CN112383979A - 一种异形厚壁封头的中频加热装置及其加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异形厚壁封头的中频加热装置，该中频加热装置包括包覆在异形厚壁封头外部的空冷中频电缆层(100)和中频电源(6)，所述空冷中频电缆层(100)包括端部空冷中频电缆一(1)，端部空冷中频电缆二(2)，大接管空冷中频电缆一(3)，大接管空冷中频电缆二(4)，第五空冷中频电缆(5)。该加热装置能够通过中频加热电缆独有的缠绕方法，精准控制异形厚壁封头各处的温度，不仅实现温度单独可控，且加热效率高，直接通过电磁感应的方式，对异形厚壁封头进行加热。

Description

一种异形厚壁封头的中频加热装置及其加热方法

技术领域

本发明涉及压力容器制造领域，尤其是中国核动力设计院所设计的华龙一号蒸汽发生器制造领域，具体涉及异形厚壁封头内壁堆焊时对异形厚壁封头进行预热后热处理。

背景技术

“华龙一号”是由中国两大核电企业中国核工业集团公司(简称：中核、CNNC)和中国广核集团(简称：中广核、CGN)在我国30余年核电科研、设计、制造、建设和运行经验的基础上，根据福岛核事故经验反馈以及我国和全球最新安全要求，研发的先进百万千瓦级压水堆核电技术。

作为中国核电“走出去”的主打品牌，在设计创新方面，“华龙一号”提出“能动和非能动相结合”的安全设计理念，采用177个燃料组件的反应堆堆芯、多重冗余的安全系统、单堆布置、双层安全壳，全面平衡贯彻了“纵深防御”的设计原则，设置了完善的严重事故预防和缓解措施，其安全指标和技术性能达到了国际三代核电技术的先进水平，具有完整自主知识产权。

压力容器，尤其是“华龙一号”蒸汽发生器的制造过程中，其一侧异形厚壁封头的内壁均需要堆焊一层不锈钢层。在焊接之前，为了防止产生焊接热裂纹，需要对待焊工件加热到室温以上，且焊接前和焊接后都要求预热，因此，对异形厚壁封头加热是必不可少的。但是由于“华龙一号”蒸汽发生器的异形厚壁封头本身体积非常大，壁厚非常厚，原本的火焰加热方式不仅加热效率低下，周围环境温度高，给操作人员带来不适，而且火焰容易烧损设备，且火焰加热容易形成积碳，对产品的质量造成影响。

由于此类堆焊一般将异形厚壁封头大口端朝上安装在变位机上，通过焊接操作机与变位机联动，实现对异形厚壁封头内壁的焊接。若采用传统的红外加热方法，其仿形工装制作麻烦，通用性不强，制作成本较高。因此，为了解决让异形厚壁封头快速加热，我们着眼于中频加热，即直接通过电磁感应的方式对异形厚壁封头进行加热，其加热效率高。按常理中频加热电缆的布置、加热工装的形式可以是多种形式，但由于异形厚壁封头上有出口接管、进口接管、人孔、支撑平台和吊耳等各种突出物，加热电缆的布置方式非常麻烦。本发明人经过多次实验和根据中频电缆所产生的电磁场的分布情况，特研制此种加热方法。

由于上述原因，本发明设计提出一种异形厚壁封头的中频加热装置，此种装置在核电蒸汽发生器下异形厚壁封头内壁堆焊预热后热属于首次应用。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种异形厚壁封头的中频加热装置，该加热装置能够通过中频加热电缆独有的缠绕方法，精准控制异形厚壁封头各处的温度，不仅实现温度单独可控，且加热效率高，直接通过电磁感应的方式，对异形厚壁封头进行加热，从而完成本发明。

具体来说，本发明的目的之一在于提供一种异形厚壁封头中频加热装置，该中频加热装置包括包覆在异形厚壁封头外部的空冷中频电缆层100和中频电源6，所述空冷中频电缆层包括端部空冷中频电缆一1，端部空冷中频电缆二2，大接管空冷中频电缆一3，大接管空冷中频电缆二4，第五空冷中频电缆5；

所述端部空冷中频电缆一1，端部空冷中频电缆二2，大接管空冷中频电缆一3，大接管空冷中频电缆二4和第五空冷中频电缆5的两端都分别与中频电源6相连；

所述中频电源6设置有多个，通过输出不同的中频电流分别控制异形厚壁封头大口端、异形厚壁封头大口端周围区域、大接管区域、大接管周围区域和电缆层其他区域的温度。

所述端部空冷中频电缆一1围绕异形厚壁封头大口端口单层紧密缠绕；

所述端部空冷中频电缆二2围绕异形厚壁封头大口端周围区域单层紧密缠绕；

所述单层紧密缠绕为缠绕过程中电缆不发生重叠或交叉的缠绕方式；

所述大接管空冷中频电缆一3围绕异形厚壁封头大接管区域单层蚊香形缠绕；

大接管空冷中频电缆二4围绕异形厚壁封头大接管周围区域单层蚊香形缠绕；

所述第五空冷中频电缆5在异形厚壁封头空冷中频电缆层其他区域均匀单层缠绕，且不与其他电缆交叉或重叠；

优选地，缠绕圈数为3-5圈。

在所述异形厚壁封头与空冷中频电缆层之间还设置有保温隔离层7，通过保温隔离层7将空冷中频电缆层与异形厚壁封头隔离开。

所述中频加热装置上还设置有辅助支架8，

优选地，所述辅助支架8环绕并扣压在空冷中频电缆层上，通过所述辅助支架8将所述空冷中频电缆层固定在异形厚壁封头上；

在所述辅助支架8靠近空冷中频电缆层的一侧上设置有隔热贴层；

优选地，所述辅助支架8包括由扁钢条制成的非闭合的类圆环，或者所述辅助支架8包括由绝缘材料制成的闭合圆环。

所述在异形厚壁封头的大口端口外侧还设置有阻断装置9，通过该阻断装置防止端部空冷中频电缆一1和端部空冷中频电缆二2在加热时相互干扰；

优选地，该阻断装置9为环形的封闭导体。

本发明的目的之二在于提供一种异形厚壁封头中频加热方法，优选采用权利要求1至8之一所述的装置进行加热，优选地，所述方法包括以下步骤：

步骤1，将异形厚壁封头和空冷中频电源安装在变位机上，并将空冷中频电缆层100与中频电源6连接；

步骤2，连通中频电源6，对异形厚壁封头进行预热；

步骤3，保持中频电源(6)连通，进行焊接操作，同时维持厚壁封头的温度；

步骤4，完成焊接后对异形厚壁封头进行后热操作。

步骤1中，

将端部空冷中频电缆一1单层紧密缠绕在异形厚壁封头大口端并且两端都与中频电源6连接，

将端部空冷中频电缆二3单层紧密缠绕在异形厚壁封头大口端周围区域并且两端都与中频电源6连接，

将大接管空冷中频电缆一3单层蚊香形缠绕在大接管区域并且两端都与中频电源6连接，

将大接管空冷中频电缆二4单层蚊香形缠绕在大接管周围区域并且两端都与中频电源6连接，

将第五空冷中频电缆5平铺缠绕于电缆层其他区域，并且两端都与中频电源6连接；

优选地，将异形厚壁封头大口端朝上通过支撑架空安装在变位机上，将中频电源6安装在变位机台面上。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)根据本发明提供的中频加热装置，通过5根中频电缆的缠绕方式、缠绕位置、缠绕圈数和缠绕疏密情况，确保异形厚壁封头各处温度单独可控，且能精确到30℃以内。

(2)根据本发明提供的中频加热装置，本发明采用扁钢条通过保温棉直接贴和在中频电缆和保温层上，并通过电焊的形式进行加固，其加固速度快，不容易掉落，也能使加热电缆始终与异形厚壁封头紧密贴合(否则加热温度不可控)。

(3)根据本发明提供的中频加热装置，通过5根不同缠绕方式和缠绕在异形厚壁封头不同位置的空冷中频电缆与不同的中频电源相连，实现各空冷中频电缆的功率的精确控制，以达到精确控制异形厚壁封头各区域温度的作用。通过一系列检验，验证了工艺的可靠性。

(4)根据本发明提供的中频加热方法，针对厚壁大型异形厚壁封头而设计，可异形厚壁封头大口端朝上或者朝任何角度，安装在变位机上对异形厚壁封头进行加热，以实现异形厚壁封头内壁堆焊，具有加热温度范围广，加热温度均匀，可进行预热和后热，结构设计新颖，安装方便，实用性强，并且与火焰加热相比，加热效率极高，极大节省能源，改善工作环境。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的厚壁异形厚壁封头中频加热工装布置整体结构示意图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的厚壁异形厚壁封头中频加热工装布置整体结构侧视图；

图3示出根据本发明一种优选实施方式的异形厚壁封头外壁、保温隔离层、空冷中频电缆层和辅助支架的局部剖视示意图；

附图标号说明：

100-空冷中频电缆层

1-端部空冷中频电缆一

2-端部空冷中频电缆二

3-大接管空冷中频电缆一

4-大接管空冷中频电缆二

5-第五空冷中频电缆

6-中频电源

7-保温隔离层

8-辅助支架

9-阻断装置

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本发明提供的中频加热装置，如图1-3所示，该中频加热装置包括包覆在异形厚壁封头外部的空冷中频电缆层100和中频电源6，所述空冷中频电缆层100包括端部空冷中频电缆一1，端部空冷中频电缆二2，大接管空冷中频电缆一3，大接管空冷中频电缆二4，第五空冷中频电缆5。

所述端部空冷中频电缆一1，端部空冷中频电缆二2，大接管空冷中频电缆一3，大接管空冷中频电缆二4和第五空冷中频电缆5的两端都分别与中频电源6相连。

在一个优选的实施方式中，所述五根电缆分别缠绕在异形厚壁封头的不同区域，且疏密适中。

通过电磁感应的方式对异形厚壁封头实现不同区域可控可调的加热，确保异形厚壁封头各区域的温度在50～350℃可控，且加热温度的温差保证在30℃以内。

在一个优选的实施方式中，所述端部空冷中频电缆一1围绕异形厚壁封头大口端口单层紧密缠绕，其目的是使最难加热的异形厚壁封头大口端温度达到要求(由于防变形装置位于封头大口端最外侧，其温度散失较快，兼顾异形厚壁封头防变形装置与封头连接处的温度)。

由于异形厚壁封头大口端面积大，散热快，单层紧密缠绕的缠绕方式可以减少电磁能损失，增强电磁力，减少通电时由于振动导致的线圈匝间的摩擦，减少绝缘层的损坏，增加电缆的使用寿命。

所述端部空冷中频电缆二2围绕异形厚壁封头大口端与空冷中频电缆一1并列单层紧密缠绕(中间用阻断装置隔开)，其目的是对异形厚壁封头大口端中间部位进行加热。

异形厚壁封头防变形装置是防止异形厚壁封头在热处理时产生变形的一种必要装置，可以确保异形厚壁封头热处理按质完成，不会影响整个工艺流程。

所述大接管空冷中频电缆一3围绕异形厚壁封头大接管区域单层蚊香形缠绕，大接管空冷中频电缆二4围绕异形厚壁封头大接管周围区域单层蚊香形缠绕，其目的是使异形厚壁封头大接管区域和与大接管靠近的大接管周围区域均匀加热，达到预热及后热要求。

所述第五空冷中频电缆5在异形厚壁封头空冷中频电缆层其他区域均匀单层缠绕，且不与其他电缆交叉或重叠，其目的是使异形厚壁封头外表面上除大接管和端部以外的其他部位均匀加热，包括各个孔位和异形厚壁封头其他区域，以保证异形厚壁封头整体的温度达到要求，不会因为过冷或过热造成设备损坏。

在一个优选的实施方式中，空冷中频电缆层100中的五种电缆缠绕圈数为3-5圈。

在所述异形厚壁封头与空冷中频电缆层之间还设置有保温隔离层7，通过保温隔离层7将空冷中频电缆层与异形厚壁封头隔离开。

所述保温隔离层7同时具有保温作用和耐高温作用，并且具有一定的结实性，能够很好地对异形厚壁封头外壁进行保温，且能将空冷中频电缆与高温的异形厚壁封头隔离开来。

优选地，所述保温隔离层7外部缠绕五种中频空冷电缆的缠绕圈数为3-5圈，其目的是使电缆产生的电感量在需要的范围内，确保与中频电源6一起工作时，其谐振频率在5kHz至13kHz范围内。

同时，在所述保温隔离层7外部缠绕五种中频空冷电缆，可以达到对壁厚比较厚的异形厚壁封头进行中频加热，保证异形厚壁封头整体的温度在50℃至350℃之间，且在该温度范围内可任意调整其数值，保证各处温差不大于30℃。

所述中频加热装置上还设置有辅助支架8，

优选地，所述辅助支架8环绕并扣压在空冷中频电缆层上，通过所述辅助支架8将所述空冷中频电缆层固定在异形厚壁封头上。

在所述辅助支架8靠近空冷中频电缆层的一侧上设置有隔热贴层，

更优选地，所述辅助支架8包括由扁钢条制成的非闭合的类圆环，或者所述辅助支架8包括由绝缘材料制成的闭合圆环。

所述非闭合的类圆环为首尾不相连的近似圆环形状，但不形成闭合结构。

所述绝缘材料为耐高温绝缘材料，且为在允许电压下不导电的固体耐高温绝缘材料，但不是绝对不导电的材料，在一定外加电场强度作用下，也会发生导电、极化、损耗、击穿等过程，而长期使用还会发生老化。

所述耐高温绝缘材料可以选自聚四氟乙烯、云母、玻璃纤维布层压板、陶瓷、保温棉及其制品中的一种或多种。

所述辅助支架8用于对中频空冷电缆层和保温隔离层7进行刚性固定，防止其松散坠落。

优选地，所述辅助支架8固定方向与中频空冷电缆方向相同，必要时放入保温棉等耐热材料将中频空冷电缆层与辅助支架7分开，防止辅助支架7过热受损；

所述中频加热装置上还设置有阻断装置9，该阻断装置9为一段环形的封闭导体，其连接方式可以为中频空冷电缆缠绕一圈头尾相连，也可以为其他方式的封闭导体。

所述阻断装置9可以防止相邻两根空冷中频电缆在加热时，由于其通过的电流的频率和相序不同而发生互相干扰，使加热效果变差。

根据本发明提供的中频加热方法，该中频加热方法包括以下步骤：

步骤1，将异形厚壁封头和空冷中频电源安装在变位机上，并将空冷中频电缆层100与中频电源6连接；

步骤2，连通中频电源6，对异形厚壁封头进行预热；

步骤3，保持中频电源6连通，进行焊接操作，同时维持厚壁封头的温度；

步骤4，完成焊接后对异形厚壁封头进行后热操作。

步骤1中，

将端部空冷中频电缆一1单层紧密缠绕在异形厚壁封头大口端并且两端都与中频电源6连接，

将端部空冷中频电缆二3单层紧密缠绕在异形厚壁封头大口端周围区域并且两端都与中频电源6连接，

将大接管空冷中频电缆一3单层蚊香型缠绕在大接管区域并且两端都与中频电源6连接，

将大接管空冷中频电缆二4单层蚊香型缠绕在大接管周围区域并且两端都与中频电源6连接，

将第五空冷中频电缆5平铺缠绕于电缆层其他区域，并且两端都与中频电源6连接；

优选地，将异形厚壁封头大口端朝上通过支撑架空安装在变位机上。

所述变位机带有旋转功能和翻转功能，将异形厚壁封头大口端朝上通过支撑架空安装在变位机上后，可以实现焊接设备与变位机的联动作用。

所述中频电源6设置有多个，通过输出不同的中频电流分别控制异形厚壁封头大口端、异形厚壁封头防变形装置、大接管区域、大接管周围区域和电缆层其他区域的温度。

在一个优选的实施方式中，对异形厚壁封头整体预热8小时即可达到160℃，可24小时持续保温；

本申请所述异形厚壁封头加热装置为核电产品，在堆焊时不仅可以保证堆焊质量，同时可以保证加热温度均匀，避免温度过高产生的热裂纹以及温度过低产生的冷裂纹，可以达到严格控制温度的效果。

所述异形厚壁封头加热装置可以对各区域同时均匀到达温度要求，在确保异形封头温度均匀性的基础上，还有利于防止封头发生变形，有利于堆焊时不产生裂纹，也有利于堆焊时其他个别区域温度偏高或者偏低。

所述中频加热装置可以作用的壁厚范围为20-300mm，可以对薄厚不均、存在各种不规则突起、孔或者接管的异形厚壁封头进行预热和后热。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种异形厚壁封头中频加热装置，其特征在于，

该中频加热装置包括包覆在异形厚壁封头外部的空冷中频电缆层(100)和中频电源(6)，所述空冷中频电缆层(100)包括端部空冷中频电缆一(1)、端部空冷中频电缆二(2)、大接管空冷中频电缆一(3)、大接管空冷中频电缆二(4)和第五空冷中频电缆(5)。

2.根据权利要求1所述的中频加热装置，其特征在于，所述端部空冷中频电缆一(1)、端部空冷中频电缆二(2)、大接管空冷中频电缆一(3)、大接管空冷中频电缆二(4)和第五空冷中频电缆(5)的两端都分别与中频电源(6)相连。

3.根据权利要求1或2所述的中频加热装置，其特征在于，所述中频电源(6)设置有多个，通过输出不同的中频电流分别控制异形厚壁封头大口端、异形厚壁封头大口端周围区域、大接管区域、大接管周围区域和电缆层其他区域的功率，从而控制温度。

4.根据权利要求1至3之一所述的中频加热装置，其特征在于，

所述端部空冷中频电缆一(1)围绕异形厚壁封头大口端口单层紧密缠绕；

所述端部空冷中频电缆二(2)围绕异形厚壁封头大口端周围区域单层紧密缠绕；

所述单层紧密缠绕为缠绕过程中电缆不发生重叠或交叉的缠绕方式；

所述大接管空冷中频电缆一(3)围绕异形厚壁封头大接管区域单层蚊香形缠绕；

大接管空冷中频电缆二(4)围绕异形厚壁封头大接管周围区域单层蚊香形缠绕；

所述第五空冷中频电缆(5)在异形厚壁封头空冷中频电缆层其他区域均匀单层缠绕，且不与其他电缆交叉或重叠；

优选地，缠绕圈数为3-5圈。

5.根据权利要求1至4之一所述的中频加热装置，其特征在于，

在所述异形厚壁封头与空冷中频电缆层之间还设置有保温隔离层(7)，通过保温隔离层(7)将空冷中频电缆层与异形厚壁封头隔离开。

6.根据权利要求1至5之一所述的异形厚壁封头中频加热装置，其特征在于，

所述中频加热装置上还设置有辅助支架(8)，

优选地，所述辅助支架(8)环绕并扣压在空冷中频电缆层上，通过所述辅助支架(8)将所述空冷中频电缆层固定在异形厚壁封头上。

7.根据权利要求6所述的异形厚壁封头中频加热装置，其特征在于，

在所述辅助支架(8)靠近空冷中频电缆层的一侧上设置有隔热贴层；

优选地，所述辅助支架(8)包括由扁钢条制成的非闭合的类圆环，或者所述辅助支架(8)包括由绝缘材料制成的闭合圆环。

8.根据权利要求1至7之一所述的中频加热装置，其特征在于，

所述在异形厚壁封头的大口端口外侧还设置有阻断装置(9)，通过该阻断装置防止端部空冷中频电缆一(1)和端部空冷中频电缆二(2)在加热时相互干扰；

优选地，该阻断装置(9)为环形的封闭导体。

9.一种异形厚壁封头中频加热方法，优选采用权利要求1至8之一所述的装置进行加热，优选地，所述方法包括以下步骤：

步骤1，将异形厚壁封头和空冷中频电源安装在变位机上，并将空冷中频电缆层100与中频电源6连接；

步骤2，连通中频电源(6)，对异形厚壁封头进行预热；

步骤3，保持中频电源(6)连通，进行焊接操作，同时维持厚壁封头的温度；

步骤4，完成焊接后对异形厚壁封头进行后热操作。

10.根据权利要求9所述的中频加热方法，其特征在于，步骤1中，

将端部空冷中频电缆一(1)单层紧密缠绕在异形厚壁封头大口端并且两端都与中频电源(6)连接，

将端部空冷中频电缆二(2)单层紧密缠绕在异形厚壁封头大口端周围区域并且两端都与中频电源(6)连接，

将大接管空冷中频电缆一(3)单层蚊香形缠绕在大接管区域并且两端都与中频电源(6)连接，

将大接管空冷中频电缆二(4)单层蚊香形缠绕在大接管周围区域并且两端都与中频电源(6)连接，

将第五空冷中频电缆(5)平铺缠绕于电缆层其他区域，并且两端都与中频电源(6)连接；

优选地，将异形厚壁封头大口端朝上通过支撑架空安装在变位机上，将中频电源(6)安装在变位机台面上。

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