[發明專利]一種反應堆堆內構件整體式吊籃筒體結構成形方法

有效

• 申請號: 201711469026.0
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN109986283B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 張宏亮;羅英;許斌;李燕;饒琦琦;李慶;劉曉;王留兵;李浩;李娜;王慶田;蔣興鈞
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 閆兆梅

本發明屬于反應堆結構設計領域，具體涉及一種反應堆堆內構件整體式吊籃筒體結構成形方法；本發明的目的是，針對現有技術不足，提供一種采用電熔增材制造技術，制造出反應堆堆內構件整體式吊籃筒體反應堆堆內構件整體式吊籃筒體結構成形方法；取消了各類板材、鍛件以及焊材的生產，縮短了采購周期；取消了所有焊縫，包括吊籃筒體所有的全焊透連接焊縫和鈷基合金耐磨堆焊技術，避免了結構的焊接變形，提高了成形質量；采用了整體成形的吊籃筒體，結構連續性好，力學性能更好；整體成形的吊籃筒體的結構材料性能均勻，尤其是結構厚度方向材料性能無差異；制造周期大幅度縮短，制造工藝大大簡化。

技術領域

本發明屬于反應堆結構設計領域，具體涉及一種反應堆堆內構件整體式吊籃筒體結構成形方法。

背景技術

反應堆堆內構件作為反應堆的關鍵主設備，吊籃筒體是其關鍵組成部分。基于現有制造技術，吊籃筒體目前普遍采用“鍛件+焊接、板材卷制+焊接、大厚鍛件、鍛件+板材+焊接”的結構，隨著反應堆功率的增大，吊籃筒體的鍛件(或板材)+焊接的傳統制造工藝面臨著一系列問題：

(1)制造能力接近極限，型材制造難度大

功率的增大造成吊籃筒體尺寸加大，如吊籃筒體外徑及堆芯支承板厚度都顯著增大，部分型材(如筒體板材和堆芯支承板鍛件)的制造和熱處理都達到了現有重裝裝備的極限，材料的制造面臨著軋制能力、鍛造能力和淬透性的技術挑戰。雖然現有裝備能夠完成大型先進壓水堆堆內構件板材和特大厚鍛件的制造，但對于材料性能而言是不利的，尤其是整個鍛件性能會非常不均勻，可能會降低產品綜合性能。

(2)制造周期長，成為工程建造的瓶頸

采用傳統制造工藝進行反應堆堆內構件吊籃筒體的制造，必須提前訂貨才可能滿足核電廠FCD的進度要求，從材料的煉鋼、鍛造、軋制、熱處理、多次焊接、多次無損檢驗、多次機加工等，整個工藝過程很長，經常出現不符合項，需要相當多的分析處理時間，反應堆堆內構件大型構件制造周期長、不符合項多已是業內的共識。根據多年的供貨經驗，能夠滿足合同進度的少之又少，交貨延期少則半年，多則一年，很少能夠按期交付。

(3)原材料利用率低，經濟性不佳

傳統制造工藝中，鍛件生產過程需多次去皮，還需留有較大的加工余量，這使得傳統制造工藝的材料利用率非常低下，既造成材料的浪費，也提高了制造業的單位能耗，通過簡單的技術革新很難有實質性的提高材料利用率。

(4)制造工藝復雜，產品性能較低

基于現有制造技術，堆內構件目前普遍采用“鍛件(或板材)+焊縫”的結構，其制造工藝十分復雜。如常規的吊籃筒體，屬于復雜的高精度組合結構件，根據現有設計要求和國內制造廠的制造工藝，其由一件吊籃法蘭(Z2CN19-10(控氮)鍛件)、一件上部筒體(Z2CN19-10(控氮)板材)、一件中部筒體(Z2CN19-10(控氮)板材)、一件下部筒體(Z2CN19-10(控氮)板材)、一件堆芯支承板(Z3CN18-10(控氮)鍛件)、二至四件出口管嘴(Z2CN19-10(控氮)鍛件)、四件徑向支承鍵(Z2CN19-10(控氮)鍛件)組焊而成(見圖2)，一共有三道縱焊縫、十余道環形焊縫。該構件制造工藝極為復雜，尤其是由于大量采用了焊接連接，導致構件精度(如吊籃筒體的圓度、同軸度、垂直度、與法蘭下表面的平行度等)很難達到設計要求，對制造廠的制造水平提出了很高的挑戰，也因此產生了大量不符合項，嚴重影響了產品綜合性能。

3D打印(增材制造)技術是近年來出現的一種新型材料成型技術，目前多應用于醫療、航空等領域的小型部件的制造上，重型金屬構件增材制造技術此前尚未有核電商業應用的案例。電熔增材制造技術屬于3D打印(增材制造)技術的一種，相比于其它技術，該技術特別適合用于重裝大型構件的制造，而且得到的材料具有復雜結構一體化性良好、材料性能優異、均勻、無尺寸效應、成品率高且制造周期短等諸多優點，同鍛件相比有明顯的優勢。

發明內容