專利名稱：反應堆主管道熱段彎管及其制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于第三代核電站的反應堆主管道熱段彎管及其制造方法。
技術(shù)背景目前，新設計的第三代先進大型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代機型。它的主要優(yōu)點有使用壽命從以前的40年增加到了60年，單座核電 站的裝機容量達到125萬千瓦。由于技術(shù)提高，要求設備盡量減少焊縫，減少了很多的在役 檢驗工作量，還有結(jié)構(gòu)緊湊、安全性好、發(fā)電量大等優(yōu)點，但也有制造難度大等缺點。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、管嘴設計成了一體化鍛件，加大了制 造的難度。AP1000反應堆目前還沒有在建機組，我國率先起動這一機型，主管道熱段彎管也 要求是整鍛式并帶管嘴，因形狀復雜，制造難度非常大，提供的制造方案是整體鍛造后用機 械加工的方法加工而成。鍛件所需的不銹鋼錠達到150噸，而且，管內(nèi)孔幾乎難于用機械的 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、機加工等工序 上都有較多的技術(shù)難點。熱段彎管一端直管長度2235 mm，另一端直管長度1234 mm，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，當彎曲半徑為 1.5D時，彎管背弧的減薄量高達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，當不采取措施時，外弧的減薄高達33%。因此，兩端帶直管且彎曲半 徑R4. 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，給壓制模具的設計增加了很大難度，而且使成型時內(nèi)管嘴部位的 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充。 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)要求的反應堆主管道熱段 彎管及其制造方法。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，包括彎曲半徑I^1.5D的 彎曲段、設置在彎曲段兩端的直管段以及直管段上靠近彎曲段的部位設置的兩個管嘴構(gòu)成的 管體，其特征是管體為整體鍛件的一體結(jié)構(gòu)，彎曲段通過模壓成型，直管段和管嘴采用機 加工成型，其中，D為管體外徑。這樣，其整體鍛件的主管道熱段彎管經(jīng)過模壓成型后，其 管體的金屬組織和性能可以得到有效的保證。上述反應堆主管道熱段彎管，其兩個管嘴可以是分別設置在彎曲段兩端的直管段上，兩 個管嘴的軸線不在同一平面上；也可以是兩個管嘴同時設置在彎曲段一端的直管段上，兩個 管嘴的軸線處于同一平面上。進一步的是，上述管體采用超低碳不銹鋼制作。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、 對管坯進行機加工，加工出管體內(nèi)孔和外圓周、管嘴內(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，機加工管體兩端的端面及其管嘴的端面；F、 全表面拋光。進一步的是，在步驟C后進行超聲波探傷。 進一步的是，在步驟D后對整個管體進行固溶處理。 進一步的是，在步驟F后進行液體滲透檢驗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。整套模具沒有加工難度，用 一般的機加工設備就能制造，還可應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l是本發(fā)明中一種結(jié)構(gòu)形式的反應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行成型加工的示意圖。圖8是沿圖7中C一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ll是l. 5D長半徑彎頭坯料圖。圖中標記為彎曲段l、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IO、凸型下芯模101、凹型下芯模102、肩部平 面ll、直線段墻面12，凹腔13、凸塊14、凹槽15。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。如圖1 圖9所示，本發(fā)明的反應堆主管道熱段彎管，包括彎曲半徑R4.5D的彎曲段1、 設置在彎曲段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l通過模壓成型，直管段2和管嘴3采用機加工成型。彎曲段l通過模壓成型，比彎曲段l 通過機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；設計芯模時，使其芯模填 充管體內(nèi)空間的填充率大于95%，最好達到97.5%，這樣就可進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、 對管坯進行機加工，加工出管體內(nèi)孔和外圓周、管嘴3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l;E、 取出芯模，機加工管體兩端的端面及其管嘴3的端面；F、 全表面拋光。在上述步驟C后進行超聲波探傷，可進一步保證管坯質(zhì)量。在上述步驟D后對整個管體進行固溶處理，在步驟F后進行液體滲透檢驗和第二次超聲波 探作，進一步增強工件的組織性能，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 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 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10，直管段下芯模9的長度與對應管 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上設置有軸向的凸塊14，凹型下芯模102的肩部平面11上設置有軸 向的凹槽15，相鄰的凸型下芯模IOI、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IOI、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l的內(nèi)孔軸線弧長相適配；多塊凸型下芯模IOI、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IOI、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l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圓保護。實施例l:本發(fā)明的主管道熱段彎管，包括彎曲半徑1.5D的彎曲段1、設置在彎曲段l兩 端的直管段2以及直管段2上靠近彎曲段1的部位設置的兩個管嘴3構(gòu)成的管體，D為管體外徑 。兩個管嘴3分別設置在彎曲段1兩端的直管段2上，兩個管嘴3的軸線不在同一平面上。管體 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l通過模壓成型，直管 段2和管嘴3采用機加工成型。采用上述方法以及組合成型模具模壓加工彎曲段l，芯模填充 管體的管內(nèi)空間的體積為95%，加工后對產(chǎn)品進行測試，滿足設計要求。實施例2:本發(fā)明的主管道熱段彎管，包括彎曲半徑I^1.5D的彎曲段1、設置在彎曲段l 兩端的直管段2以及直管段2上靠近彎曲段1的部位設置的兩個管嘴3構(gòu)成的管體，D為管體外 徑。兩個管嘴3同時設置在彎曲段1一端的直管段2上，兩個管嘴3的軸線處于同一平面上。管 體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l通過模壓成型，直 管段2和管嘴3采用機加工成型。采用上述方法以及組合成型模具模壓加工彎曲段l，芯模填 充管體的管內(nèi)空間的體積為97.5%，加工后對產(chǎn)品進行測試，滿足設計要求。
權(quán)利要求
1. 反應堆主管道熱段彎管，包括彎曲半徑R＝1.5D的彎曲段(1)、設置在彎曲段(1)兩端的直管段(2)以及直管段(2)上靠近彎曲段(1)的部位設置的兩個管嘴(3)構(gòu)成的管體，其特征是管體為整體鍛件的一體結(jié)構(gòu)，彎曲段(1)通過模壓成型，直管段(2)和管嘴(3)采用機加工成型，其中，D為管體外徑。
2.如權(quán)利要求l所述的反應堆主管道熱段彎管，其特征是兩個管嘴 (3)分別設置在彎曲段(1)兩端的直管段(2)上，兩個管嘴(3)的軸線不在同一平面上
3.如權(quán)利要求l所述的主管道熱段彎管，其特征是兩個管嘴(3) 同時設置在彎曲段(1) 一端的直管段(2)上，兩個管嘴(3)的軸線處于同一平面上。
4.如權(quán)利要求l、 2或3所述的反應堆主管道熱段彎管，其特征是管 體采用超低碳不銹鋼制作。
5.反應堆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(4)、下模(5)和芯模的組合成型模具，芯模采用金屬制作，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、 對管坯進行機加工，加工出管體內(nèi)孔和外圓周、管嘴(3)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；E、 取出芯模，機加工管體兩端的端面及其管嘴(3)的端面；F、 全表面拋光。
6.如權(quán)利要求5所述的反應堆主管道熱段彎管的制造方法，其特征是 :在步驟和后進行超聲波探傷。
7.如權(quán)利要求6所述的反應堆主管道熱段彎管的制造方法，其特征是 :在步驟D后對整個管體進行固溶處理。
8.如權(quán)利要求7所述的反應堆主管道熱段彎管的制造方法，其特征是:在步驟F后進行液體滲透檢驗和第二次超聲波探傷。9如權(quán)利要求5、 6、 7或8所述的反應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堆主管道熱段彎管及其制造方法，可滿足第三代核電站反應堆對該管的技術(shù)要求。該管包括彎曲半徑R＝1.5D的彎曲段、設置在彎曲段兩端的直管段以及直管段上靠近彎曲段的部位設置的兩個管嘴構(gòu)成的管體，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加工成型。可滿足主管道熱段彎管的技術(shù)要求，保證管體的金屬組織和性能，還降低了機加工難度，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，用一般的機加工設備就能制造，可應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F16L43/00GK101251215SQ20081030074
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者志 劉, 劉志穎, 宋樹康, 曾祥東, 鄧林濤 申請人:二重集團(德陽)重型裝備股份有限公司