都产生塑性变形，利用4个定位盲孔12的塑性变形将一个陶瓷绝缘块20固定在定位槽11内。
63.重复第四步至第七步，将30个陶瓷绝缘块20都镶嵌在钼管外表面上。
64.对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
65.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种在薄壁钼电极管表面镶嵌绝缘陶瓷的方法，其特征在于，包括：步骤s10，提供多个陶瓷绝缘块；步骤s20，在所述钼电极管的外表面制备多个定位槽，所述定位槽与所述陶瓷绝缘块的形状相匹配；步骤s30，将所述陶瓷绝缘块镶嵌于所述定位槽内；其中，所述陶瓷绝缘块的凸出于所述钼电极管的外表面，所述陶瓷绝缘块用于隔离所述钼电极管和套设于所述钼电极管外的金属管，以使所述钼电极管与所述金属管之间绝缘。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s30包括：步骤s31，在所述定位槽的周围制备多个定位盲孔，所述定位盲孔与所述定位槽之间形成定位凸起；步骤s32，将所述陶瓷绝缘块放置于所述定位槽内；步骤s33，用锥形件挤压所述定位盲孔，使所述定位凸起产生塑性变形并挤压所述陶瓷绝缘块，以将所述陶瓷绝缘块固定在所述定位槽内。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤s31中，在所述定位槽的边缘的预定距离处，制备所述定位盲孔。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤s10中，将陶瓷材料加工制成所述陶瓷绝缘块，所述陶瓷绝缘块为半圆柱形，以减少制备所述钼电极管表面的定位槽时所述钼电极管外表面材料的去除深度量，以最大保留钼电极管的结构强度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤s20中，在所述钼电极管的外表面制备多个定位槽，所述定位槽的底面为平面，且所述陶瓷绝缘块的半径大于所述定位槽的深度；在所述步骤s30中，将所述陶瓷绝缘块镶嵌于所述定位槽内时，所述陶瓷绝缘块的半圆柱平面与所述定位槽的底面相贴合。6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤s20包括：沿所述钼电极管的周向方向，在所述钼电极管的外表面制备多个所述定位槽，形成定位槽组。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，沿所述钼电极管的周向方向，多个所述定位槽均匀分布。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤s20还包括：沿所述钼电极管的轴向方向，在所述钼电极管的外表面制备多个所述定位槽组。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，沿所述钼电极管的轴向方向，多个所述定位槽组均匀分布。

技术总结
本发明的实施例公开了一种在薄壁钼电极管表面镶嵌绝缘陶瓷的方法，解决了在材料硬度较高、脆性大、薄壁的钼电极管外表面进行陶瓷镶嵌的问题，以使钼电极管与套设于外部的包壳金属管之间绝缘，避免钼电极管与包壳金属管接触。该方法包括：步骤S10，提供多个陶瓷绝缘块；步骤S20，在钼电极管的外表面制备多个预制有4个定位盲孔的定位槽，定位槽与陶瓷绝缘块的形状相匹配；步骤S30，将陶瓷绝缘块镶嵌于定位槽内；其中，陶瓷绝缘块的凸出于钼电极管的外表面，陶瓷绝缘块用于隔离钼电极管和套设于钼电极管外的金属管，以使钼电极管与金属管之间绝缘。缘。缘。


技术研发人员：张征 王振东 雷华桢
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：2023.07.27
技术公布日：2023/10/11