CN111656081B - 包覆压力容器的部件部分内部的方法和用于将衬里熔合到压力容器的部件部分内部的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了包覆压力容器的部件部分的内部的方法和用于将衬里熔合到压力容器的部件部分的内部的装置，所述方法包括：获得所述部件；获得用于所述部件的衬里，所述衬里符合所述内部的几何形状的至少一部分；将所述衬里定位在所述部件的所述内部的内侧；超过所述衬里的屈服强度将所述衬里压制到所述部件中；将所述衬里熔合到所述部件。

Description

包覆压力容器的部件部分内部的方法和用于将衬里熔合到压 力容器的部件部分内部的装置

技术领域

本发明涉及包覆压力容器的部件部分的内部。

背景技术

压力容器用于许多工业应用中，包括在核反应堆中，以用于容纳处于外界压力之上或之下的压力下的气体或液体。通常，压力容器的内部衬有耐腐蚀层，通常称为包覆，以降低例如应力腐蚀开裂、点蚀和可能最后成为悬浮物的碎片的形成的风险。

典型地，可能使用合适的焊接过程将包覆层熔合到典型地是低合金钢的压力容器的母材料。因此，在实践中，包覆材料（其可以是不锈钢或镍基合金）以线、条或粉末的形式提供。然后将其加热，这使得其熔化并熔合到压力容器的母材料。在压力容器的内部可以被包覆的速度方面的限制因素因此是在焊接过程期间包覆材料到焊接熔池中的沉积速率。

发明内容

本发明涉及用于包覆压力容器的部件部分的内部的方法和装置。

在获得部件之后，获得部件的衬里，其符合内部的几何形状的至少一部分。衬里被定位成抵靠部件的内部。然后，超过衬里的屈服强度将衬里压制到部件中。然后将衬里熔合到部件。

包括一个或多个辊的压制设备可以用于超过衬里的屈服强度将衬里压制到部件中。熔合设备可以用于将衬里熔合到部件的内部。

附图说明

现在将仅通过参考附图的示例来描述本发明，附图仅仅是示意性的而不是按比例的，并且其中：

图1A和1B分别以透视和分解图示出了压力容器；

图2A和2B示出了图1A的压力容器的主体和头部的剖视图；

图3示出了根据本发明的一方面的用于包覆图1的压力容器的部件部分的内部的方法；

图4A、4B和4C示出了图1的压力容器的主体的外部壳体的第一衬里；

图5A、5B和5C示出了第二衬里；

图6A、6B和6C示出了第三衬里；

图7A、7B和7C示出了第四衬里；

图8A、8B和8C示出了第五衬里；

图9A、9B和9C示出了第六衬里；

图10和图11示出了用于将衬里压制和熔合到图1A的压力容器的主体的外部壳体的装置；

图12A和12B示出了图1A的压力容器的头部之一的外部壳体的第一衬里；

图13A示出了放置在头部的外部壳体中的第一衬里；

图13B示出了用于将第一衬里压制和熔合到头部的外部壳体的装置；

图14A和14B分别示出了用于头部的外部壳体的第二和第三头部。

具体实施方式

图1A&1B

在图1A中标记了压力容器101，其中分解图示出了在图1B中呈现的部件部分。为了清楚性，已经省略了喷嘴和其它固定件和配件。

在该示例中，压力容器101包括圆柱形主体102，连同准球形（也称为碟盘形）头部103和104。将领会的是，根据本发明的方法和装置可以应用于具有替代形状的压力容器，诸如具有半球形、椭球形或甚至平坦头部的圆柱形容器或者实际上由两个半球形半体构成的球形容器。

图2A&2B

在图2A中示出了压力容器101的主体102的剖视图，并且在图2B中示出了头部104的剖视图。

主体102和头部104（在该示例中头部103是相同的）中的每个包括分别被标记为201和202的低合金钢外部壳体。在该示例中，壳体材料是A517钢。取决于压力容器101的预期用途，可以使用其它材料。

主体102和头部104还分别包括被标记为203和204的包覆。本示例中的包覆材料是316L不锈钢。而且，将领会的是，取决于预期用途以及因此压力容器101的所需耐腐蚀性，其它材料（诸如镍基合金）可以用于包覆。

如前所述，包覆材料通常通过焊接过程被熔合到压力容器的外部壳体。考虑到要包覆的大面积（例如，对于核反应堆压力容器而言，其可能超过250平方米），包覆压力容器的内部的过程可能花费大量的时间，其中超过1000小时的过程时间并不是不寻常的。

图3

在图3中示出了根据本发明的包覆压力容器的部件部分的内部的方法。该方法设法减少包覆压力容器的内部所花费的时间。

在步骤301，获得要包覆的部件。在步骤302，针对部件获得符合部件的内部几何形状的至少一部分的衬里。因此，在一个示例中，部件是主体102的外部壳体201，并且衬里是符合部件的整个内部几何形状的圆柱形套筒。可替代地，衬里可以是圆柱形套筒，但其不与圆柱形主体一样高。因此可以获得多个这样的衬里。在示例中，如果压力容器101的部件部分包括用于气体或液体的喷嘴或其它孔口，则衬里也可以形成有对应的孔口。

在步骤303，将衬里定位在部件的内部中，并且在步骤304，将衬里压制到部件中。步骤304包括使衬里经受一定大小的压缩力，这导致其被压制超过其屈服强度。以此方式，衬里不会弹性地返回到其原始形状，并且保持被压制抵靠部件的内部。在一个特定实施例中，步骤304包括压制衬里和对衬里进行退火的重复循环，直到衬里超出其屈服强度。在一个实施例中，退火可以在部件级执行，或者由接近衬里的一部分的热源局部地执行。

在步骤305，超过衬里的屈服强度压制衬里允许衬里熔合到部件以包覆它。在实施例中，熔合过程包括将衬里焊接到部件。在特定实施例中，熔合过程包括将衬里激光焊接到部件。

在替代实施例中，焊接过程可能是弧焊过程。在另一替代实施例中，焊接过程可以是电子束焊接过程。还可以设想，可以使用其它熔合技术，诸如爆炸成形或磁性冲击高应变速率成形。

在特定实施例中，步骤305包括第一焊接阶段，在其中衬里被点焊到部件。这之后是全焊接阶段，在其中衬里的整体经受焊接以便实现到部件的完全熔合。

将进一步参考图4A至11描述图3中阐述的方法对主体102的应用，并且将进一步参考图12至14B描述在图3中阐述的方法对头部103和104的应用。

图4A、4B&4C

在图4A中示出了用于形成压力容器101的主体102的包覆203的第一衬里401。在该实施例中，衬里401是中空的和圆柱形的，并且具有与外部壳体201的内部直径基本上相同的外部直径，虽然稍小以便允许衬里401被插入到主体102中。在该特定实施例中，衬里是无缝管。因此，如图4B中所示，其可以滑动就位。在图4C中示出了主体102的横截面，其中衬里401在外部壳体201内侧就位。

第一衬里401可以适用于其中所有主体是相同尺寸的生产环境，并且因此相同规格的衬里可以用于所生产的所有坯体。

在替代实施例中，衬里401是薄的以便是更柔性的。因此，在直径上可以将其做得更小，以例如辅助处理。由于柔性的增加，衬里仍可以超过其屈服强度被压制到主体102中。

图5A、5B&5C

在图5A中示出了用于形成压力容器101的主体102的包覆203的第二衬里501。在该实施例中，衬里401再一次是中空的和圆柱形的，并且具有与外部壳体201的内部的直径基本上相同的外部直径。然而，其高度小于外部壳体201的高度。因此，如图5B中所示，多个衬里501可以滑动到外部壳体201的内部中。在图5C中示出了主体102的横截面，其中衬里501在外部壳体201的内侧就位。

第二衬里501可以适用于其中压力容器主体不具有相同尺寸的生产环境，并且因此可以使用不同衬里的堆叠来覆盖主体的外部壳体201的整个内部表面。在实践中，衬里501之间的任何间隙将在熔合到外部壳体201期间被修整。

图6A、6B&6C

在图6A中示出了用于形成压力容器101的主体102的包覆203的第三衬里601。在该实施例中，衬里601是弧形挤出件，并且具有与外部壳体201的内部几何形状基本上相同的外部曲率。在本示例中，其具有与外部壳体201相同的高度，但在替代实施例中可以具有不同的高度。因此，如图6B中所示，其可以连同多个其它衬里601一起滑动就位，以覆盖外部壳体201的内部。在图6C中示出了主体102的横截面，其中衬里601就位。

图7A、7B&7C

在图7A中示出了用于形成压力容器101的主体102的包覆203的第四衬里701。在该实施例中，衬里701是中空的并且呈棱柱的形式。在该特定实施例中，棱柱是八边形棱柱。形成棱柱的多边形的最大直径（即，在该特定情况下的八边形的直径）与外部壳体201的内部直径基本相同。

在本示例中，衬里701其具有与外部壳体201相同的高度，但是在替代实施例中可以具有不同的高度，其中提供了多个衬里701。如图7B中所示，衬里701可以滑动就位以覆盖外部壳体201的内部。在图7C中示出了主体102的横截面，其中衬里701在外部壳体201内侧就位。

图8A、8B&8C

在图8A中示出了用于形成压力容器101的主体102的包覆203的第五衬里801。在该实施例中，衬里801是梯形的挤出件。在该实施例中提供多个衬里801以覆盖外部壳体201的内部，其中它们滑动就位，如图8B中所示。衬里801实际上形成多边形的一个边，由于衬里801所基于的梯形的内角的特定选择，并且参考图8C，该多边形是八边形。其它多边形可以通过调整衬里801的梯形基部的角来形成。

图9A、9B&9C

在图9A中示出了用于形成压力容器101的主体102的包覆203的第六衬里901。在该实施例中，衬里901是螺旋条。在实践中，这可以由衬里材料的单个条卷绕。参考图9B和9C，衬里901可以卷绕在外部壳体201内侧以覆盖其内部。然后，机加工操作可以去除多余的衬里材料。

图10&11

用于将衬里（在此示例中的衬里401）压制就位以及将衬里熔合到外部壳体201的装置1001在图10中以垂直横截面示出，并且在图11中以平行横截面示出。

一旦衬里401已经被放置在外部壳体201的内部中，则装置1001被插入。装置1001包括可操作以将衬里401压制到外部壳体201中的压制系统1002，以及可操作以将衬里401熔合到外部壳体201的熔合系统1003。压制系统1002和熔合系统1003两者均可平移地安装在可旋转轴1004上，该可旋转轴1004在本示例中与外部壳体201同心。

在本实施例中，压制系统1002包括三个辊1005、1006和1007，辊1005、1006和1007以等角的方式围绕机动化的推进系统1008安装。在替代实施例中，提供更少的辊，例如一个或两个。在另一个替代实施例中，提供更多的辊，例如四个。推进系统1008包括驱动机构（未示出）以在箭头S的方向上沿着轴1004推动压制系统1002。辊1005、1006和1007提供压缩衬里401的径向向外的力F。在实施例中，辊可以通过液压活塞连接到推进系统1008，液压活塞可以提供对施加的力F的程度的控制。

在实施例中，压制系统1002还包括一个或多个热源（未示出）以加热衬里401来对其进行退火。在一种操作模式中，压制衬里401之后可以进行退火。在另一操作模式中，可以存在压制和退火的重复循环。在其它实施例中，也可以在单个或循环基础上执行其它热处理。

在该实施例中，熔合系统1003包括安装在推进系统1008上的焊接系统1009。在该示例中，焊接系统是可操作以将衬里401焊接到外部壳体201的激光焊接系统。如前所述，可以使用其它类型的焊接装置。此外，可以采用其它熔合技术。

在其它实施例中，熔合系统1002可以包括安装在推进系统1008上的多个焊接系统。焊接系统可以围绕推进系统1008等角地安装。这样的布置可以帮助降低温度梯度，并且因此减少围绕衬里401的圆周的热膨胀和收缩。

在操作中，轴1004在箭头R的方向上旋转，而压制系统1002和熔合系统1003在箭头S的方向上沿着其推进。由压制系统1002施加力F将衬里401超过其屈服强度压制到外部壳体201中。然后，熔合系统1003将衬里401熔合到外部壳体201以生产用于压力容器101的包覆主体102。在示例中，包覆203的最终厚度可以是6毫米。然而，取决于压力容器101的预期用途，可以选择其它厚度。

在替代实施例中，轴可以被固定，而替代地主体旋转。在另一实施例中，压制系统1002和熔合系统1002不安装在相同轴上，而替代地执行衬里401的整体的压制，随后熔合衬里401的整体。

图12A&12B

在图12A中示出了用于形成头部103和104的包覆204的衬里1201。在本示例中，衬里1201具有基本上准球形的形式，以基本上符合外部壳体202的内部的几何形状。如将参考图14A和14B所描述的，可以使用其它衬里构造。衬里1201可以通过流动成形、剪切成形或液压成形或任何其它成形过程或类似过程来制造。如果例如几何复杂性证明其是正确的，则还可以使用添加制造。

衬里1201定位在外部壳体202的内部中。在本示例中，衬里1201包括径向向外的凸缘1202，其包括多个周向分布的孔口1203。凸缘1202相对于外部壳体202定位和支承衬里1201，而孔口1202准许螺栓1204穿过到外部壳体202的边沿中的螺纹1205中。

图13A&13B

在图13A中示出了其中固定有衬里1201的外部壳体202的剖视图。在该特定实施例中，衬里1201的厚度在边沿区处比在其中心处更大。因此，当衬里1201从边沿渐进地压制到中心时，任何材料蠕变将装填中心的厚度，由此在压制之后赋予均匀的厚度。在示例中，最终厚度可以是6毫米。然而，取决于压力容器101的预期用途，可以选择其它厚度。

参考图13B，示出了用于压制和熔合衬里1201的装置1301，并且包括压制系统1302和可枢转地安装到可旋转轴1304的熔合系统1303。在该示例中，压制系统1302包括单个辊1305。在替代示例中，可以使用两个或更多个辊。

在操作中，轴1304旋转，而辊1305超过衬里的屈服强度将衬里1201压制到外部壳体202中，枢转使得衬里1201最初被压制在边沿区中并且过程在其中心中结束。熔合系统1303（在该示例中，其与熔合系统1003一样包括激光焊接系统）也旋转以将压制的衬里焊接到外部壳体202。

在替代实施例中，压制系统1302和熔合系统1303保持静止，并且具有衬里1201的外部壳体202安装在旋转卡盘中。而且，与衬里401一样，压制和熔合过程可以如图13B中所图示的那样同时执行，或者，替代地，分别地执行，其中压制系统1302和熔合系统1303不被安装在相同轴上，并且替代地例如被安装在不同的吊杆或机器人臂上。而且，可以通过例如压制系统1302中的热源（未示出）在衬里1201的压制之后或之间执行局部化的退火。可替代地，整个衬里的退火可以以分离的过程执行。

在将衬里1201熔合到外部壳体202之后，可以移除螺栓1204并执行机加工操作以去除凸缘1202。

图14A&14B

图14A中示出了可以用于形成头部103和104的包覆204的第二衬里1401。在该示例中，衬里1401为圆盘的形式，其被固定到外部壳体202。圆盘形状的衬里1401的厚度，与它的延展性组合，就意味着它可以被加工成外部壳体202的内部的形状。在替代实施例中，衬里1401可以具有相对于半径变化的厚度，使得在其中心处，其比在其圆周处更薄。以此方式，在衬里将变形的压制过程之后，将存在压制到外部壳体202中的衬里的一致的厚度，可能是6毫米或任何其它厚度。

在图14B中示出了可以用于形成头部103和104的包覆204的第三衬里1402。在该示例中，衬里1402是截头圆锥形的。在附图中所图示的特定示例中，衬里包括从边沿区到其顶点区的锥形体。以此方式，当被压制到外部壳体202的内部时，衬里1402将变形，使得孔被填充并且在外部壳体202的整个内部上将存在均匀厚度的衬里。如前所述，该厚度在示例中可以被选择为6毫米。

将领会的是，诸如衬里1201、1401和1402之类的衬里可以合适地适用于与其它头部轮廓（诸如半球形、椭球形或平坦）一起使用。

Claims (15)

1.一种包覆压力容器的部件部分的内部的方法，包括：

获得所述部件；

获得用于所述部件的衬里，所述衬里符合所述内部的几何形状的至少一部分；

将所述衬里定位在所述部件的所述内部的内侧；

超过所述衬里的屈服强度将所述衬里压制到所述部件中；

将所述衬里熔合到所述部件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中多个衬里被获得、定位、压制和熔合到所述部件的内部。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述部件部分是以下中的一个：

压力容器的圆柱形主体；

压力容器的头部；

压力容器的半球形半体。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述部件部分是压力容器的圆柱形主体，并且所述衬里是以下中的一个：

中空圆筒；

中空棱柱。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述衬里是由以下中的一个形成的中空圆筒：

无缝管；

螺旋条；

一个或多个弧形挤出部。

6.根据权利要求3所述的方法，其中所述部件部分是压力容器的头部，并且所述衬里是以下中的一个：

平坦；

半球形；

准球形；

截头圆锥形。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述压制所述衬里包括压制所述衬里和对所述衬里进行退火的重复循环。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述将所述衬里熔合到所述部件部分包括将所述衬里焊接到所述部件部分。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中通过激光焊接过程来执行所述衬里到所述部件部分的熔合。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述衬里是以下中的一个：

不锈钢；

镍基合金。

11.一种用于将衬里熔合到压力容器的部件部分的内部的装置，以由此包覆所述内部，所述装置包括：

压制系统，其包括一个或多个辊，所述辊被构造成超过所述衬里的屈服强度来将所述衬里压制到所述部件中；

熔合系统，其被构造成将所述衬里熔合到所述部件的内部。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述压制系统还包括被构造成局部地对所述衬里进行退火的热源。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述压制系统被构造成在所述衬里被超过其屈服强度压制之前执行所述衬里的局部退火之后的压制的多个循环。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的装置，其中所述熔合系统被构造成通过焊接将所述衬里熔合到所述部件的内部。

15.根据权利要求11至13中任一项所述的装置，其中所述熔合系统包括激光器。

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