核電站穩壓器封頭精鍛坯件的製作方法

2023-05-18 16:16:27 1

本實用新型涉及一種核電核島用壓力容器結構件，尤其涉及壓水堆核電站用核島穩壓器上封頭的鍛造坯件。

背景技術：

壓水堆核電站穩壓器又稱壓力平衡器，是用來控制反應堆系統壓力變化的設備，在正常運行時起平穩和保持壓力的作用，在發生事故時提供超壓保護。穩壓器裡設有加熱器和噴淋系統，當反應堆壓力過高時，噴灑冷水降溫，當堆內壓力低時，加熱器自動使水蒸發地增加壓力。因此穩定器是一個高壓容器，它由汽液兩相空間組成，其中上半部分為飽和蒸汽空間，下半部分是飽和水空間。在穩壓器的汽空間連通有噴淋器接管，以及卸壓閥和安全閥接管；該噴淋器接管以及卸壓閥和安全閥接管均安裝於噴淋器座上，噴淋器座則設置於穩壓器的上封頭上，在穩壓器的上封頭上還設置有用於安裝人孔組件的人孔座。

由於穩壓器屬於核反應堆壓力容器，常常處於高溫、高壓及高輻射環境中，而且穩壓器的壓力波動較為明顯，工作環境十分惡劣，很容易形成容器的壓力突變或者應力分布不均及應力集中，導致穩壓器容器體的疲勞、蠕變和損壞。現有穩壓器上封頭包括半球狀的封頭本體，在封頭本體的頂部分別設置有人孔座和噴淋管座，人孔座及其人孔的設置可使更換零部件更加方便地進出，而不會對穩壓器內壁造成磕傷；噴淋管座則主要用於安裝伸入穩壓器封頭內的噴淋連接管及其上的噴霧頭。核電站穩壓器不僅屬於大型板塊狀結構件，而且在半球冠上設置有用於安裝人孔組件和噴淋管組件的凸臺，要鍛造出具有整體結構的穩壓器封頭，必須先鍛造出具有初步結構的鍛造板坯件，然後再將鍛造板坯件衝壓成近終封頭成品。鍛造板坯在衝制過程中不僅板坯形狀及其上的凸臺位置均會發生相對移動，而且衝制過程中的金屬流向也會引起鍛件金屬組織結構的變化，因此合理設計鍛造板坯件的結構是獲得精確封頭近終產品的關鍵所在。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種核電站穩壓器封頭精鍛坯件，不僅結構設計合理，便於封頭的精確近終衝壓成型，而且鍛件組織均勻密實、金屬流線完整。

為了解決上述技術問題，本實用新型的核電站穩壓器封頭精鍛坯件，包括鍛坯本體，所述鍛坯本體呈圓板狀結構，在鍛坯本體的一面整體鍛造有人孔凸臺和噴淋管凸臺；人孔凸臺的中心偏離鍛坯本體的中心，人孔凸臺和噴淋管凸臺分離設置；在鍛坯本體的另一面鍛造為大錐角圓臺。

在上述結構中，由於整體鍛造於鍛坯本體上的人孔凸臺位置偏離鍛坯本體中心位置，該結構的鍛坯在衝製成球冠狀穩壓器封頭成品過程中，隨著鍛坯的衝壓變形和金屬組織的流動，人孔凸臺隨著形變位置移至成品封頭的頂端位置，與此同時鍛坯上的噴淋管凸臺也隨著形變位移至噴淋管接管座的設計位置，實現了多個具有不同方向、位置的凸臺穩壓器封頭的一步整體衝壓成型，不僅大大減少了成品封頭的切削加工量，節約了原材料，而且又最大限度地保證了鍛件金屬組織流線的完整性。又由於鍛坯本體的另一面鍛造為大錐角圓臺面，衝製成型過程中，衝頭作用於大錐角圓檯面上，在衝頭的衝制壓力作用下，鍛坯中部金屬會從中部流向周邊部，從而保證金屬流線的合理和半球冠狀封頭坯件厚度的近終一致，不僅有利於封頭後道的成型加工，而且使得鍛件的縱向力學性能和橫向力學性能均能保證得到顯著提高。又由於鍛坯本體上整體鍛造有人孔凸臺和噴淋管凸臺，整體鍛造成型保證了穩壓器封頭成品力學性能的極大提高，使之更能承受高溫高壓以及交變荷載和蒸汽渦流所形成的惡劣工況，有利於封頭工作應力的均勻化和運行安全性的提高；而且採用整體鍛造結構既進一步細化了金屬組織，又有利於人孔座和噴淋管座的準確成型，使得封頭本體和人孔座、噴淋管座之間的金屬流線順暢連貫，且最大限度地與鍛件外形相一致。本實用新型還具有結構緊湊，布局合理，鍛造性能優的優點。

本實用新型的進一步實施方式，所述人孔凸臺的中心與鍛坯本體的中心偏離量等於人孔凸臺與噴淋管凸臺半徑之和的（0.10—0.11）倍。該偏離量的選擇能確保衝制過程中鍛坯上人孔凸臺能準確地移動至成品預定位置，從而保證近終成品的準確成型。

本實用新型的優選實施方式，所述人孔凸臺和噴淋管凸臺均呈圓臺結構，所述圓臺的圓錐角為10°—15°。所述人孔凸臺噴淋管凸臺之間留有間隙而相互分離。該結構便於衝製成型，並且便於衝制脫模，方便成型加工。

本實用新型的進一步實施方式，所述人孔凸臺的中心位置設置有凸臺芯孔。所述人孔凸臺和噴淋管凸臺位於鍛坯本體的同一直徑上。便於準確衝製成型。

本實用新型的進一步實施方式，所述鍛坯本體的在大錐角圓臺的錐角為170°—175°。所述鍛坯本體上大錐角圓臺面的圓臺高h為鍛坯本體坯板厚度H的1/5—1/6。能更準確地實現封頭的近終衝壓成型，降低後期切削加工量，減少材料浪費。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型核電站穩壓器封頭精鍛坯件作進一步說明。

圖1是本實用新型核電站穩壓器封頭精鍛坯件一種具體實施方式的正視結構剖面示意圖；

圖2是圖1所示實施方式的俯視方向的結構示意圖；

圖3是圖1所示實施方式的仰視方向的結構示意圖。

圖中，1—鍛坯本體、2—人孔凸臺、3—凸臺芯孔、4—噴淋管凸臺。

具體實施方式

如圖1、圖2及圖3所示的穩壓器封頭精鍛坯件，該穩壓器封頭精鍛坯件的鍛坯本體1呈圓板狀結構，圓板的直徑φ=2500mm，圓板的板厚H=160 mm。在鍛坯本體1的一面整體鍛造有人孔凸臺2和噴淋管凸臺4。人孔凸臺2和噴淋管凸臺4具有相同的高度B。

人孔凸臺2為一圓臺結構，該圓臺的圓錐角α=12°即在同一截面上兩根圓臺母線之間的夾角等於12°，圓臺頂圓的直徑為750mm，圓臺高度B=300mm。衝壓成型後人孔凸臺的圓臺應位於封頭成品球冠的頂點位置，由於受鍛坯本體1上人孔凸臺和噴淋管凸臺的共同影響，衝壓中鍛坯本體1的噴淋管凸臺一側與其另一側的衝壓變形量並不相同，因此精鍛坯件上的人孔凸臺並不能位於精鍛坯件的中心位置，而應保持一定的偏離量Δ，且該偏離量Δ應向噴淋管凸臺所在側的相對另一側偏離，其偏離量Δ應控制在人孔凸臺2和噴淋管凸臺4兩者半徑2之和的0.10—0.11倍之間，此處人孔凸臺2和噴淋管凸臺4的半徑為對應圓臺的頂圓半徑。本實例中偏離量Δ=60 mm。在鍛坯本體1的中心位置設有凸臺芯孔3，該凸臺芯孔3有利於人孔凸臺上人孔的最終衝壓成型。

噴淋管凸臺4也為一圓臺結構，該圓臺的圓錐角α=12°，圓臺頂圓的直徑為400 mm，圓臺高度B=300 mm，人孔凸臺2和噴淋管凸臺4的圓臺中心距為650 mm，因而人孔凸臺2和噴淋管凸臺4之間留有間隙而相互分離設置，這樣既符合最終產品的位置設計要求，又有利於鍛造和衝壓成型。人孔凸臺2和噴淋管凸臺4位於鍛坯本體1的同一直徑上。人孔凸臺2和噴淋管凸臺4的圓臺錐角應控制在10°—15°之間。

在鍛坯本體1的另一面上整體鍛造有大錐角圓臺，該大錐角圓臺的中心線與鍛坯本體1的中心線共線。大錐角圓臺的圓錐角應控制在170°—175°之間，大錐角圓臺的圓臺高度h應控制在鍛坯本體1坯板厚度H的1/5—1/6之間。本實例中，大錐角圓臺的圓錐角為175°，高度h=29mm。

上述僅舉出了本實用新型的優選實施方式，但本和新型並不限於此，凡根據本實用新型所作出的等效變換，均應落入本實用新型的保護範圍內。