CS277577B6 - Method of attaching a neck by welding it to a vert thick portion of a wall - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu připevňování hrdla přivařením k části stěny značné tloušťky, zejména pak, nikoliv však výhradně, způsobu připevňování hrdel k prsténci pro usazení hrdel nádoby jaderného reaktoru s lehkou vodou.

Jaderné reaktory s lehkou vodou a zejména jaderné reaktory s tlakovou vodou zahrnují nádobu obvykle válcového tvaru, uzavřenou bombírovanými dny. Válcová část nádoby sestává z vykovaných prsténců, které se při montáži nádoby k sobě svaří tupým svarem. V jednom z těchto prsténců, označovaném jako prsténec pro usazení hrdel, jsou ve stěně upraveny otvory, na něž se připevní hrdla určená k napojení na potrubí tvořící horké a studené větve smyček primárního okruhu.

Způsob, až dosud nejvíce používaný pro připevnění hrdel na prsténec pro usazení hrdel, spočívá ve vytvoření otvorů, procházejících stěnou prsténce, o průměru větším než je vnější průměr hrdla, které se vsune do otvoru v celé tloušťce stěny prsténce. Oblasti, obrobené souhlasně na hrdle a v otvoru prsténce, vytvářejí jedno nebo několik zkosení pro svary, která se pak vyplní přídavným kovem na vnější a/nebo vnitřní straně prsténce. Tento úkon se provádí automatickým svařováním pod tavidlem.

U jaderných reaktorů, jejichž nádoba má průměr řádově 4,50 metru, je tloušťka stěny prsténce pro usazení hrdel o něco menší než 300 mm, kterážto tloušťka je prakticky stejná ve všech částech prsténce.

Dále byl navržen odlišný způsob připevňování hrdel k prsténci pro usazení hrdel. Tento způsob spočívá ve vytvoření otvorů v prsténci pro usazení hrdel, jejichž· průměr vpodstatě odpovídá vnitřnímu průměru hrdla, které se připevní svarem v celé tloušťce stěny prsténce na prodloužení otvoru s vnější strany.prsténce.

Tento způsob připevnění hrdla, kdy toto je nasazeno, tedy položeno na vnější povrch prsténce, se označuje anglickým termínem set-on na rozdíl od výše popsaného způsobu připevnění, kdy hrdlo je zasazeno do otvoru v prsténci, kterýžto způsob připevnění se označuje anglickým termínem set-in.

Uspořádání set-on podle druhého způsobu připevnění je theoreticky výhodnější oproti uspořádání set-in, poněvadž případná vada svaru, mající za následek poruchu, by znamenala druh nehody předvídaný v bezpečnostních předpisech jaderných elektráren, kterážto nehoda je ekvivalentní prasknutí potrubní větve primárního okruhu, které se projeví únikem chladivá ve velmi značném množství.

U uspořádání set-in je vada svaru na hrdle, mající za následek prasknutí, příčinou nehody rovnající se prasknutí nádoby.

Avšak uspořádání set-on vyžaduje použití prsténce pro usazení hrdel o větší tloušťce stěny a přítomnost vyvýšených částí nad úroveň vnějšího povrchu tohoto prsténce, na nichž jsou hrdla uložena. Není totiž možno uskutečnit automatické navařování hrdla pod tavidlem v oblasti, která je v jedné rovině s vnějším povrchem prsténce, vzhledem k potřebnému prostoru pro svařovací hlavu.

V případě nádoby reaktoru o průměru kolem 4,50 m je tudíž nutné použít prsténce pro usazení hrdel, jehož tloušťka stěny je řádově 400 mm v průběžné části a která může dosáhnout 450 mm v úrovni vyvýšených částí, na nichž jsou uložena hrdla. Vykování takovýchto prsténců vyžaduje použití výchozích ingotů velmi vysoké hmotnosti, řádově 350 tun.

Kromě toho je automatické přivařování hrdel pod tavidlem choulostivou operací, která vyžaduje četné kontroly.

Obecně nebyl pro reaktory nebo nádoby jakéhokoliv typu o značné tloušťce stěny, například nad 100 mm, znám způsob připevnění hrdel přivařením, jehož uskutečnění by bylo jednoduché a provádění trvalo kratší dobu a který by umožnil vytvořit svary velmi dobré jakosti.

Účelem vynálezu proto je, poskytnout způsob připevnění hrdla přivařením k části stěny značné tloušťky, v kteréžto části stěny je vytvořen nejméně jeden průchozí otvor, jehož průměr je prakticky roven vnitřnímu průměru hrdla, přičemž hrdlo je přivařeno v celé tloušťce své stěny v prodloužení otvoru na jedné z bočních stran stěny, kterýžto způsob umožňuje zjednodušit provádění svařování a zkrátit dobu potřebnou k jeho provádění, přičemž je jím možno vytvořit svary velmi dobré jakosti a použít stěny omezené tloušťky.

K tomuto cíli se na koncové části hrdla 23 vytvoří přípojná plocha 24 tvaru komolého kužele, jejíž osa splývá s osou hrdla

23. mající poloviční vrcholový úhel v rozmezí 30 až 60° a rozměr příčného řezu zmenšující se směrem ke koncové části hrdla 23., na části stěny 20 a pouze na části její tloušťky se vytvoří v úrovni otvoru 22 a souose s tímto otvorem přípojná plocha 25 tvaru komolého kužele odpovídajícího tvaru přípojné plochy 24 hrdla 23, vyúsťující na vnější boční stranu stěny 20 a rozevírající se směrem k této boční straně stěny 20,, pak se přípojné plochy 24., 25 hrdla 23 a stěny 20 k sobě přiloží a svazkem elektronů se jediným tahem a bez přídavného kovu přivaří hrdlo 23 na část stěny 20 v jejich přípojných plochách 24. 25 na vnější boční straně stěny

20.

K lepšímu objasnění vynálezu je v dalším, jakožto neomezující příklad a s přihlédnutím k připojeným výkresům, popsáno jedno provedení způsobu podle vynálezu na prsténci pro usazení hrdel, který tvoří část nádoby jaderného reaktoru s tlakovou vodou.

Obr. 1 znázorňuje pohled v příčném řezu v úrovni hrdel na polovinu prsténce pro usazení hrdel majícího uspořádání set-in.

Obr. 2 znázorňuje pohled v příčném řezu, analogický pohled na obr. 1, na polovinu prsténce pro usazení hrdel majícího uspořádání set-on podle dosavadního stavu techniky.

Obr. 3 znázorňuje pohled v příčném řezu, analogický pohledům na obr. 1 a 2, na prsténec pro usazení hrdel, mající uspořádání set-on a vyrobený způsob podle vynálezu.

Obr. 4A a 4B znázorňují pohledy v osovém řezu podle čáry

4- 4 na obr. 1, na prsténec pro usazení hrdel, mající uspořádání set-in před a po navaření hrdla.

Obr. 5A a 5B znázorňují pohledy v osovém řezu podle čáry

5- 5 na obr. 2, na prsténec pro usazení hrdel, mající uspořádání *set-on podle dosavadního stavu techniky, před a po navaření hrdla.

Obr. 6A a 6B znázorňují pohledy v osovém řezu podle čáry

6- 6 na obr. 3, na prsténec pro usazení hrdel, vytvořený způsobem podle vynálezu, před a po navaření hrdla.

Obr. 7 představuje pohled ve zvětšeném měřítku v osovém řezu, znázorňující hrdlo přivařené způsobem podle vynálezu k prsténci a uvnitř obložené nerezavějící ocelí.

Na obr. 8 je ve svislém řezu znázorněno zařízení pro’svařování svazkem elektronů, umožňující provádět způsob navařování podle vynálezu.

Na obr. 1, 4A a 4B je znázorněn prsténec 1, v němž byly opracováním vytvořeny otvory 2, jejichž průměr je větší než vnější průměr hrdel 3, která se mají navařit na prsténec 1.

Celý prsténec pro usazení hrdel, který je určen pro jaderný reaktor se čtyřmi okruhovými smyčkami, má osm otvorů, z nichž do každého se vloží hrdlo 3.· Hrdla 3 jsou dvojího druhu podle toho, jsou-li určena pro připojení na horkou větev nebo na studenou větev smyčky primárního okruhu. Hrdla obou typů se od sebe liší tím, že jejich díra má tvar bud válce nebo komolého kužele.

Hrdlo 3 a otvor 2 jsou obrobeny tak, aby vytvořily prsténcové okraje v odpovídajících si polohách, vymezující dvě svarová zkosení při zasunutí hrdla 3. do vnitřku otvoru 2.. Jedno ze svarových zkosení vyúsťuje na vnější stranu stěny prsténce pro usazení hrdel, druhé na vnitřní stranu. Sestava £ těchto dvou zkosení se vyplní přídavným kovem při automatickém svařování pod tavidlem.

• Z obr. 1 a 4B je patrné, že přídavný kov v sestavě 5 tvoří část přehrady oddělující tlakovou vodu uvnitř nádoby od vnějšího prostředí.

Na obr. 2, 5A a 5B je znázorněno druhé uspořádání prsténce pro usazení hrdel jaderného reaktoru s tlakovou vodou a způsob jeho vytvoření. Ve stěně prsténce 10 pro usazení hrdel jsou vytvořeny , průchozí otvory 12, jejichž průměr vpodstatě odpovídá vnitřnímu průměru hrdla 13.. Hrdla 13 jsou připojena k vnějšímu povrchu prsténce 10 pro usazení hrdel tak, že jejich vnitřní díra se nachází přesně v prodloužení otvoru 12 v prsténci 10. Hrdla 13 jsou připevněna k vnější stěně prsténce 10 v úrovni prsténcových vyvýšených částí 14 obklopujících každý z otvorů 12.

Každé z hrdel 13 je připevněno svarem v celé své tloušťce k příslušné vyvýšené části 14. Přídavný kov 15 je možno uložit automatickým svařováním pod tavidlem v jediném svarovém zkosení podél vnějšího obvodu hrdla 13.. Odpovídající si spodní plocha hrdla a horní plocha vyvýšené části 14 vymezují svarové zkosení a uzavírají je vůči vnitřku.

Jak je patrné na obr. 2 a 5B, tvoří přídavný kov 15 při· tomto uspořádání set-on” spojovací oblast mezi nádobou a příslušnou větví primárního okruhu. Porušení v úrovni spojovací oblasti tvořené přídavným kovem 15 se proto rovná prasknutí potrubní větve primárního okruhu, nikoliv však prasknutí nádoby.

Jak v případě uspořádání set-in znázorněné na obr. 1, 4A a 4B, tak v případě uspořádání set-on znázorněné na obr. 2, 5A a 5B musí být svařování k vytvoření svarových spojů přídavným kovem 5a 15 prováděno co nejpečlivěji a trvale kontrolováno, aby byla zabezpečena dokonalá jakost svarového spoje. Kromě toho se přečnívající okraje zkosení musí po částečném naplnění přídavným kovem odstranit obrobením.

Všechny tyto úkony, které se musí provést na vnější nebo vnitřní stěně prsténce pro usazení hrdel, jsou velmi choulostivé a vyžadují velmi dlouhou bodu.

V případě prsténce pro usazení hrdel, jehož průměr je přibližně 4,50 m, je tloušťka stěny tohoto prsténce 1, při uspořádání set-in, poněkud menší než 300 mm. Tlouštka hrdel činí 300 mm.

V případě uspořádání set-on znázorněné na obr. 2, 5A a 5B je při stejném průměru nádoby přibližně 4,50 m tloušťka průběžné části prsténce 10 přibližně 400 mm a tloušťka prsténce 10 v oblasti kolem otvorů 12 činí řádově 450 mm, poněvadž tloušťka prsténce £0 v této oblasti je větší následkem přítomnosti vyvýšených částí 14. Tloušťka hrdel, podél níž se provádí svarový spoj 15, činí řádově 150 mm.

Je tedy zřejmé, že uspořádání set-on, znázorněné na obr. 2, 5A a 5B, vyžaduje použití prsténce 10 značně větší tloušťky v porovnání s případem uspořádání set-in.

Přítomnost vyvýšených částí 14 je nutná k tomu, aby bylo možno provádět svařování v oblasti dostatečně vzdálené od vnějšího povrchu prsténce 10, aby byl takto umožněn pohyb svařovací hlavy.

Na obr. 2 a 6B je znázorněn prsténec 20 pro usazení hrdel, k němuž byla připevněna hrdla 23 způsobem podle vynálezu.

V prsténci 20 je vytvořeno osm průchozích otvorů 22, jejichž vnitřní průměr odpovídá vnitřnímu průměru hrdel 23.

Jak je patrné z obr. 6A, znázorňujícího prsténec 20 pro usazení hrdel jakož i hrdlo 23 před jejich spojením, je koncová část > hrdla 23, která má při montování vstoupit ve styk s prsténcem 20, obrobena k vytvoření přípojné plochy 24 tvaru komolého kužele.

Prsténec 20 je obroben na části své tloušťky v úrovni otvoru pro vytvoření přípojné komolokuželové plochy 25, jejíž tvar přesně odpovídá tvaru komolokuželové přípojné plochy 24 hrdla

23. Plocha 24 má průřez, jehož příčný rozměr se směrem ke konci hrdla zmenšuje a plocha 25 otvoru 22 se rozevírá směrem k zevnímu povrchu prsténce 20. Poloviční vrcholový úhel komolokuželových přípojných ploch 24, 25 je přibližně roven 45°. Plocha 25 vyústuje svou rozevírající se částí na vnější povrch prsténce 20. Je tedy možno snadno provést zasunutí přípojného konce hrdla 23 do vnitřku rozevírající se komolokuželové části 25 otvoru 22. Obě si odpovídající komolokuželové plochy 25 a 24 mají jako osy osu otvoru 22 resp. osu hrdla 23. Tyto dvě osy splynou v jednu, jakmile jsou hrdla zasunuta do otvorů, jak je to znázorněné na obr. 3 a 6B.

Jak je patrné na obr. 3 a 7, nevykazuje prsténec 20 pro usazení hrdel zvýšenou tlouštku stěny v úrovni průchozího otvoru 22, kde je nasazeno hrdlo 23.

Prsténec 20 vykazuje jedině torický žlábek 28., na jehož úrovni vyústuje přípojná plocha 27 mezi hrdlem 23 a rozevírajícím se otvorem v prsténci 20♦

Žlábek 28 umožňuje zeslabit stěnu, což zabezpečuje lepší přístup k vnějšímu konci místa spojení mezi hrdlem 23 a rozšiřujícím se otvorem v prsténci 20.

Jak je patrné z obr. 8, provádí se navařování hrdel 23 na prsténec 20 v komoře 30 velkých rozměrů, z níž může být vyčerpán vzduch souborem vývěv, umožňujícím dosáhnout vysokého vakua, řádově 10⁵ mm Hg.

V komoře 30 je upraveno elektronové dělo 21/ upevněné pohyblivě ve svislém směru na sloupech 34, které je možno natočit dolů, ve směru svírajícím se svislici úhel přibližně 45°. Prsténec 20 pro usazení hrdel spočívá na plošině 37, která je připevněna otočně kolem svislé osy k vozíku 36·, který se může přemístovat posunováním uvnitř komory .30. Mezi prsténcem 20 a plošinou 37 jsou upraveny kladky s vodorovnými osami natáčecího zařízení 40.

Při navařování hrdla 23 svazkem elektronů na prsténec 20 ie elektronové dělo 31 upevněno ve svislé poloze a nakloněno, vozík 36 je v komoře upevněn nepohyblivě a prsténec 20 spočívá nepohyblivě na otáčecím zařízení 40. Poloha prsténce 20 a hrdla 23 ie taková, že svazek elektronů vycházející z elektronového děla 31 je dokonale nasměrován podle povrchové čáry komolokuželového spoje mezi hrdlem a prsténcem. Osa hrdla 23. které se přivařuje, splývá s osou rotace plošiny 22· Plošina 37 se otáčí pomalu takovou rychlostí, aby svazek elektronů procházel celou oblastí komolokuželového spoje mezi hrdlem a prsténcem rychlostí 10 až 40 cm.min^-1.

Používá se elektornového děla o výkonu 200 kW, schopného uskutečnit svaření hrdla s prsténcem jediným tahem bez přídavného kovu.

Prsténec 20 pro usazení hrdel a hrdla 23 byly vyrobeny kováním z ocele obsahující hlavně 2 až 2,5 % chrómu, 0,9 až 1,1 % molybdenu a nanejvýš 0,15 % uhlíku. Obsah chrómu a molybdenu u této oceli činí 2,25 % chrómu a 1 % molybdenu.

Takováto ocel, známá a používaná pro výrobu aparátů určených pro chemický a petrochemický průmysl, vykazuje kalitelnost dokonale přizpůsobenou ke svařování svazkem elektronů u konstrukčních dílů o tlouštce stěny nad 100 mm.

V případě svařování hrdla 23 s prsténcem 20 je tlouštka svarového spoje v rozmezí 150 až 170 mm, což je zcela v mezích schopnosti zařízení pro svařování svazkem elektronů, jehož možnosti sahají až k tlouštkám stěn řádově 300 mm.

Jakost svarového spoje se ukázala být dokonale vyhovující.

Pro postupné navaření osmi hrdel na prsténec 20 pro usazení hrdel se prsténec postupně otáčí kolem své osy pomocí natáčecího zařízení 40 tak, aby se hrdlo, které se má přivařit, uvedlo do horní polohy, přičemž jeho osa je svislá.

Přítomnost torického žlábku 28 na prsténci 20 okolo' rozvírající se části otvoru 22 u jeho vyústění na vnější povrch umožňuje lepší přístup svazku elektronů k oblasti spojení.

V případě nádoby reaktoru s tlakovou vodou, jejíž prsténec 20 pro usazení hrdel má průměr kolem 4,50 m, lze tlouštku stěny tohoto prsténce omezit na hodnotu pod 350 mm tím, že se použije způsobu připojování hrdel podle vynálezu. Tento způsob umožňuje se vyhnout přítomnosti částí převyšujících vnější povrch prsténce 20 a tudíž i místním větším tlouštkám stěny v sousedství průchozích otvorů 22. Svazek elektronů skloněný v úhlu 45’ může totiž snadno dosáhnout místa spojení, protože elektronové dělo samo je umístěno v jisté vzdálenosti od hrdla, jak je to znázorněno na obr. 8.

Způsob podle vynálezu umožňuje provést upevnění hrdel přivařením podle uspořádání set-on na prsténec pro usazení hrdel, jehož tlouštka stěny je značně menší než tlouštka stěny požadovaná pro uspořádání set-on podle dosavadního stavu techniky.

Na obr. 7 je znázorněno hrdlo 23., které bylo přivařeno k prsténci 20 pro usazení hrdel způsobuje podle vynálezu za vytvoření svarového spoje 27 použitím svazku elektronů a bez přídavného kovu.

Díra hrdla 23 je na svém vnitřním povrchu obložena vrstvou 41 nerezavějící ocele, přerušenou v blízkosti konce hrdla, kterážto vrstva byla vytvořena na vnitřním povrchu hrdla během jeho výroby a před jeho přivařením k prsténci 20.

Rovněž prsténec 20 je na svém vnitřním povrchu opatřen vrstvou nerezavějící ocele 42. která je přerušena v blízkosti otvorů

22.

Po navaření hrdla 23 na prsténec 20 svazkem elektronů za vzniku místa 27 spoje je nutno nerezavějící obložení vnitřního povrchu hrdla a prsténce pro usazení hrdel učinit úplným uložením vrstvy 43 nerezavějící ocele, spojující vrstvu 41 s vrstvou 42 a překrývající místo 27 spoje.

Přípojné plochy 24 a 25 hrdla 23 resp. prsténce 20 tvaru komolého kužele, je možno vyrobit opracováním každého z hrdel 23. a prsténce 20 v úrovni příslušných otvorů 22 těsně před jejich svařením. Hrdla 23 mohou mít jeden konec předem vytvarovaný tak, aby tvořil komolokuželovou přípojnou plochu 24♦

Hlavními výhodami způsobu podle vynálezu je,' že umožňuje rychlé připevnění hrdel k prsténci pro usazení hrdel bez přídavného kovu. Tlouštka stěny tohoto prsténce může být menší jak v průběžné části prsténce, tak i v oblasti připojení hrdel.

Ve všech těchto případech bude poloviční vrcholový úhel komolokuželových ploch v rozmezí 30 až 60°, aby se dosáhlo jak dostatečné přístupnosti k místu spoje z vnějšku hrdla a prsténce, tak i uspokojivého připojení hrdla.

Je samozřejmé, že vynález není omezen na způsob právě popsaného provedení.

Tak je možno použít vynálezu pro spojení jednotlivých částí prsténců a hrdel spojených s těmito prsténci. Například je možno vynálezu použít k připevnění hrdel ke kulovitému víku, s výhodou v úrovni otvoru centrovaného kolem osy otáčení kulovitého víka. Takovéto montáže hrdel jsou velmi časté u chemických nebo petrochemických reaktorů.

Je ovšem možno použít i jiných ocelí než je ta, která byla popsána pro zhotovení prsténce a hrdel. Nicméně musí použitá ocel vykazovat dostatečnou kalitelnost, aby vznikl jakostní svarový spoj.

Hrdlo a ta část stěny, k níž je hrdlo připevněno, musí ve všech případech vykazovat oblast styku zaujímající pouze část tlouštky stěny. Výhodně zabírá tato oblast nanejvýš třetinu tlouštky stěny. Případ, kdy tato oblast zaujímá podstatnější část tlouštky nebo celou tlouštku stěny, je spjat s nevýhodami plynoucími z připevnění hrdel při uspořádání set-in.

Vynález nalezne použití nejen při výrobě jaderných reaktorů, ale též při výrobě chemických nebo petrochemických reaktorů a obecně tlakových nádob.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob připevňování hrdla jeho přivařením k části stěny o značné tlouštce zahrnující alespoň jeden průchozí otvor, jehož průměr je prakticky shodný s vnitřním průměrem hrdla, přičemž hrdlo se přivařuje v celé tlouštce své stěny v prodloužení otvoru na, jedné z bočních stran nebo· na vnější boční straně stěny poté, co na koncové části hrdla byla vytvořena přípojná plocha tvaru komolého kužele, jejíž osa splývá s osou hrdla a má poloviční úhel na vrcholu v rozmezí 30° až 60° a rozměr příčného řezu zmenšující se směrem ke konci hrdla, a poté, co byla na části stěny prsténce, a to pouze na části její tlouštky, v úrovni otvoru a souose s tímto otvorem vytvořena přípojná plocha tvaru komolého kužele, vyústující na vnější boční stranu stěny a rozevírající se ve směru této boční strany stěny, vyznačující se tím, že se k sobě přiloží přípojné plochy hrdla (23) a stěny (20) a svazkem elektronů se jedním tahem bez přídavného materiálu přivaří hrdlo (23) k části stěny (20) v jejich přípojných plochách (24, 25) od vnější boční strany stěny (20).
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že poloviční úhel na vrcholu přípojných ploch (24, 25) je přibližně roven 45°.
3. 3. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že v části stěny (20) se okolo otvoru (22) v místě, kde vyúsťuje rozevírající se část přípojné plochy (25), vytvoří žlábek (28) torického tvaru.
4. 4. Způsob podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že část stěny (20) a hrdlo (23) se vyrobí z ocele obsahující hlavně 2 až 2,50 % chrómu a 0,90 až 1,10 % molybdenu při obsahu uhlíku nanejvýše 0,15 %.
5. 5. Způsob podle bodů 1 až 4, při němž částí stěny (20) je prsténec-nosič hrdel nádoby jaderného reaktoru s tlakovou vodou, vyznačující se tím, že prsténec-nosič hrdel má průměr kolem 4,50 m a tloušíku stěny menší než 350 mm.