[发明专利]一种反应堆堆内构件整体式吊篮筒体结构成形方法

说明书

本发明属于反应堆结构设计领域，具体涉及一种反应堆堆内构件整体式吊篮筒体结构成形方法；本发明的目的是，针对现有技术不足，提供一种采用电熔增材制造技术，制造出反应堆堆内构件整体式吊篮筒体反应堆堆内构件整体式吊篮筒体结构成形方法；取消了各类板材、锻件以及焊材的生产，缩短了采购周期；取消了所有焊缝，包括吊篮筒体所有的全焊透连接焊缝和钴基合金耐磨堆焊技术，避免了结构的焊接变形，提高了成形质量；采用了整体成形的吊篮筒体，结构连续性好，力学性能更好；整体成形的吊篮筒体的结构材料性能均匀，尤其是结构厚度方向材料性能无差异；制造周期大幅度缩短，制造工艺大大简化。

技术领域

本发明属于反应堆结构设计领域，具体涉及一种反应堆堆内构件整体式吊篮筒体结构成形方法。

背景技术

反应堆堆内构件作为反应堆的关键主设备，吊篮筒体是其关键组成部分。基于现有制造技术，吊篮筒体目前普遍采用“锻件+焊接、板材卷制+焊接、大厚锻件、锻件+板材+焊接”的结构，随着反应堆功率的增大，吊篮筒体的锻件(或板材)+焊接的传统制造工艺面临着一系列问题：

(1)制造能力接近极限，型材制造难度大

功率的增大造成吊篮筒体尺寸加大，如吊篮筒体外径及堆芯支承板厚度都显著增大，部分型材(如筒体板材和堆芯支承板锻件)的制造和热处理都达到了现有重装装备的极限，材料的制造面临着轧制能力、锻造能力和淬透性的技术挑战。虽然现有装备能够完成大型先进压水堆堆内构件板材和特大厚锻件的制造，但对于材料性能而言是不利的，尤其是整个锻件性能会非常不均匀，可能会降低产品综合性能。

(2)制造周期长，成为工程建造的瓶颈

采用传统制造工艺进行反应堆堆内构件吊篮筒体的制造，必须提前订货才可能满足核电厂FCD的进度要求，从材料的炼钢、锻造、轧制、热处理、多次焊接、多次无损检验、多次机加工等，整个工艺过程很长，经常出现不符合项，需要相当多的分析处理时间，反应堆堆内构件大型构件制造周期长、不符合项多已是业内的共识。根据多年的供货经验，能够满足合同进度的少之又少，交货延期少则半年，多则一年，很少能够按期交付。

(3)原材料利用率低，经济性不佳

传统制造工艺中，锻件生产过程需多次去皮，还需留有较大的加工余量，这使得传统制造工艺的材料利用率非常低下，既造成材料的浪费，也提高了制造业的单位能耗，通过简单的技术革新很难有实质性的提高材料利用率。

(4)制造工艺复杂，产品性能较低

基于现有制造技术，堆内构件目前普遍采用“锻件(或板材)+焊缝”的结构，其制造工艺十分复杂。如常规的吊篮筒体，属于复杂的高精度组合结构件，根据现有设计要求和国内制造厂的制造工艺，其由一件吊篮法兰(Z2CN19-10(控氮)锻件)、一件上部筒体(Z2CN19-10(控氮)板材)、一件中部筒体(Z2CN19-10(控氮)板材)、一件下部筒体(Z2CN19-10(控氮)板材)、一件堆芯支承板(Z3CN18-10(控氮)锻件)、二至四件出口管嘴(Z2CN19-10(控氮)锻件)、四件径向支承键(Z2CN19-10(控氮)锻件)组焊而成(见图2)，一共有三道纵焊缝、十余道环形焊缝。该构件制造工艺极为复杂，尤其是由于大量采用了焊接连接，导致构件精度(如吊篮筒体的圆度、同轴度、垂直度、与法兰下表面的平行度等)很难达到设计要求，对制造厂的制造水平提出了很高的挑战，也因此产生了大量不符合项，严重影响了产品综合性能。

3D打印(增材制造)技术是近年来出现的一种新型材料成型技术，目前多应用于医疗、航空等领域的小型部件的制造上，重型金属构件增材制造技术此前尚未有核电商业应用的案例。电熔增材制造技术属于3D打印(增材制造)技术的一种，相比于其它技术，该技术特别适合用于重装大型构件的制造，而且得到的材料具有复杂结构一体化性良好、材料性能优异、均匀、无尺寸效应、成品率高且制造周期短等诸多优点，同锻件相比有明显的优势。

发明内容