核電蒸汽發(fā)生器用錐形筒節(jié)的國內(nèi)研制

摘 要：蒸汽發(fā)生器（簡稱SG）是核電站核島的十分重要的設(shè)備，屬于內(nèi)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜的厚壁鍛式壓力容器，其中錐形筒節(jié)是蒸汽發(fā)生器的重要部件。文章對(duì)錐形筒節(jié)的制造過程的難點(diǎn)與重點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并結(jié)合實(shí)際制造過程中工藝措施與工裝手段的實(shí)施，對(duì)蒸汽發(fā)生器用錐形筒節(jié)制造工藝技術(shù)以及取得的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了較為全面的闡述。

關(guān)鍵詞：SG；錐形；筒節(jié)；變形控制

1 裝置概況

核電蒸汽發(fā)生器是核電站最為關(guān)鍵的主要設(shè)備之一。蒸汽發(fā)生器與反應(yīng)堆壓力容器相連，不僅直接影響電站的功率與效率，而且在進(jìn)行熱量交換時(shí)，還起著阻隔放射性載熱劑的作用，對(duì)核電站安全至關(guān)重要。目前國內(nèi)最新制造的蒸汽發(fā)生器分為兩種，分別是由中國廣核集團(tuán)推出的中國改進(jìn)型百萬千瓦級(jí)（1000MW）壓水堆核電堆型CPR1000系列和西屋公司設(shè)計(jì)的3代核電堆型AP1000系列核電蒸汽發(fā)生器。下部帶管束組件是核電蒸汽發(fā)生器的重要組成部分。下部帶管束組件主要組成部分是包殼，包殼由筒體與兩個(gè)組焊在一體的錐形筒節(jié)組成，其中，兩個(gè)錐形筒節(jié)需要先裝焊成一體再與包殼組焊。錐形筒節(jié)的成型直接影響包殼的精度，因此制造高成型精度、高標(biāo)準(zhǔn)的錐形筒節(jié)至關(guān)重要。而如何確保單個(gè)錐形筒節(jié)的高精度成型是整個(gè)核電行業(yè)中都面臨的一個(gè)難題。

2 制造工藝及難點(diǎn)

現(xiàn)有技術(shù)中通常采用整體鍛造制造錐形筒節(jié)，鍛造加工過程包括：將材料切割成所需尺寸、加熱、鍛造、熱處理、清理和檢驗(yàn)。因此鍛造過程中需要重型的機(jī)器設(shè)備和復(fù)雜的工模具，所以它的制造成本很高，并且它對(duì)材料的鍛造比有一定的限制，不能無限制的鍛壓變形。而且在鍛造過程中，生產(chǎn)現(xiàn)場勞動(dòng)條件較差，對(duì)從事于鍛造工作的人員具有一定的危害。

現(xiàn)將錐形筒節(jié)冷作卷制成型的具體實(shí)施方式闡述如下：

步驟1：根據(jù)圖紙上核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的尺寸下料并獲得2個(gè)板材。

其中，2個(gè)板材的尺寸分別是所述核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)展開后的尺寸的1/2，并且2個(gè)板材分別在核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的大端圓周長度方向、核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的小端圓周長度方向和核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的高度方向留有余量。盡量利用AutoCAD和Fastcam軟件編程，獲得所述核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)展開后的尺寸，進(jìn)而獲得所述2個(gè)板材的尺寸。采用數(shù)控等離子氣割方式進(jìn)行下料，并且2個(gè)板材分別在核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的大端圓周長度方向留+8～+10mm的余量，核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的小端圓周長長度方向留+20～+25mm的余量，核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的高度方向兩端各留5mm的余量。

步驟2：對(duì)所述2個(gè)板材分別做進(jìn)行坡口成型處理。其中，在對(duì)所述2個(gè)板材分別做坡口成型處理之前，對(duì)2個(gè)板材進(jìn)行機(jī)械校正處理，優(yōu)選的，利用九輥校平機(jī)進(jìn)行校正，然后，劃線工人在經(jīng)過機(jī)械校正處理后的2個(gè)板材上劃縱縫坡口線和卷制放射線，所述縱縫坡口線用于確定坡口的形狀和位置，所述卷制放射線用于輔助卷板機(jī)上輥按著放射線路徑卷制，以達(dá)到2個(gè)板材在核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的大端圓周長度方向和核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的小端圓周長度方向同步卷制的效果。最后，根據(jù)所述縱縫坡口線對(duì)2個(gè)板材做坡口成型處理。坡口的形狀根據(jù)核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的壁厚、材質(zhì)等進(jìn)行選擇，優(yōu)選的，坡口的形狀選擇內(nèi)側(cè)單面V形坡口，坡口制備方法是劃縱縫坡口線后，通過熱切割去除并打磨配合，對(duì)于特殊材質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的無損檢測。

步驟3：對(duì)坡口成型處理后的2個(gè)板材分別做預(yù)彎和卷制處理，獲得2個(gè)錐瓣。優(yōu)選的，根據(jù)所述卷制放射線利用卷板機(jī)或油壓機(jī)設(shè)備對(duì)所述2個(gè)板材做預(yù)彎和卷制處理，在預(yù)彎和卷制處理過程中利用圓度樣板對(duì)所述2個(gè)板材進(jìn)行檢查，優(yōu)選的，圓度樣板的曲率半徑與步驟3中獲得的2個(gè)錐瓣的曲率半徑一致，更優(yōu)選的，圓度樣板是利用數(shù)控等離子機(jī)器數(shù)控下料圓弧板，并裝焊相應(yīng)的扶手獲得。

步驟4：將所述2個(gè)錐瓣拼接在一起并裝焊，獲得核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的半成品，其中，2個(gè)錐瓣拼接在一起生成兩條縱縫，所述兩條縱縫分別為縱縫A和縱縫B，在裝焊過程中，只焊接縱縫A不焊接縱縫B。

步驟5：在核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的半成品上劃余量線，將核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的半成品的余量去除。其中，所述余量線是用于標(biāo)記核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)比余量去除樣板多余的部分。

余量去除樣板的厚度小于或等于1毫米，余量去除樣板的尺寸與所述圖紙上核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的尺寸比例為1：1，優(yōu)選的，所述余量去除樣板的尺寸是利用二維AutoCAD或三維繪圖Autodesk Inventor、SolidWorks進(jìn)行1：1尺寸放樣獲得，優(yōu)選的，余量去除樣板采用青稞紙制作。余量去除樣板制造簡單，使用方便，利用余量去除樣板進(jìn)行核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的放樣，避免了使用卷尺測量時(shí)因卷尺呈錐形而導(dǎo)致的測量不準(zhǔn)確，也避免了利用光學(xué)儀器測量的高經(jīng)濟(jì)投入，因此獲得核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的成本低，獲得的核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)成型精度高。

步驟6：裝焊，校正，獲得完整的核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)。對(duì)核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的大端圓周長度方向和核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的小端圓周長度方向的校正是利用火焰氣割對(duì)核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的變形部位進(jìn)行火焰校正，并配有相應(yīng)的強(qiáng)力敲打，對(duì)核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)的高度方向的校正是利用整張板材對(duì)核電蒸汽發(fā)生器錐形筒節(jié)進(jìn)行往復(fù)壓制。

3 適用推廣

結(jié)合以上實(shí)施方式對(duì)本論文進(jìn)行的說明，不過這些實(shí)施方式僅是范例性的，僅起到說明性的作用。在此基礎(chǔ)上，可以對(duì)本論文進(jìn)行多種替換和改進(jìn)。本論文所論述的核電蒸汽發(fā)生器用錐形筒節(jié)制造方法，可以推廣適用在石油化工靜設(shè)備制造的過程中，主要可以適用的有：反應(yīng)類壓力容器、換熱器類壓力容器以及分離式壓力容器。尤其是在換熱器類產(chǎn)品中，可以引用本論文所述的制造方法對(duì)要求裝配精度高、焊接質(zhì)量好以及其他高標(biāo)準(zhǔn)的制造要求的錐形筒節(jié)的制造。在錐形筒節(jié)的制造過程中，需要注意以下幾點(diǎn)：（1）保持制造實(shí)物與圖紙、制造標(biāo)準(zhǔn)的要求高度一致。這就要求制造廠在實(shí)際錐形筒節(jié)制造過程中要考慮錐形筒節(jié)的錐度及成型設(shè)備（卷板機(jī)）的裝置的實(shí)際情況，在制造前做好預(yù)期工作，防止卷制錐形不合格而浪費(fèi)材料。（2）對(duì)操作工人的要求：切實(shí)要求操作者認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，一定要嚴(yán)格根據(jù)錐形筒節(jié)的放射線進(jìn)行卷制或壓制，在卷制過程中，時(shí)刻注意卷板機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)情況，通過操作卷板機(jī)來控制住錐形筒節(jié)大小口端的線速度的協(xié)調(diào)性，以保證錐形筒節(jié)的成型情況。（3）承壓的錐形筒節(jié)成型后，對(duì)于采用分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制造的容器，要求去除縱縫焊縫余高，保證錐形筒節(jié)的焊縫表面與母材表面齊平，焊縫不得出現(xiàn)表面裂紋、表面氣孔、未焊透、未熔合、未填滿、咬邊、弧坑以及肉眼可見的夾渣等外觀缺陷。對(duì)于需要進(jìn)行射線檢測或超聲波檢測的焊縫，需要打磨焊縫滿足探傷要求。（4）對(duì)于不銹鋼制的錐形筒節(jié)，需要在卷制及焊接成型后擇機(jī)進(jìn)行防腐鈍化，以保證錐形筒節(jié)的耐腐蝕性能。

4 結(jié)束語

通過上述工藝過程的論述及分析，并經(jīng)過幾年來錐形筒節(jié)在核電設(shè)備領(lǐng)域的制造實(shí)踐，對(duì)于核電設(shè)備用和高標(biāo)準(zhǔn)的石化容器用錐形筒節(jié)的制造及加工，涉及到設(shè)備及工種都要求精良，控制變形是每道工序的重點(diǎn)和難點(diǎn)。依照上述制造方法，可獲得良好的圓度和安裝精度，保證錐形筒節(jié)的高標(biāo)準(zhǔn)成型。

作者簡介：楊雪松（1991-），男，助理工程師，單位：哈電集團(tuán)（秦皇島）重型裝備有限公司，主要研究方向：核電壓力容器制造及石油化工壓力容器制造領(lǐng)域。