[发明专利]大型核反应堆水室封头锻件整体成形锻压装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种大型锻件锻造技术领域的整体成形锻压装置及方法，具体是一种大型核反应堆水室封头锻件整体锻压成形模具及方法。

背景技术

随着核电能源工业的快速发展及经济建设能源结构调整的需要，以AP1000和CAP1400为代表的核电设备技术开发及应用成为主要趋势，对大型厚壁压力容器关键部件的制造也提出高性能、运转周期长、检验维护便捷等更高更严格的要求。

为提高新一代核反应堆压力容器的安全性，传统多焊缝压力容器制造方法已不能满足核电装备运行的性能要求和检查的周期。因此，核电压力容器封头中的水嘴必须采用整体锻造，整体封头的成形技术使压力容器尺寸愈来愈大，同时对制件性能控制要求也更加苛刻。

大型核反应堆水室上封头是外径大同时需要对水嘴同时成形的一体化设计，其中面展开直径很大，一般达到6500mm以上，同时还要保证其性能均匀，锻造难度非常之大。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101898224A公开(公告)日2010.12.01，公开了一种百万千瓦级核电反应堆压力容器下封头锻件的锻压方法，使用12000吨水压机，对材料为16MND5，重量为103吨的双真空钢锭进行锻压，锻压过程依次包括：拔长：将双真空钢锭加热至1220±10℃，将2625mm的长度变为4600mm；气割下料：将锻件底端去除一段，使4600mm的长度变为3450mm，保证双真空钢锭底部充分切除；镦粗：将温度加热至1240±10℃，将3450mm的长度变为290mm；粗加工：将锻件毛坯粗加工成圆饼状，直径为5000mm，厚度为220mm；冲压成形：将锻件加热至1000±10℃，然后将锻件放置到专用模具上冲压成形，使锻造比达1.2，锻件冲压成形后呈一个球冠的形状。但该项技术制备的压力容器后期需要采用较多的焊接工艺连接管道，为进一步提高核电能源使用安全性，目前核电压力容器设计要求采用整体锻压成形方法获取锻件，尽可能减少焊接工艺尤其是在大型封头连接处。为适应水室封头的新技术要求，本项发明将核电水室封头中多个水嘴在锻压时整体成形，以提高核电容器使用安全性和核电容器的使用寿命。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种大型核反应堆水室封头锻件整体成形锻压装置及方法，能够用于制造外径大带水嘴整体成形压力容器的大型封头。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种大型核反应堆水室封头锻件整体成形锻压装置，包括：球状上凸模、带有若干整体水嘴成形模腔的成形下模以及设置于成形下模上用于承载坯料的定位环。

所述的整体水嘴成形模腔设置于成形下模的球形模腔的底面，并与成形下模的外部装置相连通。

所述的定位环的上、下接触面上均设有凹槽结构，其中：定位环的下接触面与成形下模之间通过台阶结构活动安装；上接触面的凹槽结构用于承载坯料，其内径大于坯料直径与材料始锻温度时达到的热膨胀量之和。

所述的定位环的外侧沿圆周方向相隔120°设置三个定位标识，用于确定预制坯料凸起部位沿轴线方向中线与下模腔凹槽径向方向中线是否重合。

所述的成形下模的球形模腔的整体水嘴成形模腔为相贯圆台体。

本发明涉及上述装置的热冲压方法，通过将成形预制坯料在重载液压机载荷作用下热冲压成形为带水嘴整体封头。

所述的方法具体包括以下步骤：

第一步，选择成形模具；上模具的球径小于大封头的内部球径，成形下模的内部球径大于大封头的外部球径；

第二步，加热；将大封头预制坯料加热至成形始锻温度并保温，在预制坯料加热时预制坯料凸起部分方向朝下，并使整体预制坯料加热温度均匀；

所述的预制坯料的形状结构特征为坯料凸起设计，其凸起部分通过锻压方式制备后再进行机械加工得到。

第三步，热冲压成形：将始锻温度充分保温均匀加热的预制坯料放置到成型模具上，预制坯料凸起部分中线与定位环上的定位柱中线方向重合，将预制坯料在重载液压机压力作用下热冲压成形。

所述的重载液压机为万吨及以上的液压机；热冲压时速率控制在5～25mm/s，上模具与成形坯料接触后，上模具的下行行程等于封头深度减去加工余量及底部厚度热膨胀量，终锻温度控制在850℃以上。

技术效果

与现有技术相比，本发明在热冲压成形过程中使下模具水嘴成形的模腔充填稳定并最终整体成形。