CN207468684U - 一种管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置，此辅助装置包括保温层结构及防护装置，此辅助装置有利于热处理时解决蒸汽发生器中管板组件与下封头组件环焊缝处厚度较大、结构复杂并且各部件材质不同的温度控制问题。

Description

一种管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置

技术领域

本实用新型涉及焊缝热处理辅助装置，具体涉及一种蒸汽发生器管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置。

背景技术

目前，国内外制造的蒸汽发生器大多数是由管板组件(或称作为下筒体组件)，封头组件及管束组件等组成。管板组件与下封头组件之间的环焊缝是作为总装焊缝，而一次侧接管的安全端和U形换热管也均已完成装配和焊接。蒸汽发生器管板与下封头的焊接是整台产品后期总装的重要工序，此时，管板上装有上万根换热管并完成了管端焊接，管板中心位置也装焊有水室隔板，而下封头也已经完成了水室隔板的装焊，管板与下封头的焊接，不仅要完成两者对接的环缝的焊接，也要完成两组水室隔板对接缝的焊接。焊接过程及焊缝打磨中产生的飞溅及烟尘容易伤及管板一次侧表面并存留于换热管内壁，给产品清洁带来不利。焊接完成后，为了降低焊接残余应力，改善焊缝和热影响区组织，提高焊接接头的韧性及母材综合力学性能，防止变形，稳定结构尺寸等，焊后还需对焊缝局部进行热处理。

由于蒸汽发生器管板组件与下封头组件结构复杂，各部件材质各不相同，其中，管板与下封头均为SA-508Gr3Cl1锻件，但管板内部堆焊镍基合金，而下封头内部堆焊不锈钢；一次侧接管端部安全端材料为SA-182F316不锈钢锻件；管板上U形换热管的材料为镍基合金Incoloy 800管。不同的材质导致相邻部件比热差异大，散热状态不同，再加上不锈钢和镍基合金材质的敏化温度不同，热处理时既要保证环焊缝局部达到所需要的焊后热处理温度，又要保证一次侧接管安全端和U形换热管的温度不超过敏化温度，因此温度梯度不容易控制，为局部热处理增加了相应的难度。

同时，由于本核电设备蒸汽发生器管板组件与封头组件接头处厚度为158mm，厚度较大，容易受热不均匀；封头为圆弧面，圆弧面的结构特殊，不方便进行热处理，且环焊缝距离换热管表面太近，仅为约400mm，不容易控制换热管的受热程度；可以看出，管板组件与下封头组件的整体结构较复杂，因此，热处理时的温度梯度变化规律不容易判断，同时由于环焊缝、一次侧接管的安全端以及U型换热管的特殊材质也导致对热处理温度的控制要求又极高。所以，必须严格控制热处理时温度场的分布。

由于上述原因，本发明人对现有的管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置进行了深入研究，以便研制出能够解决上述问题的热处理辅助装置。

实用新型内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置，该辅助装置对焊缝周围设置防护工装及保温层等，既解决了蒸汽发生器中管板组件与下封头组件环焊缝处厚度较大、结构复杂并且各部件材质不同的温度控制问题，又避免了管板一次侧表面被划伤，同时防止热处理过程中产生的热量及污染物进入换热管内。

具体来说，本实用新型的目的在于提供以下方面：

(1)一种管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置，所述管板组件包括管板1，在所述管板1上设置有管孔11，在所述管孔11内安装有换热管2，在所述管板1一次侧设置有一次侧接管5，所述下封头组件包括下封头6以及所述下封头内部的水室隔板7，所述辅助装置包括在所述热处理工艺之前对管板组件与下封头组件周围所设置的保温及防护装置。

(2)根据(1)所述的管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置，所述保温及防护装置包括，在管板组件与下封头组件环焊缝周围设置的保温层。

(3)根据(1)所述的管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置，所述保温及防护装置还包括热电偶夹持工装9，所述热电偶夹持工装9穿过热电偶插入孔32，并插入至换热管2内。

(4)根据(1)所述的管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置，所述保温及防护装置还包括，水室隔板(7)是水平的。

(5)根据上述(1)所述的管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置，所述保温及防护装置还包括，在所述管板1的一次侧表面安装不锈钢防护工装。

(6)根据上述(5)所述的管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置，所述不锈钢防护工装包括不锈钢薄板3和定位卡具4，所述不锈钢薄板3至少有两块，在所述不锈钢薄板3上设置安装孔31和热电偶插入孔32；通过所述定位卡具4将不锈钢薄板3固定于管板1一次侧表面。

(7)根据上述(6)所述的管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置，所述定位卡具4包括相匹配的芯轴41、螺母42、垫圈43和膨胀套44，所述膨胀套44、垫圈43、螺母42依次安装在所述芯轴41上；所述芯轴41上装有膨胀套44的一端穿过不锈钢薄板3的安装孔31，并置入到换热管2内，通过旋转拧紧螺母42将不锈钢薄板3固定于管板1的一次侧表面。

本实用新型所具有的有益效果包括：

(1)通过设置此种辅助装置，使得热处理时对加热温度能严格有效控制，使得局部热处理升温、保温、降温等过程稳定，不会出现有害温度梯度；

(2)通过设置此种辅助装置，使得管孔区和安全端等敏感区域未超过敏化温度，未出现敏化现象；

(3)通过设置此种辅助装置，使得管板组件与下封头组件的环焊缝局部得到了有效的焊后热处理，消除了残余应力。

(4)通过设置此种辅助装置，避免了管板一次侧表面被划伤以及保证了管孔和换热管内的清洁。

附图说明

图1示出管板组件和下封头组件结构图；

图2示出管板一次侧表面设置不锈钢防护工装的截面图；

图3示出不锈钢防护工装中的定位卡具及其所在管板管孔截面的局部放大图；

图4示出本实用新型提供的一种优选实施方式的膨胀套剖视图；

图5示出膨胀套的左端头和右端头剖视图；

图6示出本实用新型提供的一种优选实施方式的垫圈的剖视图；

图7示出垫圈的右视图；

图8示出热电偶夹持工装图。

附图标号说明：

1-管板

11-管孔

2-换热管

3-不锈钢薄板

31-安装孔

32-热电偶插入孔

4-定位卡具

41-芯轴

411-前端

412-后端

42-螺母

43-垫圈

431-圈体

432-凸起

44-膨胀套

441-左端头

442-右端头

443-中空管部

444-豁槽

5-一次侧接管

6-下封头

7-水室隔板

8-柔性耐高温衬垫

9-热电偶夹持工装

91-热电偶夹持工装上的热电偶插入孔92-杆帽段

93-直杆段

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型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。

根据本实用新型提供的一种管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置，所述管板组件包括管板1，在所述管板1上设置有管孔11，在所述管孔11内安装有换热管2，在所述管板1一次侧设置有一次侧接管5，所述下封头组件包括下封头6以及所述下封头内部的水室隔板7，所述辅助装置包括在所述热处理工艺之前对管板组件与下封头组件周围所设置的保温及防护装置。

在所述热处理工艺之前对管板组件与下封头组件周围设置保温及防护装置。参照图1所示，由于蒸汽发生器管板组件与下封头组件结构复杂，而且各部件材质各不相同，其中，管板1与下封头6均为SA-508Gr3Cl1锻件，但管板1内部堆焊镍基合金，而下封头6内部堆焊不锈钢；一次侧接管5端部安全端材料为SA-182F316不锈钢锻件；管板上U形换热管2的材料为镍基合金Incoloy 800管。相邻部件比热差异大，散热状态不同，所以要严格控制温度梯度，所以热处理前要对管板组件与下封头组件周围保温及防护装置。

所述保温及防护装置包括，在所述管板组件与下封头组件环焊缝周围设置的保温层。对下封头内、外壁以及下筒体外壁距离焊缝边缘约上下各65cm范围内布置保温层保温，安全端不保温，安全端上设置热电偶进行温度检测，保证在热处理过程中温度不得超过427℃。设置保温层可以使得加热时温度场分布比较均匀，避免不必要的热量损失及有害温度梯度现象。

在环焊缝周围布置保温层之前还要先布置加热器，在环焊缝外壁布置履带式陶瓷电加热器30片，沿环焊缝两侧对称布置。环焊缝内壁布置履带式陶瓷电加热器14片。每片加热器的额定功率为10KW。

环焊缝外壁的加热器外布置保温层为2层，宽度为1000m。每层厚度约为50mm。为减少温度梯度，热处理时可在封头上尽量布置一层保温层。由于封头形状及封头上接管限制，封头上不必布满保温层。

环焊缝内壁布置的加热器自带保温棉，保温棉外设有不锈钢外壳。加热器宽度为660mm，保温棉加上不锈钢外壳的宽度约680mm。由于重力作用，环焊缝内壁的加热器需要通过工装支撑，所述工装一端固定在封头水室隔板上，一端压在加热器上。

环焊缝外壁的加热器及保温层通过环向的扁钢带固定。

在热处理时，由温度控温柜根据环焊缝上设置的热电偶采集的温度，并根据热处理曲线输入的程序实时控制加热器的功率。加热器的功率使用率一般为50～80％。

对于局部热处理，必须设置保温层以保证热量不散失，达到热处理温度，同时减少有害的温度梯度的作用。保温层材质为高纯型硅酸铝保温棉。

所述保温及防护装置还包括，在所述管板的一次侧表面设置不锈钢防护工装；参照图3所示，所述不锈钢防护工装包括不锈钢薄板3和定位卡具4，所述不锈钢薄板3至少为两块，在所述不锈钢薄板3上设置安装孔31以及热电偶插入孔32；通过所述定位卡具4将不锈钢薄板3固定于管板1一次侧表面。所述不锈钢薄板3厚度为0.3mm～0.5mm，所述不锈钢薄板3的宽窄需根据下封头的人孔或者接管孔的大小进行确定，以拆除时能够从孔拿出来且尽量大为原则。

设置不锈钢防护工装是为了防止管板和下封头焊接及打磨焊缝和布置热处理工装时，划伤管板一次侧表面，同时防止焊接和打磨焊缝过程中以及热处理过程中产生的热量及污染物进入换热管内。

参照图3所示，所述定位卡具4包括相匹配的芯轴41、螺母42、垫圈43和膨胀套44，所述膨胀套44、垫圈43、螺母42依次安装在所述芯轴41上；所述芯轴41上装有膨胀套44的一端穿过不锈钢薄板3的安装孔31并置入到换热管2内，通过旋转拧紧螺母42将不锈钢薄板3固定于管板1的一次侧表面。

设置这样的定位卡具，可以方便牢固地将不锈钢薄板安装固定于管板1的一次侧表面。

在一个优选的实施方式中，参照图3所示，所述芯轴41包括前端411和后端412，在所述后端412上开设有螺纹，所述芯轴的前端411呈圆锥台型，随着逐渐远离螺纹，所述圆锥台的截面面积逐渐变大，更优选地，所述后端412的螺纹上设置有两个平面，可以方便夹持。

在一个优选的实施方式中，参照图4所示，所述膨胀套44包括中空的左端头441、中空的右端头442和位于中部的中空管部443；参照图5所示，在所述左端头441和右端头442上都开设有沿着膨胀套44长度方向延伸的豁槽444。该两端端头更优选地设置为球面结构，内孔为锥形结构；更优选地，所述膨胀套两端沿着膨胀套44长度方向分别开设有3～4条豁槽444。

在一个优选的实施方式中，参照图3和图4所示，所述芯轴41上的前端411穿过膨胀套44的左端头441和中空管部443，并嵌入到膨胀套44的右端头442内。

所述的膨胀套44两端设计成球面结构，可以使其与换热管2良好接触；内孔设计成锥形结构，并将两端各切出3～4条豁槽444，并且两端槽不相通，使得膨胀套44两端能扩大或收缩，实现了两端的活动性，在旋转拧紧螺母42时，芯轴41及垫圈43将膨胀套44外径撑大，从而实现固定防护板组件3的功能；在打开螺母42时，膨胀套44两端缩小，芯轴41带着膨胀套44可以方便被取出，从而实现方便安装和拆卸的功能。

在一个优选的实施方式中，参照图6和图7所示，所述垫圈43包括圆环状圈体431，在所述圈体431的中心处设置有朝向管板1方向凸出的凸起432，所述凸起432是中空的锥形环状凸起。

在一个优选的实施方式中，参照图3和图6所示，所述凸起432紧贴在芯轴41上，并嵌入到换热管2内；所述凸起432同时还嵌入到所述膨胀套44的左端头441内。这种垫圈结构不但可以缓冲螺母42和不锈钢薄板3之间的作用力，还可以有效地密封管孔11和换热管2。

在一个优选的实施方式中，参照图3所示，在所述不锈钢薄板3和管板1一次侧表面之间设置有柔性耐高温衬垫8，优选为防火布或者保温棉。在管板和下封头的焊接、焊后热处理的高温环境下，设置柔性耐高温衬垫8有助于防止管板一次侧安全端和U型换热管的敏化问题。

在一个优选的实施方式中，所述不锈钢薄板3安装后用耐高温胶带粘接各块不锈钢薄板3拼缝处。在各块不锈钢薄板3拼缝处粘接耐高温胶带，可以更好地防护飞溅和污染物进入管板管孔11和换热管2内，更有利于两者的清洁。

所述管板一次侧不锈钢防护工装，可有效地在管板和下封头焊接、打磨以及焊后热处理过程中对管板一次侧表面以及换热管进行防护，既保证了管板管孔和换热管内的清洁，又避免了划伤管板一次侧表面。

所述保温及防护装置还包括设置的热电偶夹持工装9，如图8所示；为了控制各部件热处理温度，要进行温度测量，所以设置了热电偶。为了监测管板一次侧管孔附近的温度，需要将热电偶的测温端布置在管孔内壁(即换热管内壁)距离管端约25mm位置处，测温用铠装热电偶，其直径为Φ4mm，必须通过固定工装将端头紧密接触至换热管内壁。参照图8所示，具体来说，所述热电偶夹持工装9包括直径尺寸略小于换热管内径的直杆段93，还包括直径尺寸大于换热管内径的杆帽段92，在该工装端部钻一斜孔，从杆帽段92钻入，从直杆段93上钻出，即所述斜孔为直通孔(即为热电偶夹持工装上的热电偶插入孔91)，其内径尺寸略大于或等于4mm，热电偶从杆帽段92插入，从直杆段93探出，将该工装9穿过热电偶插入孔32，并插入换热管2内后，热电偶通过挤压与换热管内壁紧密接触，达到精确测温的目的。

所述保温及防护装置还包括，水室隔板7是水平的。旋转管板组件和下封头组件，使得所述水室隔板7设置处于水平状态。水室隔板处于水平方位，一方面便于内部工装固定内壁加热器；另一方面，当水室隔板处于水平，蒸汽发生器U形换热管为竖直方位，可以避免在热处理时，几千根换热管水平方位的重力变形。

本实用新型所提供的热处理辅助装置在环焊缝周围设置有保温及防护装置，既解决了蒸汽发生器中管板组件与下封头组件环焊缝处厚度较大、结构复杂并且各部件材质不同的温度难于控制问题，使得热处理时未出现有害温度梯度，未出现敏化现象，该辅助装置又避免了管板一次侧表面被划伤，同时防止热处理过程中产生的热量及污染物进入换热管内，保证了换热管内的清洁。

实施例：

对30万瓦核电蒸汽发生器的管板组件和下封头组件的环焊缝做热处理，在热处理前对环焊缝及其周围设置保温及防护装置；包括环焊缝及其周围设置保温层，在管板的一次侧表面安装不锈钢防护工装，在管板组件与下封头组件环焊缝周围铺设加热器；在热电偶插入孔插入热电偶夹持工装。

在环焊缝外壁布置履带式陶瓷电加热器30片，沿环焊缝两侧对称布置；环焊缝内壁布置履带式陶瓷电加热器14片。每片加热器的额定功率为10KW。

在管板组件与下封头组件环外侧的焊缝周围设置保温层，环焊缝外壁的加热器外布置保温层为2层，宽度为1000m。每层厚度约为50mm。为减少温度梯度，热处理时可在封头上尽量布置一层保温层，由于封头形状及封头上接管限制，封头上不必布满保温层。

环焊缝外壁的加热器及保温层通过环向的扁钢带固定。

环焊缝内壁布置的加热器自带保温棉，保温棉外有不锈钢外壳。加热器宽度为660mm，含保温棉及外壳后的宽度约680mm。

由于重力作用，环焊缝内壁的加热器需要通过工装支撑，所述工装一端固定在封头水室隔板上，一端压在加热器上。

保温层材质为高纯型硅酸铝保温棉。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前”“后”等指示的方位或位置关系为基于本实用新型工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上结合了优选的实施方式对本实用新型进行了说明，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，可以对本实用新型进行多种替换和改进，这些均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置，所述管板组件包括管板(1)，在所述管板(1)上设置有管孔(11)，在所述管孔(11)内安装有换热管(2)，在所述管板(1)一次侧设置有一次侧接管(5)，所述下封头组件包括下封头(6)以及所述下封头内部的水室隔板(7)，其特征在于，所述辅助装置包括在所述管板组件与下封头组件周围所设置的保温及防护装置。

2.根据权利要求1所述的一种管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置，其特征在于，所述保温及防护装置包括，在管板组件与下封头组件环焊缝周围设置的保温层。

3.根据权利要求1所述的一种管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置，其特征在于，所述保温及防护装置还包括热电偶夹持工装(9)，所述热电偶夹持工装(9)穿过热电偶插入孔(32)，并插入至换热管(2)内。

4.根据权利要求1所述的一种管板组件与下封头组件环焊缝局部热处理辅助装置，其特征在于，所述保温及防护装置还包括，水室隔板(7)是水平的。