CN108326075A - 核电快堆压力管三通的冷成形工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种核电快堆压力管三通的冷成形工艺，包括领料、下料斜切端口、180°弯头挤压成形、无损检测、第一次固溶处理、一级变形、多级变形、三通液压胀形、三通支管中心距校准、固溶退火、精整、三通管口机加工。本发明采用冷轧无缝钢管整体成形，无焊缝；采用上下模及液压胀形的方法，使三通成形精度高，表面质量好；冷成形后作固溶处理，能细化晶粒，提高材料的韧性及抗高温蠕变的能力，解决了核电快堆压力管三通成形的难题；冷成形比热成形更能保证材质性能及晶粒的均匀，有助于细化晶粒，提高成形尺寸精度及表面精度，提高材料的韧性及抗疲劳性能。
Description
技术领域
本发明涉及原子能领域，特别涉及核电快堆压力管三通的冷成形工艺。
背景技术
原子能快堆项目中，压力管用于连接一回路钠泵支承出口与反应堆大栅板联箱，为冷却钠液提供流道，是一回路主冷却系统流道的一部分。
压力管正常工作温度为358℃，事故最高温度为470℃，安全等级为2级，规范等级为NC，质保等级为QA1级，抗震类别为Ⅰ类。设计压力0.638MPa（表压力）。载荷包含自重、压力、温度、流体载荷、泵致振动载荷和流致振动载荷。
压力管部件主要由三通、三维弯管等组成，三通形似裤衩形，有的三通材质为316H，大端外径为Φ1250mm，小端外径为Φ740mm。
目前，在核电主管道制造领域，还没有科学、合理的核电快堆压力管三通冷成形工艺。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术中存在制作核电快堆压力管中三通工艺的问题，提供一种无焊缝、成形精度高、能保证材质性质及晶粒均匀的核电快堆压力管三通冷成形工艺。
一种核电快堆压力管三通的冷成形工艺，包括以下步骤：
（1） 领料：准备一根冷轧无缝钢管。
（2）下料斜切端口：斜切冷轧无缝钢管的二个端口。
（3）180°弯头挤压成形：将弯头挤压模牢固安装在油缸工作区，保证弯头挤压模腔与油缸的合力推杆同轴，再将弯头挤压模的内腔均匀刷上润滑油并在斜切端口后的冷轧无缝钢管外包装液体薄膜，然后再将包装液体薄膜后的冷轧无缝钢管推入弯头挤压模中就位。
以油缸推杆逐步推进冷轧无缝钢管，推进到一定处，停止推进，然后从小到大依次放入牵引球，在推进过程中牵引球挤压冷轧无缝钢管的内壁、使冷轧无缝钢管的内壁与弯头挤压模腔贴合，即弯头通球整形。
弯头推进到一定位置时，同样让牵引球按从小到大的顺序循环工作；
直至180°弯头全部成形后，退出全部牵引球；
再用脱模钢球前置进行脱模。
（4）无损检测：对成形后的180°弯头进行外观检查后，按NB/T20003-2010 《核岛机械设备无损检测》对成形后的180°弯头作100%渗透检测及超声检测。
（5）第一次固溶处理：对无损检测后的180°弯头作固溶处理。
（6）一级变形：先将第一次固溶处理后的180°弯头平放在四柱液压机工作台上，下压一段距离，使其端口附近横截面变为椭圆形，便于入模。再将一级变形三通下模安装在四柱液压机工作台上，一级变形三通上模与四柱液压机活动横梁相连，合模定位后固定一级变形三通下模。
然后将一级变形三通上模和一级变形三通下模的内腔均匀刷上润滑油，再将180°弯头外包装液体薄膜，然后再将包装液体薄膜的180°弯头安放在一级变形三通下模中就位。工作时一级变形三通上模向下运动，先将180°弯头的二支管管口缩小，再使用数控龙门铣床加工180°弯头的二个管口，使其达到工序尺寸所需厚度。
在数控龙门铣床加工后的180°弯头两端焊接二个一级变形工艺封头，通过接头体向180°弯头内注满导热油，在接头体外安装二块压力表及调压阀。
再将焊好一级变形工艺封头的180°弯头安放到一级变形三通下模中，在四柱液压机的作用下，一级变形三通上模向下运动，压紧180°弯头入模，并利用液体的不可压缩性，能将一级变形三通上模的压力传递到另一侧的180°弯头主管口位置，由于一级变形三通上模和一级变形三通下模的空间限位，180°弯头内导热油产生的压强使金属材料向180°弯头主孔纵深方向流动，直到一级变形三通上模和一级变形三通下模合模。然后用液压试压泵对180°弯头内的导热油加压，使180°弯头在导热油的压力下与一级变形三通上模和一级变形三通下模构成的型腔贴合，形成一级变形三通。一级变形三通成形后，用锯床切割去掉二个一级变形工艺封头。
（7）多级变形：依次循环，重复步骤5）和6）的方法对去掉一级变形工艺封头后的一级变形三通做二级变形处理，得到二级变形三通，依次类推，得到达到工艺所需尺寸的多级变形三通，多级变形三通无需切掉多级变形三通的二个多级变形工艺封头。
（8）三通液压胀形；将多级变形三通下模安装在四柱液压机工作台上，多级变形三通上模与四柱液压机的活动横梁固定，合模定位后固定多级变形三通下模。
然后在多级变形三通下模和多级变形三通上模的内腔均匀刷上润滑液，在多级变形三通外包装液体薄膜。
再将包装液体薄膜的多级变形三通连同其焊接的多级变形工艺封头一起安放在多级变形三通下模中就位，油缸推进，带动多级变形三通上模运动，压制到合模位置。再通过液压试压泵加压，使材料充满多级变形三通上模和多级变形三通下模形成的模腔，并使多级变形三通的主管进一步凸出，通过三通液压胀形，形成有帽三通。用锯床切割掉成形后有帽三通的二个多级变形工艺封头和有帽三通主管的帽头，得到三通。
（9）三通支管中心距校准：利用三通支管中心距模，在四柱液压机的油缸推力下，通过三通支管中心距模的导向深入三通的两支管口校准中心距，使得三通的支管中心距能满足设计要求。
（10）固溶退火：利用热处理炉对校准中心距后的三通作固溶退火。
（11）精整：固溶退火后，采用精整模对三通各尺寸精整，使其满足设计要求。
（12）三通管口机加工：采用镗床、龙门数控铣床和三通装夹压块加工三通的主管端和二支管端坡口，使得三通达到所需尺寸。
在其中一个实施例中，所述的弯头挤压模采用内腔精密铸造，包括弯头挤压模上模、弯头挤压模下模，第一榫槽、销柱。所述弯头挤压模上模通过第一榫槽和销柱与所述弯头挤压模下模相连。
在其中一个实施例中，步骤6）中的一级变形三通下模内设有内窥镜或监控摄像头，用来观察材料变形情况。
在其中一个实施例中，步骤9）中的三通支管中心距模包括二根销轴和底板，所述二根销轴对称设置在所述底板上，利用三通支管中心距模，在四柱液压机的油缸推力下，通过销轴的导向深入三通的两支管口校准中心距，使得三通的支管中心距能满足设计要求。
本发明的优点及其有益效果
1、本发明采用冷轧无缝钢管整体成形，无焊缝。
2、本发明采用液压胀形的方法，使三通成形精度高，表面质量好。
3、本发明冷成形后作固溶处理，能细化晶粒，提高材料的韧性及抗高温蠕变的能力，解决了核电快堆压力管三通成形的难题。
4、本发明冷成形比热成形更能保证材质性能及晶粒的均匀，有助于细化晶粒，提高成形尺寸精度及表面精度，提高材料的韧性及抗疲劳性能。
附图说明
图1为三通的结构示意图。
图2为斜切端口后的冷轧无缝钢管结构示意图。
图3为弯头挤压模的结构示意图。
图4为弯头挤压模上模的结构示意图。
图5为弯头挤压模下模的结构示意图。
图6为冷轧无缝钢管在弯头挤压模内的状态图。
图7为牵引球挤压冷轧无缝钢管内壁的状态图。
图8为脱模钢球脱模的状态图。
图9为180°弯头成形的结构示意图。
图10为φ914三通下模的结构示意图。
图11为φ914三通上模的结构示意图。
图12为φ914三通成形合模的状态图。
图13为φ914三通的结构示意图。
图14为φ740三通成形的状态图。
图15为液压胀形后形成有帽三通的状态图。
图16为有帽三通结构示意图。
图17为三通支管中心距模的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实现，本领域的技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似的改进，因此本发明不受公开的具体实施例的限制。
实施例1
本实施例制作的三通大端外径为Φ1250mm，小端外径为Φ740mm。
一种核电快堆压力管三通的冷成形工艺，包括以下步骤：
1）领料：准备一根规格为φ1118×40冷轧无缝钢管2。
（2）下料斜切端口：斜切冷轧无缝钢管2的二个端口，如图2所示，使得前口斜切面与冷轧无缝钢管轴线夹角为65°，且后口斜截面与冷轧无缝钢管轴线夹角为35°，后口留有弦高为一定值的横截面。
（3）如图3至9，180°弯头5挤压成形：将弯头挤压模3牢固安装在油缸工作区，保证弯头挤压模3腔与油缸的合力推杆同轴，再将弯头挤压模3的内腔均匀刷上润滑油并在斜切端口后的冷轧无缝钢管2外包装液体薄膜，然后再将包装液体薄膜后的冷轧无缝钢管2推入弯头挤压模3中就位。
以油缸推杆逐步推进冷轧无缝钢管2，推进到圆弧60°处，停止推进，然后从小到大依次放入牵引球4，在推进过程中牵引球4挤压冷轧无缝钢管2的内壁、使冷轧无缝钢管2的内壁与弯头挤压模3腔贴合，即弯头通球整形。
弯头推进到圆弧90°时，同样让牵引球4按从小到大的顺序循环工作；
直至180°弯头5全部成形后，退出全部牵引球4；
再用φ1117脱模钢球41前置进行脱模。
（4）无损检测：对成形后的180°弯头5进行外观检查后，按NB/T20003-2010 《核岛机械设备无损检测》对成形后的180°弯头5作100%渗透检测及超声检测。
（5）第一次固溶处理：对无损检测后的180°弯头5作固溶处理。
（6）如图10至图13，φ914一级变形：先将第一次固溶处理后的180°弯头5平放在四柱液压机工作台上，下压一段距离，使其端口附近横截面变为椭圆形，便于入模。再将φ914一级变形三通下模6安装在四柱液压机工作台上，φ914一级变形三通上模61与四柱液压机活动横梁相连，合模定位后固定φ914一级变形三通下模6。
然后将φ914一级变形三通上模61和φ914一级变形三通下模6的内腔均匀刷上润滑油，再将180°弯头5外包装液体薄膜，然后再将包装液体薄膜的180°弯头5安放在φ914一级变形三通下模6中就位。工作时φ914一级变形三通上模61向下运动，先将180°弯头5的二支管管口缩小，再使用数控龙门铣床加工180°弯头5的二个管口，使其达到工序尺寸所需厚度。
在数控龙门铣床加工后的180°弯头5两端焊接二个φ914一级变形工艺封头，通过接头体向180°弯头5内注满导热油，在接头体外安装二块压力表及调压阀。
再将焊好φ914一级变形工艺封头的180°弯头5安放到φ914一级变形三通下模6中，在四柱液压机的作用下，φ914一级变形三通上模61向下运动，压紧180°弯头5入模，并利用液体的不可压缩性，能将φ914一级变形三通上模61的压力传递到另一侧的180°弯头5主管口位置，由于φ914一级变形三通上模61和φ914一级变形三通下模6的空间限位，180°弯头5内导热油产生的压强使金属材料向180°弯头5主孔纵深方向流动，直到φ914一级变形三通上模61和φ914一级变形三通下模6合模。然后用液压试压泵对180°弯头5内的导热油加压，使180°弯头5在导热油的压力下与φ914一级变形三通上模61和φ914一级变形三通下模6构成的型腔贴合，形成φ914一级变形三通7。φ914一级变形三通7成形后，用锯床切割去掉二个φ914一级变形工艺封头。
（7）多级变形：依次循环，重复步骤5）和6）的方法对去掉φ914一级变形工艺封头后的φ914一级变形三通做φ820二级变形处理，得到φ820二级变形三通，依次类推，得到达到工艺所需尺寸的如图14所示的φ740三级变形三通8，φ740三级变形三通无需切掉φ740三级变形三通8的二个φ740三级变形工艺封头。
（8）如图15和图16所示，三通液压胀形；将φ740/φ1250三级变形三通下模82安装在四柱液压机工作台上，φ740/φ820三级变形三通上模83与四柱液压机的活动横梁固定，合模定位后固定φ740/φ1250三级变形三通下模82。
然后在φ740/φ1250三级变形三通下模82和φ740/φ820三级变形三通上模83的内腔均匀刷上润滑液，在φ740三级变形三通8外包装液体薄膜。
再将包装液体薄膜的φ740三级变形三通8连通其焊接的φ740三级变形工艺封头81一起安放在φ740/φ1250三级变形三通下模82中就位，油缸推进，带动φ740/φ820三级变形三通上模83运动，压制到合模位置。再通过液压试压泵加压，使材料充满φ740/φ820三级变形三通上模83和φ740/φ1250三级变形三通下模82形成的模腔，并使φ740三级变形三通8的主管进一步凸出，通过三通液压胀形，形成有帽三通12。用锯床切割掉成形后有帽三通12的二个φ740三级变形工艺封头81和有帽三通12主管的帽头，得到三通1。
9）如图17，三通支管中心距校准：利用三通支管中心距模，在四柱液压机的油缸推力下，通过三通支管中心距模的导向深入三通1的两支管口校准中心距，使得三通1的支管中心距能满足设计要求。
10）固溶退火：利用热处理炉对校准中心距后的三通1作固溶退火。
11）精整：固溶退火后，采用精整模对三通各尺寸精整，使其满足设计要求。
12）三通管口机加工：采用镗床、龙门数控铣床和三通装夹压块加工三通的主管端和二支管端坡口，使得三通1达到所需尺寸，即得到大端外径为Φ1250mm，小端外径为Φ740mm的三通。
其中，弯头挤压模3采用内腔精密铸造，包括弯头挤压模上模31、弯头挤压模下模33，第一榫槽、销柱。弯头挤压模上模31通过第一榫槽和销柱与弯头挤压模下模33相连。
具体的，步骤6）中的φ914一级变形三通下模6内设有内窥镜或监控摄像头，用来观察材料变形情况。
其中，步骤9）中的三通支管中心距模包括二根销轴111和底板112。
具体的，二根销轴111对称设置在底板112上，利用三通支管中心距模，在四柱液压机的油缸推力下，通过销轴111的导向深入三通1的两支管口校准中心距，使得三通1的支管中心距能满足设计要求。
本发明的优点及其有益效果
1、本发明采用冷轧无缝钢管2整体成形，无焊缝。
2、本发明采用液压胀形的方法，使三通1成形精度高，表面质量好。
3、本发明冷成形后作固溶处理，能细化晶粒，提高材料的韧性及抗高温蠕变的能力，解决了核电快堆压力管三通成形的难题。
4、本发明冷成形比热成形更能保证材质性能及晶粒的均匀，有助于细化晶粒，提高成形尺寸精度及表面精度，提高材料的韧性及抗疲劳性能。
本发明所述的实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体而详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应当以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种核电快堆压力管三通的冷成形工艺，其特征在于，包括以下步骤：
领料：准备一根冷轧无缝钢管；
下料斜切端口：斜切冷轧无缝钢管的二个端口；
3）180°弯头挤压成形：将弯头挤压模牢固安装在油缸工作区，保证弯头挤压模腔与油缸的合力推杆同轴，再将弯头挤压模的内腔均匀刷上润滑油并在斜切端口后的冷轧无缝钢管外包装液体薄膜，然后再将包装液体薄膜后的冷轧无缝钢管推入弯头挤压模中就位；
以油缸推杆逐步推进冷轧无缝钢管，推进到一定处，停止推进，然后从小到大依次放入牵引球，在推进过程中牵引球挤压冷轧无缝钢管的内壁、使冷轧无缝钢管的内壁与弯头挤压模腔贴合，即弯头通球整形；
弯头推进到一定位置时，同样让牵引球按从小到大的顺序循环工作；
直至180°弯头全部成形后，退出全部牵引球；
再用脱模钢球前置进行脱模；
4）无损检测：对成形后的180°弯头进行外观检查后，按NB/T20003-2010 《核岛机械设备无损检测》对成形后的180°弯头作100%渗透检测及超声检测；
第一次固溶处理：对无损检测后的180°弯头作固溶处理；
一级变形：先将第一次固溶处理后的180°弯头平放在四柱液压机工作台上，
下压一段距离，使其端口附近横截面变为椭圆形，便于入模，再将一级变形三通下模安装在四柱液压机工作台上，一级变形三通上模与四柱液压机活动横梁相连，合模定位后固定一级变形三通下模；
然后将一级变形三通上模和一级变形三通下模的内腔均匀刷上润滑油，再将180°弯头外包装液体薄膜，然后再将包装液体薄膜的180°弯头安放在一级变形三通下模中就位，工作时一级变形三通上模向下运动，先将180°弯头的二支管管口缩小，再使用数控龙门铣床加工180°弯头的二个管口，使其达到工序尺寸所需厚度；
在数控龙门铣床加工后的180°弯头两端焊接二个一级变形工艺封头，通过接头体向180°弯头内注满导热油，在接头体外安装二块压力表及调压阀；
再将焊好一级变形工艺封头的180°弯头安放到一级变形三通下模中，在四柱液压机的作用下，一级变形三通上模向下运动，压紧180°弯头入模，并利用液体的不可压缩性，能将一级变形三通上模的压力传递到另一侧的180°弯头主管口位置，由于一级变形三通上模和一级变形三通下模的空间限位，180°弯头内导热油产生的压强使金属材料向180°弯头主孔纵深方向流动，直到一级变形三通上模和一级变形三通下模合模，然后用液压试压泵对180°弯头内的导热油加压，使180°弯头在导热油的压力下与一级变形三通上模和一级变形三通下模构成的型腔贴合，形成一级变形三通，一级变形三通成形后，用锯床切割去掉二个一级变形工艺封头；
7）多级变形：依次循环，重复步骤5）和6）的方法对去掉一级变形工艺封头后的一级变形三通做二级变形处理，得到二级变形三通，依次类推，直到得到达到工艺所需尺寸的多级变形三通，多级变形三通无需切掉多级变形三通的二个多级变形工艺封头；
8）三通液压胀形；将多级变形三通下模安装在四柱液压机工作台上，多级变形三通上模与四柱液压机的活动横梁固定，合模定位后固定多级变形三通下模；
然后在多级变形三通下模和多级变形三通上模的内腔均匀刷上润滑液，在多级变形三通外包装液体薄膜；
再将包装液体薄膜的多级变形三通连同其焊接的多级变形工艺封头一起安放在多级变形三通下模中就位，油缸推进，带动多级变形三通上模运动，压制到合模位置，再通过液压试压泵加压，使材料充满多级变形三通上模和多级变形三通下模形成的模腔，并使多级变形三通的主管进一步凸出，通过三通液压胀形，形成有帽三通，用锯床切割掉成形后有帽三通的二个多级变形工艺封头和有帽三通主管的帽头，得到三通；
9）三通支管中心距校准：利用三通支管中心距模，在四柱液压机的油缸推力下，通过三通支管中心距模的导向深入三通的两支管口校准中心距，使得三通的支管中心距能满足设计要求；
10）固溶退火：利用热处理炉对校准中心距后的三通作固溶退火；
11）精整：固溶退火后，采用精整模对三通各尺寸精整，使其满足设计要求；
12）三通管口机加工：采用镗床、龙门数控铣床和三通装夹压块加工三通的主管端和二支管端坡口，使得三通达到所需尺寸。
2.根据权利要求1所述的核电快堆压力管三通的冷成形工艺，其特征在于，所述的弯头挤压模采用内腔精密铸造，包括弯头挤压模上模、弯头挤压模下模，第一榫槽、销柱，所述弯头挤压模上模通过第一榫槽和销柱与所述弯头挤压模下模相连。
3.根据权利要求1所述的核电快堆压力管三通的冷成形工艺，其特征在于，步骤6）中的一级变形三通下模内设有内窥镜或监控摄像头，用来观察材料变形情况。
4.根据权利要求1所述的核电快堆压力管三通的冷成形工艺，其特征在于，步骤9）中的三通支管中心距模包括二根销轴和底板，所述二根销轴对称设置在所述底板上，利用三通支管中心距模，在四柱液压机的油缸推力下，通过销轴的导向深入三通的两支管口校准中心距，使得三通的支管中心距能满足设计要求。
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