核电蒸汽发生器用锥形筒节的国内研制

摘 要：蒸汽发生器（简称SG）是核电站核岛的十分重要的设备，属于内件结构复杂的厚壁锻式压力容器，其中锥形筒节是蒸汽发生器的重要部件。文章对锥形筒节的制造过程的难点与重点进行了系统分析，并结合实际制造过程中工艺措施与工装手段的实施，对蒸汽发生器用锥形筒节制造工艺技术以及取得的经验进行了较为全面的阐述。

关键词：SG；锥形；筒节；变形控制

1 装置概况

核电蒸汽发生器是核电站最为关键的主要设备之一。蒸汽发生器与反应堆压力容器相连，不仅直接影响电站的功率与效率，而且在进行热量交换时，还起着阻隔放射性载热剂的作用，对核电站安全至关重要。目前国内最新制造的蒸汽发生器分为两种，分别是由中国广核集团推出的中国改进型百万千瓦级（1000MW）压水堆核电堆型CPR1000系列和西屋公司设计的3代核电堆型AP1000系列核电蒸汽发生器。下部带管束组件是核电蒸汽发生器的重要组成部分。下部带管束组件主要组成部分是包壳，包壳由筒体与两个组焊在一体的锥形筒节组成，其中，两个锥形筒节需要先装焊成一体再与包壳组焊。锥形筒节的成型直接影响包壳的精度，因此制造高成型精度、高标准的锥形筒节至关重要。而如何确保单个锥形筒节的高精度成型是整个核电行业中都面临的一个难题。

2 制造工艺及难点

现有技术中通常采用整体锻造制造锥形筒节，锻造加工过程包括：将材料切割成所需尺寸、加热、锻造、热处理、清理和检验。因此锻造过程中需要重型的机器设备和复杂的工模具，所以它的制造成本很高，并且它对材料的锻造比有一定的限制，不能无限制的锻压变形。而且在锻造过程中，生产现场劳动条件较差，对从事于锻造工作的人员具有一定的危害。

现将锥形筒节冷作卷制成型的具体实施方式阐述如下：

步骤1：根据图纸上核电蒸汽发生器锥形筒节的尺寸下料并获得2个板材。

其中，2个板材的尺寸分别是所述核电蒸汽发生器锥形筒节展开后的尺寸的1/2，并且2个板材分别在核电蒸汽发生器锥形筒节的大端圆周长度方向、核电蒸汽发生器锥形筒节的小端圆周长度方向和核电蒸汽发生器锥形筒节的高度方向留有余量。尽量利用AutoCAD和Fastcam软件编程，获得所述核电蒸汽发生器锥形筒节展开后的尺寸，进而获得所述2个板材的尺寸。采用数控等离子气割方式进行下料，并且2个板材分别在核电蒸汽发生器锥形筒节的大端圆周长度方向留+8～+10mm的余量，核电蒸汽发生器锥形筒节的小端圆周长长度方向留+20～+25mm的余量，核电蒸汽发生器锥形筒节的高度方向两端各留5mm的余量。

步骤2：对所述2个板材分别做进行坡口成型处理。其中，在对所述2个板材分别做坡口成型处理之前，对2个板材进行机械校正处理，优选的，利用九辊校平机进行校正，然后，划线工人在经过机械校正处理后的2个板材上划纵缝坡口线和卷制放射线，所述纵缝坡口线用于确定坡口的形状和位置，所述卷制放射线用于辅助卷板机上辊按着放射线路径卷制，以达到2个板材在核电蒸汽发生器锥形筒节的大端圆周长度方向和核电蒸汽发生器锥形筒节的小端圆周长度方向同步卷制的效果。最后，根据所述纵缝坡口线对2个板材做坡口成型处理。坡口的形状根据核电蒸汽发生器锥形筒节的壁厚、材质等进行选择，优选的，坡口的形状选择内侧单面V形坡口，坡口制备方法是划纵缝坡口线后，通过热切割去除并打磨配合，对于特殊材质进行相应的无损检测。

步骤3：对坡口成型处理后的2个板材分别做预弯和卷制处理，获得2个锥瓣。优选的，根据所述卷制放射线利用卷板机或油压机设备对所述2个板材做预弯和卷制处理，在预弯和卷制处理过程中利用圆度样板对所述2个板材进行检查，优选的，圆度样板的曲率半径与步骤3中获得的2个锥瓣的曲率半径一致，更优选的，圆度样板是利用数控等离子机器数控下料圆弧板，并装焊相应的扶手获得。

步骤4：将所述2个锥瓣拼接在一起并装焊，获得核电蒸汽发生器锥形筒节的半成品，其中，2个锥瓣拼接在一起生成两条纵缝，所述两条纵缝分别为纵缝A和纵缝B，在装焊过程中，只焊接纵缝A不焊接纵缝B。

步骤5：在核电蒸汽发生器锥形筒节的半成品上划余量线，将核电蒸汽发生器锥形筒节的半成品的余量去除。其中，所述余量线是用于标记核电蒸汽发生器锥形筒节比余量去除样板多余的部分。

余量去除样板的厚度小于或等于1毫米，余量去除样板的尺寸与所述图纸上核电蒸汽发生器锥形筒节的尺寸比例为1：1，优选的，所述余量去除样板的尺寸是利用二维AutoCAD或三维绘图Autodesk Inventor、SolidWorks进行1：1尺寸放样获得，优选的，余量去除样板采用青稞纸制作。余量去除样板制造简单，使用方便，利用余量去除样板进行核电蒸汽发生器锥形筒节的放样，避免了使用卷尺测量时因卷尺呈锥形而导致的测量不准确，也避免了利用光学仪器测量的高经济投入，因此获得核电蒸汽发生器锥形筒节的成本低，获得的核电蒸汽发生器锥形筒节成型精度高。

步骤6：装焊，校正，获得完整的核电蒸汽发生器锥形筒节。对核电蒸汽发生器锥形筒节的大端圆周长度方向和核电蒸汽发生器锥形筒节的小端圆周长度方向的校正是利用火焰气割对核电蒸汽发生器锥形筒节的变形部位进行火焰校正，并配有相应的强力敲打，对核电蒸汽发生器锥形筒节的高度方向的校正是利用整张板材对核电蒸汽发生器锥形筒节进行往复压制。

3 适用推广

结合以上实施方式对本论文进行的说明，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，可以对本论文进行多种替换和改进。本论文所论述的核电蒸汽发生器用锥形筒节制造方法，可以推广适用在石油化工静设备制造的过程中，主要可以适用的有：反应类压力容器、换热器类压力容器以及分离式压力容器。尤其是在换热器类产品中，可以引用本论文所述的制造方法对要求装配精度高、焊接质量好以及其他高标准的制造要求的锥形筒节的制造。在锥形筒节的制造过程中，需要注意以下几点：（1）保持制造实物与图纸、制造标准的要求高度一致。这就要求制造厂在实际锥形筒节制造过程中要考虑锥形筒节的锥度及成型设备（卷板机）的装置的实际情况，在制造前做好预期工作，防止卷制锥形不合格而浪费材料。（2）对操作工人的要求：切实要求操作者认真负责的态度，一定要严格根据锥形筒节的放射线进行卷制或压制，在卷制过程中，时刻注意卷板机转动情况，通过操作卷板机来控制住锥形筒节大小口端的线速度的协调性，以保证锥形筒节的成型情况。（3）承压的锥形筒节成型后，对于采用分析设计标准制造的容器，要求去除纵缝焊缝余高，保证锥形筒节的焊缝表面与母材表面齐平，焊缝不得出现表面裂纹、表面气孔、未焊透、未熔合、未填满、咬边、弧坑以及肉眼可见的夹渣等外观缺陷。对于需要进行射线检测或超声波检测的焊缝，需要打磨焊缝满足探伤要求。（4）对于不锈钢制的锥形筒节，需要在卷制及焊接成型后择机进行防腐钝化，以保证锥形筒节的耐腐蚀性能。

4 结束语

通过上述工艺过程的论述及分析，并经过几年来锥形筒节在核电设备领域的制造实践，对于核电设备用和高标准的石化容器用锥形筒节的制造及加工，涉及到设备及工种都要求精良，控制变形是每道工序的重点和难点。依照上述制造方法，可获得良好的圆度和安装精度，保证锥形筒节的高标准成型。

作者简介：杨雪松（1991-），男，助理工程师，单位：哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司，主要研究方向：核电压力容器制造及石油化工压力容器制造领域。