[发明专利]核电站蒸发器筒体电熔成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核电站蒸发器筒体电熔成形方法。

背景技术

蒸汽发生器是核电站一回路系统中核心设备之一,是二回路冷却水经一回路高压水换热后蒸发为蒸汽推动汽轮机做功实现发电的关键构件,是一二回路热力换转的枢纽。在核电一回路系统中,蒸发器设备最重(典型AP1000容器总重600吨位),尺寸最大(AP1000上部容器筒节直径5米多,容器总高20米以上),外加严苛的工作环境和愈发极致的安全要求,因此对设备材料及制备工艺要求愈来愈高。

目前蒸发器材料选用低合金高强度钢(ASME标准SA508Gr3Cl2,RCC-M标准18MnD5,中国对应标准20MnMoNi),基于钢锭冶炼和锻造工艺技术限制要求,通过分段进行锻造和热处理操作制备而成.后续通过将分段制备的构件材料组焊而成容器整体。以AP1000为例,整个蒸发器容器分为9-11个材料构件,其中筒体部件分6个部分(上筒节2个,锥形段1个,下筒节3个)，各部分单独制造后再整体组焊。

典型材料在锻造基础上经受淬火回火热处理(一般中间还要经受一次甚至以上的正火回火热处理,用以扩散残氢,细化晶粒,为最终热处理作准备),可以获取强度和韧性综合性能优越的回火马氏体材料组织。此方法在生产中被广泛应用，也能够满足质量要求,但对于逐渐增大的材料部件单体的需求，锻造尤其是热处理时容易出现宏观材料相组织很不均匀等问题.工艺复杂、化学与力学性能控制难度大，也造成质量稳定性差，废品率高。同时从该工艺最终的晶粒测度结果看，一般只在5-7级左右，对目前研发生产中所希望的通过进一步细化晶粒来提高力学性能尤其是强度和韧性综合性能的目的,该工艺有很大的瓶颈。

另外,蒸发器设备所采用的分段材料锻制并拼焊组成的方式,也因为焊缝的增加严重割裂了机械纤维的连续走向,极大的影响材料的力学性能和容器设备的安全性.并且也极易引起制造工期拖延,增加了成本。

因此,如何能够研发出蒸发器所需的细晶粒、均组织，且综合力学性能良好的材料和整体成形方法是该类新材料研发需攻克的难点和重要发展方向。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供一种高效、低成本、具有良好力学性能的核电站蒸发器筒体电熔成形方法。

为达到上述目的，本发明的核电站蒸发器筒体电熔成形方法是采用电弧热、电阻热、电渣热复合而成的高能热源，熔化连续输送的金属原料丝材，在基材上逐层凝固堆积成形制造金属构件；

将电熔头与基材接至电源两极，成形时金属原料丝材经由输送机构和电熔头送至基材表面，在颗粒状辅料的堆积保护下，原料丝材与基材间产生电弧，熔化部分堆敷辅料形成熔融渣池，电流流过原料丝材和熔融辅料渣池形成电阻热和电渣热，在电弧热、电阻热、电渣热三种热复合高能热源作用下使原料丝材熔化，在基材表面形成局部熔池，持续输送原料丝材与辅料，根据成形构件的分层切片数据，采用计算机控制电熔头与基材的相对移动，实现熔池在基材上快速冷却逐层凝固堆积，最终成形核电站蒸发器筒体。

在本发明中，根据不同核电机组要求，成形的蒸发器筒体 直径3-6米，长度2-18米，可以是成形上部筒体，或下部筒体,或上部筒体连锥形段，或下部筒体连锥形段，或上部筒体连锥形段连下部筒体。

在本发明中，成形所用原料丝材是为蒸发器构件而特殊制备的低合金钢材料，原料丝材直径2-10mm，C含量0.11-0.15％，成形后工件C含量0.05-0.10％，工件晶粒度9-10级。

在本发明中，电源参数中的电流为200A～3000A，电压为20V～60V，电源可以是直流或交流电源，在使用直流电源时，电熔头可接正极或负极。

在本发明中，控制基材或堆积金属预热与层间温度为120～450℃，电熔头与基材的相对移动速度为300～800mm/min，实现熔池的快速凝固，从而获得晶粒细密、无宏观偏析、组织均匀的材料，极大的改善成形工件的塑性、韧性和高温蠕变等力学性能。

在本发明中，在逐层成形的过程中，原料丝在下层金属表面形成熔池，熔滴以射流形态进入熔池后凝固使两层金属形成一体，实现分层成形，整体融合，保证了成形金属构件的整体性能。

在本发明中，单个电熔头对原料丝材熔化效率为20～50Kg/h，另外为提高堆积效率实现快速成形，电熔头的数量可以按需要调整为1～100个，当多电熔头排布时，相邻电熔头间距为50～500mm。