專利名稱：反應(yīng)堆主管道熱段彎管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于第三代核電站的反應(yīng)堆主管道熱段彎管的制造方法。
背景技術(shù)：
目前，第三代先進(jìn)大型AP1000壓水堆核電站，是目前世界上二代核電站和二代加 核電站的更新?lián)Q代機(jī)型。它的主要優(yōu)點(diǎn)有使用壽命從以前的40年增加到了 60年，單座核 電站的裝機(jī)容量達(dá)到125萬千瓦。由于技術(shù)提高，要求設(shè)備盡量減少焊縫，減少了很多的在 役檢驗(yàn)工作量，還有結(jié)構(gòu)緊湊、安全性好、發(fā)電量大等優(yōu)點(diǎn)，但也有制造難度大等缺點(diǎn)。它的 主管道熱段彎管由原來的不銹鋼分段鑄件(直管采用離心鑄造和彎頭采用普通鑄造)焊接 改成不銹鋼整鍛帶管嘴一體化，并將分段的直管、彎頭、管嘴設(shè)計成了一體化鍛件，加大了 制造的難度。AP1000反應(yīng)堆目前還沒有在建機(jī)組，我國率先起動這一機(jī)型，主管道熱段彎管 也要求是整鍛式并帶管嘴，因形狀復(fù)雜，制造難度非常大，設(shè)計制造方案是整體鍛造后用機(jī) 械加工的方法加工而成。鍛件所需的不銹鋼錠達(dá)到150噸，而且，管內(nèi)孔幾乎難于用機(jī)械的 方法加工而成，鍛件的組織和性能也難于保證。 目前國內(nèi)外對AP1000主管道熱段彎管都還沒有成熟的制造技術(shù)，它是超低碳不 銹鋼大鍛件(316LN)，類似的產(chǎn)品世界上都很少，因此，在冶煉、鍛造、彎曲成型、機(jī)加工等工 序上都有較多的技術(shù)難點(diǎn)。熱段彎管一端直管長度2235mm，另一端直管長度1234mm，中間 為1. 5D彎曲半徑彎管，并在靠近彎曲部位處有兩個一體化管嘴如圖1 4所示。該熱段彎 管的外徑為952. 5mm，內(nèi)徑為787. 4mm，彎曲段的彎曲角度為56. 4° ，其技術(shù)要求是彎曲部 位不圓度《4%，彎曲背弧減薄量《12. 5%，名義壁厚82. 55mm，最小壁厚72. 2mm。
上述熱段彎管加工成型的技術(shù)難點(diǎn)在于
1、彎曲半徑為1.5D兩端帶直管的彎曲。 彎頭的彎曲半徑為1D 1. 5D，兩端不帶直管段，彎管才帶直管段。彎頭的制造工
藝有兩種，一是壓制成型，二是熱推制成型。彎管的制造工藝是中頻感應(yīng)加熱彎管，彎管的 彎曲半徑一般^ 3D，若彎曲半徑小于3D，彎曲部位的橢圓度和減薄量會激烈增大，當(dāng)彎曲 半徑為1.5D時，彎管背弧的減薄量高達(dá)25%，橢圓度"15%。 模壓成型彎頭，它的坯料的輪廓形狀是梯形。梯形底邊長度為彎頭外弧線的展開 長度，梯形頂邊長度為彎頭內(nèi)弧線的展開長度。彎曲成型時，坯料在內(nèi)外模的作用下彎曲成 型。圖10是1.5D長半徑彎頭壓制成型原理圖，圖11是1.5D長半徑彎頭坯料圖。它的芯 模填充管體內(nèi)空間的填充率一般只有80%左右，這里的填充率為芯模體積與管內(nèi)空間體積 之比。因此，產(chǎn)品彎曲部位的橢圓度大約有15%。這種工藝是彎頭壓制成型的常用工藝。
兩邊帶直管后，坯料就不能制作成梯形，只能做成直管形狀。彎曲時內(nèi)弧金屬只能 壓縮，外弧金屬只能拉伸，當(dāng)不采取措施時，外弧的減薄高達(dá)33% 。因此，兩端帶直管且彎曲 半徑R = 1. 5D的彎管的彎曲難度很大。
2 、靠近彎曲部位處分別帶有兩個管嘴。 管嘴與彎管一體化后，給壓制模具的設(shè)計增加了很大難度，而且使成型時內(nèi)管嘴
3部位的金屬得不到均勻壓縮，不對稱的外管嘴部位阻止了拉伸時金屬的流動補(bǔ)充。 申請人:于2008年3月27日提交了申請?zhí)枮?00810300744. X、名稱為"反應(yīng)堆主
管道熱段彎管及其制造方法"的發(fā)明專利申請，該申請中的技術(shù)方案針對AP1000反應(yīng)堆主
管道熱段彎管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用包括上模、下模和芯模的組合成型模具，將直管狀的管坯通
過壓制成型得到反應(yīng)堆主管道熱段彎管。芯模采用金屬制作，并使芯模填充管體內(nèi)空間的
填充率大于95%，這樣就可進(jìn)一步保證在模壓成型時使其成型壓力能夠均勻傳遞，便于金
屬的均勻流動，同時也可保證產(chǎn)品的圓度要求。為了保證產(chǎn)品的淬透性，在壓制前先對管坯
進(jìn)行機(jī)加工，加工出管體內(nèi)孔和外圓周、管嘴的內(nèi)孔和外圓周。但由于在壓制過程中金屬流
動的影響以及彎管變形過程中內(nèi)力的作用，加工出的管嘴的內(nèi)孔和外圓周在壓制后會出現(xiàn)
較大的變形，從而不得不在壓制完成后再次對管嘴的內(nèi)孔和外圓周進(jìn)行機(jī)加工，不僅增加
了機(jī)加工的加工量，同時由于管嘴變形后的形狀為非圓形，從而容易造成較大的形位公差，
增加了機(jī)加工的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種滿足第三代核電站技術(shù)要求并能保證管嘴加工質(zhì)量的反應(yīng)堆主管道熱段彎管的制造方法。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是主管道熱段彎管的制造方法，其特征是包括如下步驟 A、制作包括上模、下模和芯模的組合成型模具，芯模采用金屬制作，芯模由沿軸向排列的多塊構(gòu)成并使芯模填充管體內(nèi)空間的填充率大于95% ;其中，填充率為芯模體積與管內(nèi)空間體積之比； B、按照管體的各部分結(jié)構(gòu)外形制作出直管狀的管坯； C、對管坯進(jìn)行機(jī)加工，加工出管體內(nèi)孔和外圓周； D、將芯模裝入管坯，然后置于上模與下模之間壓制成型； E、取出芯模，機(jī)加工管體兩端的端面及其管嘴的端面、內(nèi)孔和外圓周； F、全表面拋光。 進(jìn)一步的是，在步驟C后進(jìn)行超聲波探傷。 進(jìn)一步的是，在步驟D后對整個管體進(jìn)行固溶處理。 進(jìn)一步的是，在步驟F后進(jìn)行液體滲透檢驗(yàn)和第二次超聲波探傷。 作為對上述技術(shù)方案的優(yōu)化，芯模填充管體內(nèi)空間的填充率為97. 5%。 本發(fā)明的有益效果是由于主管道熱段彎管采用整體鍛件的一體結(jié)構(gòu)且彎曲段通
過模壓成型，不僅滿足了主管道熱段彎管的技術(shù)要求，同時與機(jī)加工的主管道熱段彎管相
比，其管體的金屬組織和性能可以得到更加有效的保證，同時還降低了機(jī)加工難度，金屬切
削量少，毛坯件重量減少50%以上，極大的降低了加工制作難度和成本。實(shí)心的管嘴在模壓
成型的過程中變形小，模壓完成后對加工管嘴進(jìn)行機(jī)加工可保證其加工精度，整套模具沒
有加工難度，用一般的機(jī)加工設(shè)備就能制造，還可應(yīng)用于帶有直管段和彎曲段的一體化大
型管件的加工制作。


圖1是本發(fā)明中一種結(jié)構(gòu)形式的反應(yīng)堆主管道熱段彎管的主視圖。
圖2是圖1中沿A-A方向的剖視圖。
圖3是圖1中沿B-B方向的剖視圖。 圖4是本發(fā)明中另一種結(jié)構(gòu)形式的反應(yīng)堆主管道熱段彎管的主視圖。
圖5是本發(fā)明中一種結(jié)構(gòu)形式的反應(yīng)堆主管道熱段彎管的管坯的剖視圖。
圖6是本發(fā)明中另一種結(jié)構(gòu)形式的反應(yīng)堆主管道熱段彎管的管坯的剖視圖。
圖7是本發(fā)明的采用組合成型模對彎度段進(jìn)行成型加工的示意圖。
圖8是沿圖7中C-C方向的剖視圖。 圖9是圖7中凸型下芯模和凹型下芯模的配合關(guān)系分解示意圖。
圖10是常用彎頭壓制成型原理圖。
圖11是1. 5D長半徑彎頭坯料圖。 圖中標(biāo)記為彎曲段1、直管段2、管嘴3、上模4、下模5、楔子6、直管段上芯模7、彎曲段上芯模8、直管段下芯模9、彎曲段下芯模10、凸型下芯模101、凹型下芯模102、肩部平面11、直線段墻面12，凹腔13、凸塊14、凹槽15。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。 如圖1 圖9所示，本發(fā)明的反應(yīng)堆主管道熱段彎管，包括彎曲半徑R = 1. 5D的彎曲段1、設(shè)置在彎曲段1兩端的直管段2以及直管段2上靠近彎曲段1的部位設(shè)置的兩個管嘴3構(gòu)成的管體，D為管體外徑。管體可采用超低碳不銹鋼制作，管體為整體鍛件的一體結(jié)構(gòu)。其中，彎曲段1通過模壓成型，直管段2和管嘴3采用機(jī)加工成型。彎曲段l通過模壓成型，比彎曲段1通過機(jī)加工成型更能保證管體的金屬組織和性能，從而有效的保證其管體的技術(shù)要求和綜合性能。 上述反應(yīng)堆主管道熱段彎管的兩個管嘴3的分布位置可以是以下結(jié)構(gòu)形式，一種為兩個管嘴3分別設(shè)置在彎曲段1兩端的直管段2上，兩個管嘴3的軸線不在同一平面上；另一種為兩個管嘴3同時設(shè)置在彎曲段1 一端的直管段2上，兩個管嘴3的軸線處于同一平面上。 主管道熱段彎管的制造方法，包括如下步驟 A、制作包括上模4、下模5和芯模6的組合成型模具，芯模采用金屬制作，從而能夠方便的從管坯的直管裝入，以及方便的從彎管后的管體彎曲段中脫模；設(shè)計芯模時，芯模由沿軸向排列的多塊構(gòu)成并使其芯模填充管體內(nèi)空間的填充率大于95%，最好達(dá)到97. 5%，這樣就可進(jìn)一步保證在模壓成型時使其成型壓力能夠均勻傳遞，便于金屬的均勻流動，同時也可保證產(chǎn)品的圓度要求； B、按照管體的各部分結(jié)構(gòu)外形制作出直管狀的管坯；
C、對管坯進(jìn)行機(jī)加工，加工出管體內(nèi)孔和外圓周。 D、將芯模裝入管坯，然后置于上模4與下模5之間壓制成型，形成管體的彎曲段1 ;
E、取出芯模，機(jī)加工管體兩端的端面及其管嘴3的端面、內(nèi)孔和外圓周；
F、全表面拋光。
在上述步驟C后進(jìn)行超聲波探傷，可進(jìn)一步保證管坯質(zhì)量。 在上述步驟D后對整個管體進(jìn)行固溶處理，在步驟F后進(jìn)行液體滲透檢驗(yàn)和第二次超聲波探作，進(jìn)一步增強(qiáng)工件的組織性能，保證加工質(zhì)量。 上述組合成型模具，包括上模4、下模5和芯模，芯模采用金屬制作，上模4和下模5上設(shè)置有與管體上的管嘴3的位置和大小相適配的凹腔13，芯模填充管體內(nèi)空間的填充率大于95 % ，最好達(dá)到97.5%。 芯模包括多塊上芯模、多塊下芯模和多個楔子6構(gòu)成，上芯模、下芯模的數(shù)量越多，越能保證芯模填充主管道熱段彎管的管體的管內(nèi)空間的體積大于95%，從而達(dá)到管體的彎曲段的不圓度、彎曲背弧減薄量等的技術(shù)要求。楔子6設(shè)置于上芯模與下芯模之間且楔子6的寬度與管體內(nèi)孔的直徑相適配，楔子6的軸線處于管體內(nèi)孔的軸線上，用于楔緊和退出芯模。上芯模、下芯模和楔子6的數(shù)量相等，位置對應(yīng)處的上芯模、下芯模和楔子6在管體內(nèi)孔軸線上的長度相適配，從而使其不會在彎管時相互干擾。其中
A、上芯模包括兩塊直管段上芯模7和多塊彎曲段上芯模8，直管段上芯模7的長度與對應(yīng)管體的直管段2的長度匹配，多塊彎曲段上芯模8疊置排列且疊置后的長度與管體的彎曲段1的內(nèi)孔壁弧長相適配，從而保證管體的彎曲段內(nèi)圓弧的平整光滑。
B、下芯模包括直管段下芯模9和多塊彎曲段下芯模IO，直管段下芯模9的長度與對應(yīng)管體的直管段2的長度匹配，彎曲段下芯模10由多塊凸型下芯模101和凹型下芯模102組成，凸型下芯模101的肩部平面11上設(shè)置有軸向的凸塊14，凹型下芯模102的肩部平面11上設(shè)置有軸向的凹槽15，相鄰的凸型下芯模101、凹型下芯模102的肩部平面11相互平面接觸且凸塊14與凹槽15配合，多塊凸型下芯模101、凹型下芯模102間隔疊置排列且疊置后的長度與管體的彎曲段1的內(nèi)孔軸線弧長相適配；多塊凸型下芯模101、凹型下芯模102的上述疊置排列，一是對整個芯模起周向定位作用，即整個芯模中相鄰的部件不會發(fā)生圓周方向的相對移動；二是在成型過程中，相鄰的凸型下芯模101、凹型下芯模102之間僅是在平面接觸的肩部平面上滑動但不脫離平面接觸，使成型后的彎管軸向弧形好，沒有竹節(jié)樣缺陷，即表面平整光滑。 為了保證產(chǎn)品的圓度要求，下模5兩側(cè)為直線段墻面12，上模4插入到下模5的直線段墻面12之間，上模4的寬度與下模5兩側(cè)的直線段墻面12之間的寬度相適配。這樣，使其管體的彎曲段1從管壞的直管開始，在整個彎曲成型的過程中都能夠得到護(hù)圓保護(hù)。
權(quán)利要求
本發(fā)明公開了一種用于第三代核電站的反應(yīng)堆主管道熱段彎管的制造方法，可滿足第三代核電站反應(yīng)堆對該管的技術(shù)要求并能保證管嘴加工質(zhì)量。該管管體為整體鍛件的一體結(jié)構(gòu)，彎曲段通過芯模填充管體的管內(nèi)空間的體積大于95％的組合成型模具模壓成型，直管段和管嘴采用機(jī)加工成型。不僅可滿足主管道熱段彎管的技術(shù)要求，還可保證管嘴的加工精度，保證管體的金屬組織和性能，還降低了機(jī)加工難度，金屬切削量少，極大的降低了加工制作難度和成本。整套模具沒有加工難度，用一般的機(jī)加工設(shè)備就能制造，可應(yīng)用于帶有直管段和彎曲段的一體化大型管件的加工制作。
2. 如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)堆主管道熱段彎管的制造方法，其特征是在步驟C后進(jìn) 行超聲波探傷。
3. 如權(quán)利要求2所述的反應(yīng)堆主管道熱段彎管的制造方法，其特征是在步驟D后對 整個管體進(jìn)行固溶處理。
4. 如權(quán)利要求3所述的反應(yīng)堆主管道熱段彎管的制造方法，其特征是在步驟F后進(jìn) 行液體滲透檢驗(yàn)和第二次超聲波探傷。
5. 如權(quán)利要求1、2、3或4所述的反應(yīng)堆主管道熱段彎管的制造方法，其特征是芯模 填充管體內(nèi)空間的填充率為97. 5% 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于第三代核電站的反應(yīng)堆主管道熱段彎管的制造方法，可滿足第三代核電站反應(yīng)堆對該管的技術(shù)要求并能保證管嘴加工質(zhì)量。該方法步驟為A、制作包括上模、下模和芯模的組合成型模具，芯模采用金屬制作，芯模由沿軸向排列的多塊構(gòu)成并使芯模填充管體內(nèi)空間的填充率大于95％，其中，填充率為芯模體積與管內(nèi)空間體積之比；B、按照管體的各部分結(jié)構(gòu)外形制作出直管狀的管坯；C、對管坯進(jìn)行機(jī)加工，加工出管體內(nèi)孔和外圓周；D、將芯模裝入管坯，然后置于上模與下模之間壓制成型；E、取出芯模，機(jī)加工管體兩端的端面及其管嘴的端面、內(nèi)孔和外圓周。可應(yīng)用于帶有直管段和彎曲段的一體化大型管件的加工制作。
文檔編號B23P15/00GK101745782SQ20081030643
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者劉志, 劉志穎, 宋樹康, 曾祥東, 鄧林濤 申請人:二重集團(tuán)(德陽)重型裝備股份有限公司