专利名称：反应堆主管道热段弯管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于第三代核电站的反应堆主管道热段弯管及其制造方法。
技术背景目前，新设计的第三代先进大型AP1000压水堆核电站，是目前世界上二代核电站和二代 加核电站的更新换代机型。它的主要优点有使用寿命从以前的40年增加到了60年，单座核电 站的装机容量达到125万千瓦。由于技术提高，要求设备尽量减少焊缝，减少了很多的在役 检验工作量，还有结构紧凑、安全性好、发电量大等优点，但也有制造难度大等缺点。它的 主管道热段弯管由原来的不锈钢分段铸件(直管采用离心铸造和弯头采用普通铸造)焊接改 成不锈钢整锻带管嘴一体化，并将分段的直管、弯头、管嘴设计成了一体化锻件，加大了制 造的难度。AP1000反应堆目前还没有在建机组，我国率先起动这一机型，主管道热段弯管也 要求是整锻式并带管嘴，因形状复杂，制造难度非常大，提供的制造方案是整体锻造后用机 械加工的方法加工而成。锻件所需的不锈钢锭达到150吨，而且，管内孔几乎难于用机械的 方法加工而成，锻件的组织和性能也难于保证。目前国内外对AP1000主管道热段弯管都还没有成熟的制造技术，它是超低碳不锈钢大锻 件(316LN)，类似的产品世界上都很少，因此，在冶炼、锻造、弯曲成型、机加工等工序 上都有较多的技术难点。热段弯管一端直管长度2235 mm，另一端直管长度1234 mm，中间为 1.5D弯曲半径弯管，并在靠近弯曲部位处有两个一体化管嘴如图1 4所示。该热段弯管的外 径为952.5mm，内径为787.4mm，弯曲段的弯曲角度为56.4° ，其技术要求是弯曲部位不圆 度《4%，弯曲背弧减薄量《12. 5%，名义壁厚82. 55mm，最小壁厚72. 2mm。上述热段弯管加工成型的技术难点在于 1、弯曲半径为1.5D两端带直管的弯曲。弯头的弯曲半径为1D 1.5D，两端不带直管段，弯管才带直管段。弯头的制造工艺有两种， 一是压制成型，二是热推制成型。弯管的制造工艺是中频感应加热弯管，弯管的弯曲半 径一般》3D，若弯曲半径小于3D，弯曲部位的椭圆度和减薄量会激烈增大，当弯曲半径为 1.5D时，弯管背弧的减薄量高达25%，椭圆度^15%。模压成型弯头，它的坯料的轮廓形状是梯形。梯形底边长度为弯头外弧线的展开长度， 梯形顶边长度为弯头内弧线的展开长度。弯曲成型时，坯料在内外模的作用下弯曲成型。图 10是1.5D长半径弯头压制成型原理图，图11是1.5D长半径弯头坯料图。它的芯模填充管体内 空间的填充率一般只有80%左右，这里的填充率为芯模体积与管内空间体积之比。因此，产 品弯曲部位的椭圆度大约有15%。这种工艺是弯头压制成型的常用工艺。两边带直管后，坯料就不能制作成梯形，只能做成直管形状。弯曲时内弧金属只能压縮 ，外弧金属只能拉伸，当不采取措施时，外弧的减薄高达33%。因此，两端带直管且弯曲半 径R4. 5D的弯管的弯曲难度很大。2、靠近弯曲部位处分别带有两个管嘴。管嘴与弯管一体化后，给压制模具的设计增加了很大难度，而且使成型时内管嘴部位的 金属得不到均匀压縮，不对称的外管嘴部位阻止了拉伸时金属的流动补充。 发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种满足第三代核电站技术要求的反应堆主管道热段 弯管及其制造方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是主管道热段弯管，包括弯曲半径I^1.5D的 弯曲段、设置在弯曲段两端的直管段以及直管段上靠近弯曲段的部位设置的两个管嘴构成的 管体，其特征是管体为整体锻件的一体结构，弯曲段通过模压成型，直管段和管嘴采用机 加工成型，其中，D为管体外径。这样，其整体锻件的主管道热段弯管经过模压成型后，其 管体的金属组织和性能可以得到有效的保证。上述反应堆主管道热段弯管，其两个管嘴可以是分别设置在弯曲段两端的直管段上，两 个管嘴的轴线不在同一平面上；也可以是两个管嘴同时设置在弯曲段一端的直管段上，两个 管嘴的轴线处于同一平面上。进一步的是，上述管体采用超低碳不锈钢制作。主管道热段弯管的制造方法，其特征是包括如下步骤A、 制作包括上模、下模和芯模的组合成型模具，芯模采用金属制作，芯模填充管体内 空间的填充率大于95%;其中，填充率为芯模体积与管内空间体积之比。B、 按照管体的各部分结构外形制作出直管状的管坯；C、 对管坯进行机加工，加工出管体内孔和外圆周、管嘴内孔和外圆周。D、 将芯模装入管坯，然后置于上模与下模之间压制成型；E、 取出芯模，机加工管体两端的端面及其管嘴的端面；F、 全表面抛光。进一步的是，在步骤C后进行超声波探伤。 进一步的是，在步骤D后对整个管体进行固溶处理。 进一步的是，在步骤F后进行液体渗透检验和第二次超声波探伤。 作为对上述技术方案的优化，芯模填充管体内空间的填充率为97. 5%。 本发明的有益效果是由于主管道热段弯管采用整体锻件的一体结构且弯曲段通过模压 成型，不仅满足了主管道热段弯管的技术要求，同时与机加工的主管道热段弯管相比，其管 体的金属组织和性能可以得到更加有效的保证，同时还降低了机加工难度，金属切削量少， 毛坯件重量减少50%以上，极大的降低了加工制作难度和成本。整套模具没有加工难度，用 一般的机加工设备就能制造，还可应用于带有直管段和弯曲段的一体化大型管件的加工制作
图l是本发明中一种结构形式的反应堆主管道热段弯管的主视图。图2是图1中沿A—A方向的剖视图。图3是图1中沿B—B方向的剖视图。图4是本发明中另一种结构形式的反应堆主管道热段弯管的主视图。图5是本发明中一种结构形式的反应堆主管道热段弯管的管坯的剖视图。图6是本发明中另一种结构形式的反应堆主管道热段弯管的管坯的剖视图。图7是本发明的采用组合成型模对弯度段进行成型加工的示意图。图8是沿图7中C一C方向的剖视图。图9是图7中凸型下芯模和凹型下芯模的配合关系分解示意图。图10是常用弯头压制成型原理图。图ll是l. 5D长半径弯头坯料图。图中标记为弯曲段l、直管段2、管嘴3、上模4、下模5、楔子6、直管段上芯模7、弯 曲段上芯模8、直管段下芯模9、弯曲段下芯模IO、凸型下芯模101、凹型下芯模102、肩部平 面ll、直线段墙面12，凹腔13、凸块14、凹槽15。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图1 图9所示，本发明的反应堆主管道热段弯管，包括弯曲半径R4.5D的弯曲段1、 设置在弯曲段1两端的直管段2以及直管段2上靠近弯曲段1的部位设置的两个管嘴3构成的管 体，D为管体外径。管体可采用超低碳不锈钢制作，管体为整体锻件的一体结构。其中，弯 曲段l通过模压成型，直管段2和管嘴3采用机加工成型。弯曲段l通过模压成型，比弯曲段l 通过机加工成型更能保证管体的金属组织和性能，从而有效的保证其管体的技术要求和综合 性能。上述反应堆主管道热段弯管的两个管嘴3的分布位置可以是以下结构形式， 一种为两 个管嘴3分别设置在弯曲段1两端的直管段2上，两个管嘴3的轴线不在同一平面上；另一种为 :两个管嘴3同时设置在弯曲段1一端的直管段2上，两个管嘴3的轴线处于同一平面上。主管道热段弯管的制造方法，包括如下步骤A、 制作包括上模4、下模5和芯模6的组合成型模具，芯模采用金属制作，从而能够方便 的从管坯的直管装入，以及方便的从弯管后的管体弯曲段中脱模；设计芯模时，使其芯模填 充管体内空间的填充率大于95%，最好达到97.5%，这样就可进一步保证在模压成型时使其 成型压力能够均匀传递，便于金属的均匀流动，同时也可保证产品的圆度要求；B、 按照管体的各部分结构外形制作出直管状的管坯；C、 对管坯进行机加工，加工出管体内孔和外圆周、管嘴3内孔和外圆周。D、 将芯模装入管坯，然后置于上模4与下模5之间压制成型，形成管体的弯曲段l;E、 取出芯模，机加工管体两端的端面及其管嘴3的端面；F、 全表面抛光。在上述步骤C后进行超声波探伤，可进一步保证管坯质量。在上述步骤D后对整个管体进行固溶处理，在步骤F后进行液体渗透检验和第二次超声波 探作，进一步增强工件的组织性能，保证加工质量。上述组合成型模具，包括上模4、下模5和芯模，芯模采用金属制作，上模4和下模5上设 置有与管体上的管嘴3的位置和大小相适配的凹腔13，芯模填充管体内空间的填充率大于95 %，最好达到97. 5%。芯模包括多块上芯模、多块下芯模和多个楔子6构成，上芯模、下芯模的数量越多，越 能保证芯模填充主管道热段弯管的管体的管内空间的体积大于95%，从而达到管体的弯曲段 的不圆度、弯曲背弧减薄量等的技术要求。楔子6设置于上芯模与下芯模之间且楔子6的宽度 与管体内孔的直径相适配，楔子6的轴线处于管体内孔的轴线上，用于楔紧和退出芯模。上芯模、下芯模和楔子6的数量相等，位置对应处的上芯模、下芯模和楔子6在管体内孔轴线上 的长度相适配，从而使其不会在弯管时相互干扰。其中A、 上芯模包括两块直管段上芯模7和多块弯曲段上芯模8，直管段上芯模7的长度与对应 管体的直管段2的长度匹配，多块弯曲段上芯模8叠置排列且叠置后的长度与管体的弯曲段1 的内孔壁弧长相适配，从而保证管体的弯曲段内圆弧的平整光滑。B、 下芯模包括直管段下芯模9和多块弯曲段下芯模10，直管段下芯模9的长度与对应管 体的直管段2的长度匹配，弯曲段下芯模10由多块凸型下芯模101和凹型下芯模102组成，凸 型下芯模101的肩部平面11上设置有轴向的凸块14，凹型下芯模102的肩部平面11上设置有轴 向的凹槽15，相邻的凸型下芯模IOI、凹型下芯模102的肩部平面11相互平面接触且凸块14与 凹槽15配合，多块凸型下芯模IOI、凹型下芯模102间隔叠置排列且叠置后的长度与管体的弯 曲段l的内孔轴线弧长相适配；多块凸型下芯模IOI、凹型下芯模102的上述叠置排列， 一是 对整个芯模起周向定位作用，即整个芯模中相邻的部件不会发生圆周方向的相对移动；二是 在成型过程中，相邻的凸型下芯模IOI、凹型下芯模102之间仅是在平面接触的肩部平面上滑 动但不脱离平面接触，使成型后的弯管轴向弧形好，没有竹节样缺陷，即表面平整光滑。为了保证产品的圆度要求，下模5两侧为直线段墙面12，上模4插入到下模5的直线段墙 面12之间，上模4的宽度与下模5两侧的直线段墙面12之间的宽度相适配。这样，使其管体的 弯曲段l从管坏的直管开始，在整个弯曲成型的过程中都能够得到护圆保护。实施例l:本发明的主管道热段弯管，包括弯曲半径1.5D的弯曲段1、设置在弯曲段l两 端的直管段2以及直管段2上靠近弯曲段1的部位设置的两个管嘴3构成的管体，D为管体外径 。两个管嘴3分别设置在弯曲段1两端的直管段2上，两个管嘴3的轴线不在同一平面上。管体 采用超低碳不锈钢制作，管体为整体锻件的一体结构。其中，弯曲段l通过模压成型，直管 段2和管嘴3采用机加工成型。采用上述方法以及组合成型模具模压加工弯曲段l，芯模填充 管体的管内空间的体积为95%，加工后对产品进行测试，满足设计要求。实施例2:本发明的主管道热段弯管，包括弯曲半径I^1.5D的弯曲段1、设置在弯曲段l 两端的直管段2以及直管段2上靠近弯曲段1的部位设置的两个管嘴3构成的管体，D为管体外 径。两个管嘴3同时设置在弯曲段1一端的直管段2上，两个管嘴3的轴线处于同一平面上。管 体采用超低碳不锈钢制作，管体为整体锻件的一体结构。其中，弯曲段l通过模压成型，直 管段2和管嘴3采用机加工成型。采用上述方法以及组合成型模具模压加工弯曲段l，芯模填 充管体的管内空间的体积为97.5%，加工后对产品进行测试，满足设计要求。
权利要求
1. 反应堆主管道热段弯管，包括弯曲半径R＝1.5D的弯曲段(1)、设置在弯曲段(1)两端的直管段(2)以及直管段(2)上靠近弯曲段(1)的部位设置的两个管嘴(3)构成的管体，其特征是管体为整体锻件的一体结构，弯曲段(1)通过模压成型，直管段(2)和管嘴(3)采用机加工成型，其中，D为管体外径。
2.如权利要求l所述的反应堆主管道热段弯管，其特征是两个管嘴 (3)分别设置在弯曲段(1)两端的直管段(2)上，两个管嘴(3)的轴线不在同一平面上
3.如权利要求l所述的主管道热段弯管，其特征是两个管嘴(3) 同时设置在弯曲段(1) 一端的直管段(2)上，两个管嘴(3)的轴线处于同一平面上。
4.如权利要求l、 2或3所述的反应堆主管道热段弯管，其特征是管 体采用超低碳不锈钢制作。
5.反应堆主管道热段弯管的制造方法，其特征是包括如下步骤A、 制作包括上模(4)、下模(5)和芯模的组合成型模具，芯模采用金属制作，芯模 填充管体内空间的填充率大于95%，其中，填充率为芯模体积与管内空间体积之比。B、 按照管体的各部分结构外形制作出直管状的管坯；C、 对管坯进行机加工，加工出管体内孔和外圆周、管嘴(3)内孔和外圆周。D、 将芯模装入管坯，然后置于上模(4)与下模(5)之间压制成型；E、 取出芯模，机加工管体两端的端面及其管嘴(3)的端面；F、 全表面抛光。
6.如权利要求5所述的反应堆主管道热段弯管的制造方法，其特征是 :在步骤和后进行超声波探伤。
7.如权利要求6所述的反应堆主管道热段弯管的制造方法，其特征是 :在步骤D后对整个管体进行固溶处理。
8.如权利要求7所述的反应堆主管道热段弯管的制造方法，其特征是:在步骤F后进行液体渗透检验和第二次超声波探伤。9如权利要求5、 6、 7或8所述的反应堆主管道热段弯管的制造方法 ，其特征是芯模填充管体内空间的填充率为97.5%。
全文摘要
本发明公开了一种用于第三代核电站的反应堆主管道热段弯管及其制造方法，可满足第三代核电站反应堆对该管的技术要求。该管包括弯曲半径R＝1.5D的弯曲段、设置在弯曲段两端的直管段以及直管段上靠近弯曲段的部位设置的两个管嘴构成的管体，管体为整体锻件的一体结构，弯曲段通过芯模填充管体的管内空间的体积大于95％的组合成型模具模压成型，直管段和管嘴采用机加工成型。可满足主管道热段弯管的技术要求，保证管体的金属组织和性能，还降低了机加工难度，金属切削量少，极大的降低了加工制作难度和成本。整套模具没有加工难度，用一般的机加工设备就能制造，可应用于带有直管段和弯曲段的一体化大型管件的加工制作。
文档编号F16L43/00GK101251215SQ20081030074
公开日2008年8月27日 申请日期2008年3月27日 优先权日2008年3月27日
发明者志 刘, 刘志颖, 宋树康, 曾祥东, 邓林涛 申请人:二重集团(德阳)重型装备股份有限公司