CN103658208A - 核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，包括：选取核电主蒸汽超级管道的管坯；在管坯上加工出预制孔；将管坯安装在底胎的定位凹槽内，并使预制孔朝上放置；安装动力部件、凸模、上模和加热部件并使上模内用于成形管嘴的模制孔的轴线、加热部件的中心、预制孔的轴线和凸模的轴线在同一铅垂线上；控制加热部件对预制孔的变形区进行加热，到一定温度后移开加热部件并将上模下移贴合在管坯上；动力部件推动凸模向上运动顶拔变形区一次成形为管嘴。本发明提供的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺可在管坯上一小时内制成出管嘴，有效提高了管嘴成形效率。

Description

核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺

技术领域

本发明涉及核电设备领域，具体而言，涉及核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺。

背景技术

核电主蒸汽超级管道是核电二级管道，指反应堆安全壳外从主蒸汽管线的安全壳机械贯穿件起，至主蒸汽管线横向限制件下游第一道焊缝止的一段饱和蒸汽管道，内部输送8.5MPa的饱和蒸汽，设计温度为316℃。核电主蒸汽超级管道热工参数高，焊缝多，受力复杂，尤其在事故工况下所受冲击力大，为了确保核电站的安全，核电主蒸汽超级管道必须具有较高的安全性。为此对核电主蒸汽超级管道的设计，材料的选择，加工制造，以及试验，验收等方面提出特定的要求，其接管为整体成形的挤压式管嘴。

核电主蒸汽超级管道由四根管道组成，每根管道（即：核电主蒸汽超级管道）都包括主管、支管（即：管嘴），单根主管的长度约4.5m，管嘴包括四种规格，分别是1号管嘴：外径Φ243mm、壁厚23mm、高度45mm；2号管嘴：外径Φ89mm、壁厚8mm、高度30mm；3号管嘴：外径Φ114mm、壁厚9mm、高度35mm；4号管嘴：外径Φ168mm、壁厚15mm、高度41mm。由于管嘴在主管上一体挤压成形，首先，各个管嘴的尺寸设计必须满足RCC-M（RCC-M是法国《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》）中关于开孔补强的要求，其次，管嘴的力学性能不能低于母材的性能。

由于管道的管嘴与主管为一体成形，单根主管比较长，主管可以采用锻造、挤压或轧制成型，要求总锻造比必须大于3。根据所成形的管嘴尺寸，在主管上开出预制孔，然后再对预制孔周围局部区域加热，利用工装模具成形对应管嘴。

相关技术采用的管嘴制造工艺为：材料采购和复检——母管划线——加工管坯预制孔——调运、安装工装设备——第一次火焰加热变形区——借用压机，第一个凸模拉拔成形——第二次火焰加热变形区——借用压机，第二个凸模拉拔成形——第三次火焰加热变形区——借用压机，第三个凸模拉拔成形——第四次火焰加热变形区——借用压机，第四个凸模拉拔成形——第五次火焰加热整个管嘴——整形整个管嘴——检查管嘴。整个工艺成形一个管嘴流程长，所需时间长（近4小时），且流程复杂，管嘴加热次数和成形道次较多，对管嘴的冲击韧性影响较大，而且能源浪费较多，几次拉拔成形过程还影响到管嘴的精度，故还需要附加一道整形工艺。

发明内容

为解决上述技术问题或者至少之一，本发明提供了一种核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，能够一次成形核电主蒸汽超级管道的单个管嘴，成形后的管嘴尺寸规格、力学性能和晶粒度都满足技术要求；而且，一次成形与多次成形的工艺相比，工艺流程短（成形一个管嘴的时间不足1小时），而且不影响材料的冲击韧性，成形管嘴的精度也较高，此种工艺适合不同种规格的管嘴制作；另外，本工艺采用电磁感应加热或电接触加热的方法，还可大大提高加热效率，且该种方法热影响区小、氧化烧损较小。

有鉴于此，本发明提供了一种核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，包括：

步骤101，选取所述核电主蒸汽超级管道的管坯；

步骤103，在所述管坯上加工出φ50～φ100mm的预制孔；

步骤104，将所述管坯安装在底胎的定位凹槽内，并使所述预制孔朝上放置；将动力部件和凸模安装在所述管坯内所述预制孔的下方，且所述凸模位于所述动力部件和所述预制孔之间并固定在所述动力部件上；上模和加热部件置于所述预制孔的上方并上下布置；并使所述上模内用于成形所述管嘴的模制孔的轴线、所述加热部件的中心、所述预制孔的轴线和所述凸模的轴线在同一铅垂线上；

步骤105，控制所述加热部件对所述预制孔的变形区进行加热，使所述预制孔的变形区的温度在0～60min内升至750～1150℃之后，移开所述加热部件并将上模下移使所述上模贴合在所述管坯上；所述动力部件推动所述凸模向上运动沿所述上模内的所述模制孔顶拔所述预制孔的变形区，使所述预制孔的变形区一次成形为所述管嘴，所述凸模顶拔所述管坯时，所述预制孔变形区的变形速率不大于1/s，且所述预制孔变形区的变形量不小于25%。

本发明提供的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，能够一次拉拔成形核电主蒸汽超级管道的一个管嘴，成形后的管嘴尺寸规格、力学性能和晶粒度都满足技术要求；而且，一次成形与多次成形的工艺相比，工艺流程短（成形一个管嘴的时间不足1小时），而且不影响材料的冲击韧性，成形管嘴的精度也较高，此种工艺适合不同种规格的管嘴制作；另外，本工艺采用电磁感应加热或电接触加热的方法，还可大大提高加热效率，且该种方法热影响区小、氧化烧损较小。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤101和所述步骤103之间，还包括：步骤102，对选取的所述管坯的尺寸和力学性能参数进行复检，以保证制成的核电主蒸汽超级管道能够满足使用。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤105之后，还包括：步骤106，对成形的所述管嘴的表面质量、尺寸、力学性能参数、晶粒度进行检测，以及所述管嘴成形后对所述管坯管端内径的椭圆度进行检测，可进一步保证使用的核电主蒸汽超级管道的安全性能。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤102中，所述管坯的尺寸包括管坯的外径、壁厚和长度；所述管坯的力学性能参数包括抗拉强度、屈服强度和冲击韧性。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤106中，所述管嘴的表面质量包括裂纹、重叠、划痕、凹陷和凸起；所述管嘴的尺寸包括外径、壁厚、高度、内过渡圆角和外过渡圆角。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤102中，所述管坯的外径为φ813～φ816mm、厚度为46～49mm，所述管坯的抗拉强度为470～570MPa、屈服强度不小于275MPa、冲击韧性不小于60J；在所述步骤106中，所述管嘴的力学性能参数不低于所述管坯的力学性能参数，所述管嘴的晶粒度细于5级，所述管嘴成形后所述管坯管端内径的椭圆度小于0.5%。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤103中，先在所述管坯的外壁面上划线并标记所述预制孔的位置，再加工出所述预制孔，这样可精确定位预制孔的位置，且能够保证加工出的多个预制孔之间的公差在-1～1mm内。

根据本发明的一个实施例，所述上模上的定位凹槽、所述底胎上的定位凹槽均与所述管坯的外壁面相匹配，可保证所述管嘴成形后所述管坯椭圆度，所述凸模的外径尺寸与所述管嘴的内径尺寸相匹配、所述上模内的所述模制孔的内径尺寸与所述管嘴的外径尺寸相匹配，即：所述凸模伸入所述模制孔内之后，所述凸模与所述模制孔之间的距离与所述管嘴的壁厚相匹配。

根据本发明的一个实施例，所述加热部件采用电磁感应加热或电接触加热的方式加热，此种加热方式效率高而且节能环保，可有效缩短工艺流程以实现生产管嘴高效化，并可减小热影响区和氧化损耗。

根据本发明的一个实施例，所述动力部件为千斤顶或压机，可降低对动力部件的要求，并可降低能耗，以实现绿色环保的目的。

综上所述，本发明提供的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，能够一次成形核电主蒸汽超级管道的单个管嘴，成形后的管嘴尺寸规格、力学性能和晶粒度都满足技术要求；而且，一次成形与多次成形的工艺相比，工艺流程短（成形一个管嘴的时间不足1小时），而且不影响材料的冲击韧性，成形管嘴的精度也较高，此种工艺适合不同种规格的管嘴制作；另外，本工艺采用电磁感应加热或电接触加热的方法，还可大大提高加热效率，且该种方法热影响区小、氧化烧损较小。

附图说明

图1是本发明所述管坯上的预制孔轴线、加热部件中心、凸模轴线、上模内的预制孔轴线处于同一铅垂线上时的状态示意图；

图2是本发明核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺一实施例的流程图；

图3是本发明核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺另一实施例的流程图。

其中，图1中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1管坯，2加热部件，3底胎，4千斤顶，5凸模，6上模，7模制孔。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明提供的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，包括：

步骤101，选取核电主蒸汽超级管道的管坯；

步骤103，在管坯上加工出φ50～φ100mm的预制孔；

步骤104，将管坯安装在底胎的定位凹槽内，并使预制孔朝上放置；将动力部件和凸模安装在管坯内预制孔的下方，且凸模位于动力部件和预制孔之间并固定在动力部件上；上模和加热部件置于预制孔的上方并上下布置；并使上模内用于成形管嘴的模制孔7（如图1所示，上模内的虚线表示模制孔7）的轴线、加热部件的中心、预制孔的轴线和凸模的轴线在同一铅垂线上（其中，预制孔朝上正对模制孔7）；

步骤105，控制加热部件对预制孔的变形区进行加热，使预制孔的变形区的温度在0～60min内升至750～1150℃之后，移开加热部件并将上模下移使上模贴合在管坯上；动力部件推动凸模向上运动沿上模内的模制孔7顶拔预制孔的变形区，使预制孔的变形区一次成形为管嘴，凸模顶拔管坯时，预制孔的变形区的变形速率（“变形速率”是金属加工过程中单位时间内工件的平均变形程度。）不大于1/s，且预制孔的变形区的变形量不小于25%。

本发明提供的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，能够一次成形核电主蒸汽超级管道的单个管嘴，成形后的管嘴尺寸规格、力学性能和晶粒度都满足技术要求；而且，一次成形与多次成形的工艺相比，工艺流程短（成形一个管嘴的时间不足1小时），而且不影响材料的冲击韧性，成形管嘴的精度也较高，此种工艺适合不同种规格的管嘴制作；另外，本工艺采用电磁感应加热或电接触加热的方法，还可大大提高加热效率，且该种方法热影响区小、氧化烧损较小。

较优的，在步骤101和步骤103之间，还包括：步骤102，对选取的管坯的尺寸和力学性能参数进行复检，以保证制成的核电主蒸汽超级管道能够满足使用；

在步骤105之后，还包括：步骤106，对成形的管嘴的表面质量、尺寸、力学性能参数、晶粒度进行检测，以及管嘴成形后对管坯管端内径的椭圆度进行检测，可进一步保证使用的核电主蒸汽超级管道的安全性能。

其中，在步骤102中，管坯的尺寸包括管坯的外径、壁厚和长度；管坯的力学性能参数包括常温的抗拉强度、常温的屈服强度和0℃冲击韧性；

在步骤106中，管嘴的表面质量包括裂纹、重叠、划痕、凹陷和凸起；管嘴的尺寸包括外径、壁厚、高度、内过渡圆角和外过渡圆角。

优选地，在步骤102中，管坯的外径为φ813～φ816mm、厚度为46～49mm，管坯的抗拉强度为470～570MPA、屈服强度不小于275MPA、冲击韧性不小于60J；在步骤106中，管嘴的力学性能参数不低于管坯的力学性能参数，管嘴的晶粒度细于5级，管嘴成形后管坯管端内径的椭圆度小于0.5%。

在步骤103中，先在管坯的外壁面上划线并标记预制孔的位置，再加工出预制孔，这样可精确定位预制孔的位置，且能够保证加工出的多个预制孔之间的公差在-1～1mm内。

另外，上模上的定位凹槽、底胎上的定位凹槽均与管坯的外壁面相匹配，可保证管嘴成形后管坯管端内径的椭圆度，凸模的外径尺寸与管嘴的内径尺寸相匹配、上模内的模制孔7的内径尺寸与管嘴的外径尺寸相匹配，即：凸模伸入模制孔7内之后，凸模与模制孔7之间的距离与管嘴的壁厚相匹配。

优选地，加热部件可采用电磁感应加热或电接触加热的方式加热，此种加热方式效率高而且节能环保，可有效缩短工艺流程以实现生产管嘴高效化，并可减小热影响区和氧化损耗；动力部件可以是千斤顶或压机，这样，可降低对动力部件的要求，并可降低能耗，以实现绿色环保的目的。

如图2所示，本发明提供的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺具体可以是，包括：

步骤201，选取核电主蒸汽超级管道的管坯1；

步骤202，对选取的管坯1的外径、壁厚和长度，以及抗拉强度、屈服强度和冲击韧性进行检测；

步骤203，先在管坯1的外壁面上划线并标记预制孔的位置，再加工出φ50～φ100mm的预制孔；

步骤204，将管坯1安装在底胎3的定位凹槽内，并使预制孔朝上放置；将动力部件和凸模5安装在管坯1内预制孔的下方，且凸模5位于动力部件和预制孔之间并固定在动力部件上；上模和加热部件2置于预制孔的上方并上下布置；并使上模6内用于成形管嘴的模制孔7的轴线、加热部件2的中心、预制孔的轴线和凸模5的轴线在同一铅垂线上（如图1中的单点画线所示）；

步骤205，控制加热部件2对预制孔的变形区进行加热，使预制孔的变形区的温度在0～60min内升至750～1150℃之后，移开加热部件2并将上模6下移（图1中箭头为上模下移方向）使上模6贴合在管坯1上；动力部件推动凸模5向上运动沿上模6内的模制孔7顶拔预制孔的变形区，使预制孔的变形区一次成形为管嘴，凸模5顶拔管坯1时，预制孔的变形区的变形速率不大于1/s，且预制孔的变形区的变形量不小于25%；

步骤206，对成形的管嘴的表面质量、尺寸、力学性能参数、晶粒度进行检测。

采用本发明提供的该核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺的方法制造1号管嘴的一个实施例为：

首先，购买外径Φ813～Φ816mm，壁厚46～49mm，长度4100mm的管坯1，并复检管坯1，复检后测得其外径为Φ814mm，厚度47mm，长度接近4100mm，常温的抗拉强度为500MPa，常温的屈服强度为300MPa，0℃的冲击韧性为120J，以上均满足要求；然后，沿管坯1的母线进行划线同时标记各个预制孔的位置，使各个标记的预制孔的位置公差控制到±1mm以内，并按标记位置钻φ95mm的预制孔，并复检各个预制孔的位置使其公差在-1～1mm以内（本实施例中复检后的公差基本为±0.7mm）；然后，调运并定位所需要的电磁感应式加热设备的加热部件2以及底胎3、上模6、凸模5、千斤顶4等工装设备，并使加热部件2的加热中心、模制孔7的轴线、凸模5的轴线和预制孔的轴线在同一铅垂线上（如图1的单点画线所示）；启动加热部件2，加热预制孔的变形区，加热35min后预制孔的变形区的温度达到了1150℃，移开加热部件2并将上模6下移使上模6贴合在管坯1的上壁面上，启动千斤顶4通过凸模5顶拔预制孔的变形区一次成形管嘴；管嘴成形后卸载上模6、凸模5和千斤顶4；最后，检查和测量管嘴，管嘴无裂纹、重叠、划痕、凹陷和凸起等缺陷，管嘴的外径为φ243mm（满足φ243～φ246mm），厚度为23mm（满足23～25mm），高度为45mm（满足45～50mm），轴向内过渡圆角半径为30mm（满足25～35mm），轴向外过渡圆角半径为25mm（满足15～25mm），径向内、外过渡圆角半径为70mm（满足60～70mm），抗拉强度为510MPa，屈服强度为300MPa，冲击韧性为125J，晶粒度为8级，管嘴成形后管坯1管端内径椭圆度的0.3%，制成的管嘴满足RCC-M关于管坯1开孔补强的要求，满足核电主蒸汽超级管道的使用要求，而且制成一个管嘴的时间不足一小时。

本申请管坯1上的多个管嘴可通过多组工装模具一次制成，也可以是通过一组工装模具依次制成。

综上所述，本发明提供的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，能够一次成形核电主蒸汽超级管道的单个管嘴，成形后的管嘴尺寸规格、力学性能和晶粒度都满足技术要求；而且，一次成形与多次成形的工艺相比，工艺流程短，而且不影响材料的冲击韧性，成形管嘴的精度也较高，此种工艺适合不同种规格的管嘴制作；另外，本工艺采用电磁感应加热或电接触加热的方法，还可大大提高加热效率，且该种方法热影响区小、氧化烧损较小。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，其特征在于，包括：

步骤101，选取所述核电主蒸汽超级管道的管坯；

步骤103，在所述管坯上加工出φ50～φ100mm的预制孔；

步骤104，将所述管坯安装在底胎的定位凹槽内，并使所述预制孔朝上放置；将动力部件和凸模安装在所述管坯内所述预制孔的下方，且所述凸模位于所述动力部件和所述预制孔之间并固定在所述动力部件上；上模和加热部件置于所述预制孔的上方并上下布置；并使所述上模内用于成形所述管嘴的模制孔的轴线、所述加热部件的中心、所述预制孔的轴线和所述凸模的轴线在同一铅垂线上；

步骤105，控制所述加热部件对所述预制孔的变形区进行加热，使所述预制孔的变形区的温度在0～60min内升至750～1150℃之后，移开所述加热部件并将上模下移使所述上模贴合在所述管坯上；所述动力部件推动所述凸模向上运动沿所述上模内的所述模制孔顶拔所述预制孔的变形区，使所述预制孔的变形区一次成形为所述管嘴，所述凸模顶拔所述管坯时，所述预制孔的变形区的变形速率不大于1/s，且所述预制孔的变形区的变形量不小于25%。

2.根据权利要求1所述的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，其特征在于，在所述步骤101和所述步骤103之间，还包括：

步骤102，对选取的所述管坯的尺寸和力学性能参数进行复检。

3.根据权利要求2所述的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，其特征在于，在所述步骤105之后，还包括：

步骤106，对成形的所述管嘴的表面质量、尺寸、力学性能参数、晶粒度进行检测，以及所述管嘴成形后对所述管坯管端内径的椭圆度进行检测。

4.根据权利要求3所述的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，其特征在于，

在所述步骤102中，所述管坯的尺寸包括管坯的外径、壁厚和长度；所述管坯的力学性能参数包括抗拉强度、屈服强度和冲击韧性。

5.根据权利要求4所述的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，其特征在于，

在所述步骤106中，所述管嘴的表面质量包括裂纹、重叠、划痕、凹陷和凸起；所述管嘴的尺寸包括外径、壁厚、高度、内过渡圆角和外过渡圆角。

6.根据权利要求5所述的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，其特征在于，

在所述步骤102中，所述管坯的外径为φ813～φ816mm、厚度为46～49mm，所述管坯的抗拉强度为470～570MPa、屈服强度不小于275MPa、冲击韧性不小于60J；

在所述步骤106中，所述管嘴的力学性能参数不低于所述管坯的力学性能参数，所述管嘴的晶粒度细于5级，所述管嘴成形后所述管坯管端内径的椭圆度小于0.5%。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，其特征在于，

在所述步骤103中，先在所述管坯的外壁面上划线并标记所述预制孔的位置，再加工出所述预制孔。

8.根据权利要求7所述的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，其特征在于，

所述上模上的定位凹槽、所述底胎上的定位凹槽均与所述管坯的外壁面相匹配，所述凸模的外径尺寸与所述管嘴的内径尺寸相匹配、所述上模内的所述模制孔的内径尺寸与所述管嘴的外径尺寸相匹配。

9.根据权利要求8所述的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，其特征在于，

所述加热部件采用电磁感应加热或电接触加热的方式加热。

10.根据权利要求8所述的核电主蒸汽超级管道的管嘴一次成形工艺，其特征在于，

所述动力部件为千斤顶或压机。

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