[發(fā)明專利]CAP1400主蒸汽管貫穿件電熔成形方法

有效

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• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104651834A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權）人: 南方增材科技有限公司
• 主分類號: C23C26/02
• 分類號: C23C26/02
• 代理公司: 北京華夏正合知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 韓登營;張煥亮

技術領域

本發(fā)明涉及一種CAP1400主蒸汽管貫穿件電熔成形方法。

背景技術

核電主蒸汽管道貫穿件橫穿CV(鋼制安全殼)內外，是確保二回路冷卻水經(jīng)一回路高壓水換熱后蒸發(fā)為蒸汽推動汽輪機做功實現(xiàn)發(fā)電的關鍵構件，是連接核島與常規(guī)島的樞紐部件，經(jīng)受著嚴苛的工作環(huán)境和安全要求，因此對管道材料研發(fā)制備，也從來都是核電主設備材料重大攻關項目之一。而基于AP1000基礎上我國自主研發(fā)的CAP1400機組，則對主蒸汽管道貫穿件提出更高的要求。為了避免對安裝在貫穿保護套管中工藝管與貫穿件封頭之間的對接焊縫進行在役檢查，要求核電站主蒸汽貫穿件、主給水貫穿件的封頭和工藝管采用整體鍛造的方式成形。

鍛造工藝，盡管毫無例外的被用于核電重要構件的生產(chǎn)制備，工藝也基本成熟，但典型材料在鍛造基礎上經(jīng)受淬火回火熱處理時不可避免的出現(xiàn)宏觀材料相組織不均勻等問題。且從該工藝最終的晶粒測度結果看，一般只在5‐7級左右，對目前希望通過進一步細化晶粒來提高力學性能尤其是強度和韌性綜合性能，該工藝有很大的瓶頸。另一方面，主蒸汽貫穿件口徑大(工藝管外徑＝1067mm，封頭外徑＝1524，)，工藝管長度大(工藝管總長＝4500)。而主蒸汽貫穿件工藝管內部空心(內徑＝956.8)，需要通過機加工掏空，存在機加工量大，鍛件利用率低等缺點。

因此,如何能夠研發(fā)出細晶粒、均組織，且綜合力學性能良好的材料和整體成形方法是需攻克的難點和重要發(fā)展方向。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于，提供一種高效、低成本、具有良好力學性能的CAP1400主蒸汽管貫穿件電熔成形方法。

為達到上述目的，本發(fā)明的貫穿件電熔成形方法是采用電弧熱、電阻熱、電渣熱復合而成的高能熱源，熔化連續(xù)輸送的金屬原料絲材，在基材上逐層凝固堆積成形制造金屬構件；

將電熔頭與基材接至電源兩極，成形時金屬原料絲材經(jīng)由輸送機構和電熔頭送至基材表面，在顆粒狀輔料的堆積保護下，原料絲材與基材間產(chǎn)生電弧，熔化部分堆敷輔料形成熔融渣池，電流流過原料絲材和熔融輔料渣池形成電阻熱和電渣熱，在電弧熱、電阻熱、電渣熱三種熱復合高能熱源作用下使原料絲材熔化，在基材表面形成局部熔池，持續(xù)輸送原料絲材與輔料，根據(jù)成形構件的分層切片數(shù)據(jù)，采用計算機控制電熔頭與基材的相對移動，實現(xiàn)熔池在基材上快速冷卻逐層凝固堆積，最終成形CAP1400主蒸汽管貫穿件。

在本發(fā)明中，依據(jù)ASME?SA336GrF22CL3標準要求，電熔制備所用金屬原料絲材C含量0.08-0.12％，電熔成形出的工件材料C含量0.04-0.08％，晶粒度7-10級。

在本發(fā)明中，控制基材或堆積金屬預熱與層間溫度為120～400℃，電熔頭與基材的相對移動速度為300～800mm/min，實現(xiàn)熔池的快速凝固，從而獲得晶粒細密、無宏觀偏析、組織均勻的材料，極大的改善成形工件的塑性、韌性和高溫蠕變等力學性能。

在本發(fā)明中，在逐層成形的過程中，原料絲在下層金屬表面形成熔池，熔滴以射流形態(tài)進入熔池后凝固使兩層金屬形成一體，實現(xiàn)分層成形，整體融合，保證了成形筒體構件的整體性能。

在本發(fā)明中，單個電熔頭對原料絲材熔化效率為20～50Kg/h，另外為提高堆積效率實現(xiàn)快速成形，電熔頭的數(shù)量可以按需要調整為1～100個，當多電熔頭排布時，相鄰電熔頭間距為50～500mm。

在本發(fā)明中，基材可以是碳鋼或合金鋼材料，基材尺寸、形狀與貫穿件內壁尺寸形狀匹配，厚度不小于5mm，在后續(xù)機加工中去除。

本發(fā)明擺脫了復雜的工裝、模具和專用工具的約束；成形即為近凈形坯件，生產(chǎn)后只需少量精加工，大大簡化加工工序，縮短產(chǎn)品周期；所成形工件具有媲美傳統(tǒng)鍛造工藝的力學和化學性能，強度、韌性、耐蝕等性能均十分突出；同時實現(xiàn)了貫穿件的整體成形，突破了傳統(tǒng)鍛造工藝技術的局限，大大提高了效率，節(jié)省了成本。

附圖說明

圖1A為用于說明具體實施方式中的電熔方法的原理示意圖；

圖1B為圖1A中A所示位置附近的局部放大圖；

圖2為用于說明實施例中的CAP1400的主蒸汽管貫穿件電熔成形方法示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行說明。圖1A為用于說明具體實施方式中的電熔方法的原理示意圖；圖1B為圖1A中A所示位置附近的局部放大圖。由于是原理圖，因而，圖中部件是示意性的，其實際形狀與尺寸關系等不受圖示限制。