CN104550623B - 核反应堆压力容器大型顶盖封头的整体仿形锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核反应堆压力容器大型顶盖封头的整体仿形锻造方法，即本方法确定整体顶盖封头的特征尺寸参数，根据参数分别制作预制坯料时的专用锤头和凹模以及旋转锻造的凹模圈和下模定位盘，锻造预制坯料时，依次安装凹模、凹模圈、下模定位盘和专用锤头并保证对中，坯料在凹模内镦粗至坯料上端面距凹模定位盘下端面一定高度时停止，坯料在凹模内镦粗总压下行程为△H=900；对坯料进行旋转锻造，当坯料上端面距下模定位盘下端面高度为△H2=2950～3000mm、专用锤头最大行程1500mm时，停止旋转锻造，测量坯料尺寸，得到整体顶盖封头成品。本方法实现整体顶盖封头整体仿形近净成形锻造，降低劳动强度，提高生产效率，保证产品质量。

Description

核反应堆压力容器大型顶盖封头的整体仿形锻造方法

技术领域

本发明涉及一种核反应堆压力容器大型顶盖封头的整体仿形锻造方法。

背景技术

一般核反应堆压力容器大型顶盖封头带有堆芯测量接管及厚壁法兰，在传统制造工艺中，堆芯测量接管采用在顶盖近底部的位置经过堆焊和机加工获得；堆焊工作量非常大，在堆焊过程中要对顶盖锻件反复进行预热和焊后热处理，大幅延长生产周期，提高劳动强度，降低生产效率；同时反复加热对顶盖锻件的机械性能带来潜在风险。另外厚壁法兰尺寸与顶盖封头壁厚尺寸变化剧烈，这样在锻造变形过程中金属流动状态难于控制，锻件的饱满程度与余量的最小化控制形成矛盾，要实现带有堆芯测量接管及厚壁法兰的大型顶盖封头整体仿形近净成形锻造就变得极为困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种核反应堆压力容器大型顶盖封头的整体仿形锻造方法，本方法克服了传统顶盖封头锻造的缺陷，实现顶盖封头整体仿形近净成形锻造，降低了劳动强度，提高了生产效率，保证了顶盖封头的产品质量。

为解决上述技术问题，本发明核反应堆压力容器大型顶盖封头的整体仿形锻造方法包括如下步骤：

步骤一、确定整体顶盖封头的特征尺寸参数，堆芯测量接管环带中心距D1、堆芯测量接管环带宽T2、堆芯测量接管管环带高H2、法兰外径直径D3、法兰内径直径D2，法兰高H1、封头球面内径半径SR1、封头壁厚T1、封头外球面顶高H3和封头内球面顶高H4；

步骤二、制作预制坯料时的专用锤头和凹模，专用锤头形状为多边形柱体结构，用于锻造大型顶盖封头锻件的内球面，专用锤头按顶盖封头球面内径半径SR1和法兰内径直径D2的尺寸制造，其中专用锤头高度为SR1+200mm、锤头球面半径为SR1、锤头顶面长度为D2；凹模形状为凹字形的圆饼类结构，用于锻造大型顶盖封头锻件的球顶外球面，凹模按堆芯测量接管环带中心距D1、法兰外径直径D3、封头球面内径SR1和封头壁厚T1的尺寸制造，其中凹模底面外径直径为D3、凹模肩部直径为D3-450mm、凹模堆芯测量接管环带中心距为D1、凹模堆芯测量接管环带宽为T2、凹模球面半径为SR1+T1、凹模底面距凹模球面中心高度为SR1+T1+300mm；

步骤三、制作用于旋转锻造的凹模圈和下模定位盘，凹模圈形状为筒形结构，用于锻造大型顶盖封头锻件的法兰外表面，凹模圈按顶盖封头法兰高H1、封头外球面顶高H3和法兰外径直径D3尺寸制造，其中凹模圈外径直径为D3+500mm、凹模圈内径直径为D3、凹模圈高度为H3+150mm、凹模圈内径在高度为H1处扩径3°；下模定位盘形状为带有凸台的圆饼类结构，用于支撑和定位凹模圈，下模定位盘按顶盖封头法兰外径直径D3尺寸制造并与凹模圈匹配，其中下模定位盘外径为D3+500mm、下模定位盘底面内凹圆台直径为D3-250mm、下模定位盘顶面凸台直径为790mm、凸台高度为200mm；

步骤四、锻造预制坯料时，来料尺寸φ3800mm×2750mm，锻造前在水压机工作台面上安装凹模和下模定位盘，并保证对中，坯料在加热炉温度1250℃±20℃下加热，将坯料垂直吊至凹模中，用水压机镦粗坯料，坯料在凹模内镦粗至坯料上端面距下模定位盘下端面高度为2500～2550mm时停止，坯料在凹模内镦粗总压下行程为△H＝900mm；

步骤五、在水压机工作台面上依次安装凹模、凹模圈、下模定位盘，水压机活动横梁设置专用锤头，并保证各部件对中。镦粗坯料在加热炉温度1250℃±20℃下加热，将镦粗坯料吊至凹模内，采用专用锤头对坯料进行旋转锻造，当坯料上端面距下模定位盘下端面高度为△H2＝2950～3000mm、专用锤头最大行程1500mm时，停止旋转锻造，测量坯料尺寸，得到顶盖封头成品。

由于本发明核反应堆压力容器大型顶盖封头的整体仿形锻造方法采用了上述技术方案，即本方法首先确定整体顶盖封头的特征尺寸参数，根据特征尺寸参数分别制作预制坯料时的专用锤头和凹模以及旋转锻造的凹模圈和下模定位盘，锻造预制坯料时，依次安装凹模、凹模圈、下模定位盘和专用锤头并保证对中，坯料在凹模内镦粗至坯料上端面距凹模定位盘下端面一定高度时停止，坯料在凹模内镦粗总压下行程为△H＝900；对坯料进行旋转锻造，当坯料上端面距下模定位盘下端面高度为△H2＝2950～3000mm、专用锤头最大行程1500mm时，停止旋转锻造，测量坯料尺寸，得到顶盖封头成品。本方法克服了传统顶盖封头锻造的缺陷，实现顶盖封头整体仿形近净成形锻造，降低了劳动强度，提高了生产效率，保证了顶盖封头的产品质量。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为核反应堆压力容器大型顶盖封头的结构示意图；

图2为本方法中预制坯料专用锤头的结构示意图；

图3为图2的侧视图；

图4为本方法中预制坯料凹模的结构示意图；

图5为本方法中旋转锻造凹模圈的结构示意图；

图6为本方法中旋转锻造下模定位盘的结构示意图。

具体实施方式

本发明核反应堆压力容器大型顶盖封头的整体仿形锻造方法包括如下步骤：

步骤一、如图1所示，确定整体顶盖封头1的特征尺寸参数，堆芯测量接管11环带中心距D1、堆芯测量接管11环带宽T2、堆芯测量接管11环带高H2、法兰12外径直径D3、法兰12内径直径D2，法兰12高H1、封头13球面内径半径SR1、封头13壁厚T1、封头13外球面顶高H3和封头13内球面顶高H4；

步骤二、如图2、图3和图4所示，制作预制坯料时的专用锤头2和凹模3，专用锤头2形状为多边形柱体结构，用于锻造大型顶盖封头锻件的内球面，专用锤头2按顶盖封头球面内径半径SR1和法兰内径直径D2的尺寸制造，其中专用锤头2高度为SR1+200mm、锤头球面21半径为SR1、锤头顶面长度为D2；凹模3形状为凹字形的圆饼类结构，用于锻造大型顶盖封头锻件的球顶外球面，凹模3按堆芯测量接管环带中心距D1、法兰外径直径D3、封头球面内径SR1和封头壁厚T1的尺寸制造，其中凹模3底面外径直径为D3、凹模肩部31直径为D3-450mm、凹模堆芯测量接管32环带中心距为D1、凹模堆芯测量接管32环带宽为T2、凹模3球面半径为SR1+T1、凹模3底面距凹模3球面中心高度为SR1+T1+300mm；

步骤三、制作用于旋转锻造的凹模圈4和下模定位盘5，凹模圈4形状为筒形结构，用于锻造大型顶盖封头锻件的法兰外表面，凹模圈4按顶盖封头法兰高H1、封头外球面顶高H3和法兰外径直径D3尺寸制造，其中凹模圈4外径直径为D3+500mm、凹模圈4内径直径为D3、凹模圈4高度为H3+150mm、凹模圈4内径在高度为H1处扩径3°；下模定位盘5形状为带有凸台的圆饼类结构，用于支撑和定位凹模圈4，下模定位盘5按顶盖封头法兰外径直径D3尺寸制造并与凹模圈4匹配，其中下模定位盘5外径为D3+500mm、下模定位盘5底面内凹圆台51直径为D3-250mm、下模定位盘5顶面凸台52直径为790mm、凸台52高度为200mm；

步骤四、锻造预制坯料时，来料尺寸φ3800mm×2750mm，锻造前在水压机工作台面上安装凹模3和下模定位盘5，并保证对中，坯料在加热炉温度1250℃±20℃下加热，将坯料垂直吊至凹模3中，用水压机镦粗坯料，坯料在凹模3内镦粗至坯料上端面距下模定位盘5下端面高度为2500～2550mm时停止，坯料在凹模3内镦粗总压下行程为△H＝900mm；

步骤五、在水压机工作台面上依次安装凹模3、凹模圈4、下模定位盘5，水压机活动横梁设置专用锤头2，并保证各部件对中。镦粗坯料在加热炉温度1250℃±20℃下加热，将镦粗坯料吊至凹模3内，采用专用锤头2对坯料进行旋转锻造，当坯料上端面距下模定位盘5下端面高度为△H2＝2950～3000mm、专用锤头2最大行程1500mm时，停止旋转锻造，测量坯料尺寸，得到顶盖封头成品。

本方法设计了锻件的形状结构，将堆芯测量接管、厚壁法兰和大型封头合成一体，将顶盖封头底部区域的堆芯测量接管作为一环形凸台处理，通过合理设计模具，解决了带有堆芯测量接管及厚壁法兰的大型顶盖封头一体化锻件饱满程度与余量最小化控制成形的矛盾，实现带有堆芯测量接管及厚壁法兰的大型顶盖封头一体化锻件的近净成形锻造，满足整体顶盖封头一体化锻件进行精加工尺寸要求的，提高了核反应堆一体化整体顶盖封头锻件的安全性，缩短了制造周期、提高了生产效率，减少钢锭消耗和焊接工作。

Claims (1)

1.一种核反应堆压力容器大型顶盖封头的整体仿形锻造方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、确定整体顶盖封头的特征尺寸参数，堆芯测量接管环带中心距D1、堆芯测量接管环带宽T2、堆芯测量接管环带高H2、法兰外径直径D3、法兰内径直径D2，法兰高H1、封头球面内径半径SR1、封头壁厚T1、封头外球面顶高H3和封头内球面顶高H4；

步骤二、制作预制坯料时的专用锤头和凹模，专用锤头形状为多边形柱体结构，用于锻造大型顶盖封头锻件的内球面，专用锤头按顶盖封头球面内径半径SR1和法兰内径直径D2的尺寸制造，其中专用锤头高度为SR1+200mm、锤头球面半径为SR1、锤头顶面长度为D2；凹模形状为凹字形的圆饼类结构，用于锻造大型顶盖封头锻件的球顶外球面，凹模按堆芯测量接管环带中心距D1、法兰外径直径D3、封头球面内径SR1和封头壁厚T1的尺寸制造，其中凹模底面外径直径为D3、凹模肩部直径为D3-450mm、凹模堆芯测量接管环带中心距为D1、凹模堆芯测量接管环带宽为T2、凹模球面半径为SR1+T1、凹模底面距凹模球面中心高度为SR1+T1+300mm；

步骤三、制作用于旋转锻造的凹模圈和下模定位盘，凹模圈形状为筒形结构，用于锻造大型顶盖封头锻件的法兰外表面，凹模圈按顶盖封头法兰高H1、封头外球面顶高H3和法兰外径直径D3尺寸制造，其中凹模圈外径直径为D3+500mm、凹模圈内径直径为D3、凹模圈高度为H3+150mm、凹模圈内径在高度为H1处扩径3°；下模定位盘形状为带有凸台的圆饼类结构，用于支撑和定位凹模圈，下模定位盘按顶盖封头法兰外径直径D3尺寸制造并与凹模圈匹配，其中下模定位盘外径为D3+500mm、下模定位盘底面内凹圆台直径为D3-250mm、下模定位盘顶面凸台直径为790mm、凸台高度为200mm；

步骤四、锻造预制坯料时，来料尺寸φ3800mm×2750mm，锻造前在水压机工作台面上安装凹模和下模定位盘，并保证对中，坯料在加热炉温度1250℃±20℃下加热，将坯料垂直吊至凹模中，用水压机镦粗坯料，坯料在凹模内镦粗至坯料上端面距下模定位盘下端面高度为2500～2550mm时停止，坯料在凹模内镦粗总压下行程为△H＝900mm；

步骤五、在水压机工作台面上依次安装凹模、凹模圈、下模定位盘，水压机活动横梁设置专用锤头，并保证各部件对中，镦粗坯料在加热炉温度1250℃±20℃下加热，将镦粗坯料吊至凹模内，采用专用锤头对坯料进行旋转锻造，当坯料上端面距下模定位盘下端面高度为△H2＝2950～3000mm、专用锤头最大行程1500mm时，停止旋转锻造，测量坯料尺寸，得到顶盖封头成品。