CN110273053B - 管道防甩击组件的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道防甩击组件的热处理方法，包括以下步骤：测量热处理所用的加热装置的炉膛内加热的恒温区；将管道防甩击组件放置于炉膛的恒温区；在炉膛内充入惰性气体或氮气保护；通过加热装置对管道防甩击组件进行加热；对炉膛进行冷却。本发明中的管道防甩击组件的热处理方法，消除了管道防甩击组件在制造过程中所产生的应力，经过热处理后的管道防甩击组件在长期服役过程中尺寸稳定，且几乎无尺寸变化，实现了管道防甩击组件的安全功能。

Description

管道防甩击组件的热处理方法

技术领域

本发明属于材料热处理技术领域，具体涉及一种管道防甩击组件的热处理方法。

背景技术

主给水和主蒸汽系统(ARE&VVP)防甩限制件的作用是在管道破裂时通过限制管道的甩击来保护管道邻近的设备，应设计成能吸收管道的冲击能，并限制施加在设备和土建结构上的载荷。目前我国的主给水和主蒸汽系统防甩限制件已实现国产化。U形杆组件是主给水和主蒸汽系统(ARE&VVP)防甩限制件的主体部件，U形杆组件的构成部件包括：U形杆、套筒和钢丝。U形杆、套筒和钢丝通过特殊的冷挤压工艺，相互结合在一起形成稳固的内嵌式接头结构，以抵抗主给水管道和主蒸汽管道在破裂时巨大的甩击力，整个防甩限制件在核电站服役期间均须满足这种设计要求。因此，防甩限制件的性能需保持稳定，现有技术中的U形杆组件因为制造过程中所产生的应力，在服役过程中易出现尺寸变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种管道防甩击组件的热处理方法，消除了管道防甩击组件在制造过程中所产生的应力，经过热处理后的管道防甩击组件在服役过程中尺寸稳定。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种管道防甩击组件的热处理方法，包括以下步骤：

测量热处理所用的加热装置的炉膛内加热的恒温区；

将管道防甩击组件放置于炉膛的恒温区；

在炉膛内充入惰性气体或氮气保护；

通过加热装置对管道防甩击组件进行加热；

对炉膛进行冷却。

优选的是，管道防甩击组件包括：用于环绕管道的U形杆、设置于U形杆两端的连接件，连接件用于将U形杆的两端固定于刚性支座上。

优选的是，连接件包括：套筒，套筒套置于U形杆的端部。

优选的是，连接件还包括：钢丝，钢丝缠绕于U形杆的端部，且设置于套筒与U形杆的端部之间。

优选的是，U形杆的材质为304L不锈钢，套筒的材质为42CrMo合金。

优选的是，钢丝的材质为304不锈钢。

优选的是，所述步骤将管道防甩击组件放置于炉膛的恒温区具体为：

将连接件放置于恒温区的中央。

优选的是，管道用于主给水和/或主蒸汽系统。

优选的是，所述步骤测量热处理所用的加热装置的炉膛内加热的恒温区具体为：

在加热装置的炉膛内不同位置放置温度检测机构，测量位置的温度相对于预设温度的波动范围为-10℃～+10℃，则确定该位置为恒温区。

优选的是，所述步骤通过加热装置对管道防甩击组件进行加热具体为：

升温过程的升温速率不高于220℃/小时，直至升温到250±10℃，再保温4～6小时。

优选的是，所述步骤对炉膛进行冷却具体为：

停止加热装置加热，自然冷却，冷却过程中继续充入惰性气体或氮气保护。

本发明中的管道防甩击组件的热处理方法，消除了管道防甩击组件在制造过程中所产生的应力，经过热处理后的管道防甩击组件在长期服役过程中尺寸稳定，且几乎无尺寸变化，实现了管道防甩击组件的安全功能。

附图说明

图1是本发明实施例2中的管道防甩击组件的结构示意图；

图2是本发明实施例2中的管道防甩击组件的局部结构示意图；

图3是本发明实施例2中的管道防甩击组件在不同温度下，U形杆、钢丝、套筒之间周向尺寸差的变化；

图4是本发明实施例2中的福清核电站的管道防甩击组件的结构示意图。

图中：1-U形杆；2-套筒；3-钢丝。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

实施例1

本实施例提供一种管道防甩击组件的热处理方法，包括以下步骤：

测量热处理所用的加热装置的炉膛内加热的恒温区；

将管道防甩击组件放置于炉膛的恒温区；

在炉膛内充入惰性气体或氮气保护；

通过加热装置对管道防甩击组件进行加热；

对炉膛进行冷却。

本实施例中的管道防甩击组件的热处理方法，消除了管道防甩击组件在制造过程中所产生的应力，经过热处理后的管道防甩击组件在长期服役过程中尺寸稳定，且几乎无尺寸变化，实现了管道防甩击组件的安全功能。

实施例2

本实施例提供一种管道防甩击组件的热处理方法，包括以下步骤：

(1)测量热处理所用的加热装置的炉膛内加热的恒温区，具体为：

在加热装置的炉膛内12个不同位置放置温度检测机构，测量位置的温度相对于预设温度的波动范围为-10℃～+10℃，则确定该位置为恒温区。具体的，温度检测机构为热电偶。

步骤(1)的实施可摸清整个加热装置的炉膛内的温度分布曲线，确定相对恒温的恒温区的区域大小和范围，为管道防甩击组件整体一次性热处理创造条件和提供参考依据。

(2)将管道防甩击组件放置于炉膛的恒温区。

步骤(2)的作用在于确保管道防甩击组件整体加热的温度均匀，且在设计要求范围内。

如图1所示，需要说明的是，本实施例中的管道防甩击组件包括：用于环绕管道的U形杆1、设置于U形杆1两端的连接件，连接件用于将U形杆1的两端固定于刚性支座上。

需要说明的是，本实施例中的连接件包括：套筒2，套筒2套置于U形杆1的端部。

需要说明的是，本实施例中的连接件还包括：钢丝3，钢丝3缠绕于U形杆1的端部，且设置于套筒2与U形杆1的端部之间。

管道防甩击组件的制作：通过挤压工艺把套筒2、钢丝3、U形杆1三者挤压为一整体。

需要说明的是，本实施例中的U形杆1的材质为304L不锈钢，套筒2的材质为42CrMo合金。

需要说明的是，本实施例中的钢丝3的材质为304不锈钢。

不同金属材料都有着各自不同的尺寸稳定化工艺，虽然工艺参数各有不同，但其目的都是一样的：通过消除金属材料内部的应力，降低材料内部由于冷加工和外力造成的畸变能，使得金属材料的尺寸在长期服役过程中不发生较大的变化。

需要说明的是，本实施例中的步骤将管道防甩击组件放置于炉膛的恒温区具体为：

将连接件放置于恒温区的中央。

优选的是，管道用于主给水和/或主蒸汽系统。具体的，本实施例中的管道用于主给水和主蒸汽系统(ARE&VVP)。本实施例中的管道防甩击组件的热处理方法，以满足主给水和主蒸汽系统(ARE&VVP)对于管道防甩击组件的尺寸稳定化的要求，提高管道防甩击组件在核电站运行过程中的可靠性。

考虑到套筒2的结构相对复杂，且径向尺寸稍大，因此套筒2的位置设置为靠近炉膛恒温区的中心区域，其实际加热过程中温度相对要高一些，最终达到整个管道防甩击组件实现均匀地尺寸稳定化的目的。

(3)在炉膛内充入惰性气体或氮气保护。具体的，本实施例中在炉膛内充入惰性气体氩气保护。氩气纯度为99.99mas％。

步骤(3)的作用在于保证管道防甩击组件在较长时间的热处理过程中避免氧化，同时也可以提升产品的外观品质。

(4)通过加热装置对管道防甩击组件进行加热，具体为：

升温过程的升温速率不高于220℃/小时，直至升温到250±10℃，再保温4～6小时。优选的是，升温速率为200℃/小时，保温5小时。

管道防甩击组件由304L不锈钢U形杆1、304不锈钢钢丝3和42CrMo套筒2三种材料组成，其结合形式如图2所示。这种结合形式将使得热处理过程分析变得复杂。

不同金属材料的热膨胀系数是不同的，奥氏体不锈钢304L和不锈钢304的热膨胀系数要明显地大于42CrMo材料的热膨胀系数。根据线形膨胀系数的计算公式：

α＝△L×L₀×△T

α--线形膨胀系数；

L₀--材料初始尺寸；

△T--温度升高值；

△L--材料尺寸变化值。

可以分别分析和计算在不同温度条件下，U形杆1、钢丝3、套筒2之间形成周向的尺寸差。

当温度△T升高时，三种材料同时进行热膨胀，然而由于不同的热膨胀系数α，在温度T₀+△T时，42CrMo套筒2材料的内径将小于304不锈钢钢丝3所缠绕的外径，其直接结果将导致硬度较低的304L不锈钢U形杆1的形变，其径向形变量将按照图3中U形杆1与不锈钢钢丝3、套筒2之间周向尺寸差的变化进行。三种材料在周向上将出现相互挤压的压应力，随着△T的升高，压应力也随之上升。

此压应力如果达到导致304L不锈钢U形杆1产生较大的塑性变形，则当温度从T₀+△T重新降到T₀时，304L不锈钢U形杆1、304不锈钢钢丝3和42CrMo套筒2均产生收缩而产生空隙。空隙的产生会使得管道防甩击组件的连接件的抗拉强度明显降低，影响最终产品的质量。

因此，对于防甩件U形杆1组件整体来讲，为了保证最终产品的质量，在达到尺寸稳定化效果的同时，更应尽可能地选择较低的尺寸稳定化热处理温度。

步骤(4)为尺寸稳定化热处理工艺的核心，加热速率控制在不高于220℃/小时，可避免管道防甩击组件整个加热过程的温度剧烈波动和避免局部受热不均，保证热处理的工艺稳定性。保温温度250±10℃，一方面考虑了304L不锈钢U形杆1和304不锈钢钢丝3材料尺寸稳定化热处理温度的要求，另一方面也考虑了42CrMo合金结构钢套筒2的尺寸稳定化热处理温度的要求，还考虑到了U形杆1组件接头在加热过程中材料不同膨胀系数导致的热应力作用的影响，因此该温度的设置是最优化设计的结果。

(5)对炉膛进行冷却，具体为：

停止加热装置加热，自然冷却，冷却过程中继续充入惰性气体或氮气保护，直至室温，取出管道防甩击组件。具体的，本实施例中冷却过程中继续充入惰性气体氩气保护。氩气纯度为99.99mas％。

步骤(5)一方面可确保管道防甩击组件在冷却过程中不被氧化，另一方面相对于空冷，其冷却速率更低，确保管道防甩击组件遭受到的热应力的影响至较低的水平。

如图4所示，经过上述热处理方法处理过的管道防甩击组件，最终安装应用在福清核电站1号机组主蒸汽管道上。

本实施例中的管道防甩击组件的热处理方法，在应用时应根据不同尺寸的U形杆1组件，微调热处理温度和保温时间。

本实施例中的管道防甩击组件的热处理方法，消除了管道防甩击组件在制造过程中所产生的应力，经过热处理后的管道防甩击组件在长期服役过程中尺寸稳定，且几乎无尺寸变化，实现了管道防甩击组件的安全功能。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种管道防甩击组件的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

测量热处理所用的加热装置的炉膛内加热的恒温区；

将管道防甩击组件放置于炉膛的恒温区；

在炉膛内充入惰性气体或氮气保护；

通过加热装置对管道防甩击组件进行加热，管道防甩击组件包括：用于环绕管道的U形杆、设置于U形杆两端的连接件，连接件用于将U形杆的两端固定于刚性支座上，连接件包括：套筒，套筒套置于U形杆的端部，U形杆的材质为304L不锈钢，套筒的材质为42CrMo合金，升温过程的升温速率不高于220℃/小时，直至升温到250±10℃，再保温4～6小时；

对炉膛进行冷却。

2.根据权利要求1所述的管道防甩击组件的热处理方法，其特征在于，连接件还包括：钢丝，钢丝缠绕于U形杆的端部，且设置于套筒与U形杆的端部之间。

3.根据权利要求1、2任意一项所述的管道防甩击组件的热处理方法，其特征在于，所述步骤将管道防甩击组件放置于炉膛的恒温区具体为：

将连接件放置于恒温区的中央。

4.根据权利要求1所述的管道防甩击组件的热处理方法，其特征在于，管道用于主给水和/或主蒸汽系统。

5.根据权利要求1、2、4任意一项所述的管道防甩击组件的热处理方法，其特征在于，所述步骤测量热处理所用的加热装置的炉膛内加热的恒温区具体为：

在加热装置的炉膛内不同位置放置温度检测机构，测量位置的温度相对于预设温度的波动范围为-10℃～+10℃，则确定该位置为恒温区。

6.根据权利要求1、2、4任意一项所述的管道防甩击组件的热处理方法，其特征在于，所述步骤对炉膛进行冷却具体为：

停止加热装置加热，自然冷却，冷却过程中继续充入惰性气体或氮气保护。

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