带接管和法兰的一体化接管段整体锻造方法

摘要

本发明公开了一种带接管和法兰的一体化接管段整体锻造方法，适合于核反应堆压力容器法兰接管段的整锻成形。在确定一体化接管段的特征尺寸基础上，设计了毛坯尺寸；同时制作三角砧、门字形锤头、马杠，翻边冲子及翻边下模。锻造阶段，将带有中间环带的空心坯料，用三角砧压在接管环带位置上，预压凹档，完成接管凸台的成形，再用门字形锤头和马杠扩孔成形毛坯锻件；最后将毛坯锻件粗加工得到翻边坯料，翻边接管成形前端管嘴得到一体化整体接管段成品。本方法实现了接管和法兰的一体锻造，降低了劳动强度，提高了生产效率，减少了整台压力容器的焊缝数量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种核反应堆压力容器的带接管一体化接管段的制造技 术，特指一种带接管和法兰的一体化接管段整体锻造方法。

背景技术

核反应堆压力容器法兰接管段是核岛主设备锻件中最重要且制造难 度最大的锻件之一，它的位置位于压力容器中部与进口接管、出口接管、 安注接管相连接。在制造过程中各接管与法兰接管段分别制造，然后通 过马鞍形焊缝进行组焊，这种制造工艺不仅增加了劳动工时，同时由于 焊缝较多，也增加了核反应堆压力容器在役检查的难度，提高了核电厂 的运行成本。

由于法兰接管段上组焊的接管一般长度较长，壁厚较厚，所以常规 的局部加热翻边冲形接管的工艺已经不能满足其要求，为此需要进行这 方面的研究与开发。

发明内容

本发明提供一种带接管和法兰的一体化接管段整体锻造方法，本方 法解决了接管与法兰接管段的整体锻造成形问题，降低了劳动强度，提 高了生产效率，更重要的是减少了整台压力容器的焊缝数量，保障了设 备安全。

为解决上述技术问题，本发明带接管和法兰的一体化接管段整体锻 造方法的技术方案，是指局部镦粗、冲孔成形一带有中间环带的空心坯 料，将中间环带部位预压成接管凸台，将坯料两端加工成法兰端和非法 兰端，将坯料整体扩孔；并结合机加工将接管凸台加工成圆形接管，在 圆形接管内翻边成形前端管嘴，最终成形的过程。

具体加工过程包括如下步骤：

1)首先将钢锭局部镦粗冲孔为带有中间环带的空心坯料；中间环带 用于加工接管；中间环带两端，一端用于加工法兰端，另一端用于加工 非法兰端；

2)用两副三角砧上、下对称性压中间环带，压出环带间的凹档，使 中间环带被分割成接管凸台；并且各相邻接管凸台之间间隔60°；

3)再用门字形锤头及马杠，将马杠穿在坯料中心，将门字形锤头的 门形空档卡在接管凸台上，用力压门字形锤头并且同时旋转坯料，扩孔 得到孔大臂薄的毛坯锻件；

4)将毛坯锻件粗加工获得外部圆形接管和接管之间空档，再对接管 进行翻边冲形成形前端管嘴，精加工后完成一体化整体接管段成品。

设空心坯料内径为d₈，用于锻造法兰端的长度为H₃，外径为D₁₄， 中间环带长度为H₄，外径为D₁₆，用于锻造非法兰端的长度为H₅，外径 为D₁₅；H₃+H₄+H₅＝H₁，H₁为成品接管段整体高度；

设毛坯锻件尺寸参数包括：接管凸台加工成圆形管后外径D₈，接管 环带高度H₄；法兰端高度H₃，内径d₄，外径D₆；非法兰端高度H₅，内 径d₅，外径D₇；

则有，D₁₄²-d₈²＝D₆²-d₄²，D₁₅²-d₈²＝D₇²-d₅²，D₁₆-D₁₅＝D₈-D₇；

毛坯锻件再经过局部机加工得到翻边坯料，最后经过翻边冲形完成 所需尺寸的一体化接管段成品件的制造。

则有，三角砧的特征尺寸为：高度为H₆、长度为L₁、宽度为D₉、用 于压凹档的尖角角度为α°、倒角为R₁，其中，L₁＞H₄，H₆≥(D₈-D₇)/2， α略小于60°。

则有，门字形锤头的特征尺寸为：整体长度为L₂，锤头主体中下部 设门字形凹档，宽度为L₄，凹档以上部分的高度为H₉，锤头压法兰端一 端的高度为H₇、底部内弧面半径为R₂，压非法兰端一端的高度为H₈、内 弧面半径为R₃；其中H₇+(D₆-d₄)/2＝H₈+(D₇-d₅)/2，R₂≥D₆/2，R₃≥D₈/2。

则有，马杠的特征尺寸为：用于锻造一体化接管段非法兰端及接管 环带段的外径为D₁₀，长度为L₅，用于锻造法兰端的一端外径为D₁₁，长 度为L₆；D₁₀-D₁₁＝d₅-d₄。

由于本发明带接管和法兰的一体化接管段整体锻造技术采用了上述 技术方案，即本方法首先确定带接管和法兰的一体化接管段特征尺寸参 数，根据其尺寸特征设计了毛坯锻件及翻边坯料尺寸特征，同时制作三 角砧，专用门字形锤头，专用马杠，翻边冲子及翻边下模等工具；首先 将钢锭局部镦粗冲孔为带有中间环带的空心坯料；用两个三角砧在接管 环带位置上下对称摆放，每间隔60°预压1个凹档，完成毛坯锻件接管凸 台的成形；用专用门字形锤头，专用马杠扩孔成形毛坯锻件；最后将毛 坯锻件粗加工后翻边接管成形前端管嘴，再经精加工后得到一体化整体 接管段成品。本方法实现了带接管和法兰的一体化接管段整体锻造，减 少了核反应堆压力容器的总焊缝数量，同时也缩短了工期，减少了生产 成本。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制， 在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为接管段俯视示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为一体化接管段毛坯锻件示意图；

图4为图3的A-A剖面图；

图5一体化接管段翻边坯料的示意图；

图6为图5的A-A剖面图；

图7-1为三角砧的结构主视示意图；

图7-2为三角砧的结构侧视示意图；

图8-1为门字形锤头的结构主视示意图；

图8-2为门字形锤头的结构侧视示意图；

图9为马杠结构示意图；

图10为翻边冲子结构示意图；

图11-1为翻边下模的结构主视示意图；

图11-2为翻边下模的结构侧视示意图；

图12为预镦粗后坯料结构示意图；

图13为用三角砧压接管凹档示意图；

图14为门字形锤头扩孔示意图；

图15为翻边冲形一体化接管段接管成形前端管嘴示意图；

图16为带接管和法兰的一体化接管段锻件成形立体图。

图中，1-一体化接管段本体，2-接管环带，3-一体化接管段的法兰端， 4-三角砧，5-门字形锤头，6-马杠，7-翻边冲子，8-翻边下模。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：其中，附图 与实施例一起用于阐释本发明的原理，但并是本发明的唯一限定。

本发明经过大量的数值模拟，开发出带接管和法兰的一体化接管段 锻造工艺。

对于尺寸设计方面：

第一步、确定带接管和法兰的一体化接管段的特征尺寸参数，如图1、 2所示，这些尺寸包括接管内径d₁，外径D₁，接管前端管嘴外径D₂；非 法兰端外径D₃，非法兰端内径d₃，法兰端外径D₄，法兰端内径d₂；接管 段整体高度H₁，法兰端高度H₂，接管前端管嘴高度σ(注：H₁、H₂的标 注方向与σ不同，相互垂直)。

第二步、根据上述一体化接管段的特征尺寸，设计出一体化接管段 毛坯锻件及翻边坯料的特征尺寸。一体化接管段锻件为预成形的毛坯锻 件经粗加工得到的翻边坯料后，对各接管进行翻边冲形成前端管嘴制成。 如图3、4所示，毛坯锻件为一筒形件，所述筒形件用于作为法兰接管段 本体，在筒形件外设有一圈接管环带，用于加工接管。毛坯锻件特征尺 寸参数，包括接管凸台宽度K₅(K₅＞D₁)，法兰端高度H₃(H₃＞H₂)，内 径d₄(d₄＜d₂)，外径D₆(D₆＞D₄)；接管环带高度H₄(H₄＞D₁)，外径 D₈；非法兰端高度H₅，内径d₅(d₅＜d₃)，外径D₇(D₇＞D₃)。其中 H₃+H₄+H₅＝H₁。

将毛坯锻件进行粗加工得到翻边坯料，如图5、6所示，将接管凸台 加工成前端带有一定厚度凸台的接管，在接管内翻边冲形，孔前端凸台 厚度为δ，用于翻边成形前端管嘴，其中δ＝2(D₂²-d₁²)/σ。加工后的坯料尺 寸为接管内径为d₁，外径为D₁；非法兰端外径为D₃，法兰端外径为D₄， 法兰端内径为d₂、非法兰端内径为d₃，接管段整体高度为H₁，法兰端高 度为H₂。接管段毛坯锻件及翻边坯料需要在以下介绍的专用工具下加工 完成。

对于工具准备方面：根据上述尺寸特征分别制作三角砧，门字形锤 头，马杠，翻边冲子及翻边下模。

三角砧如图7-1，7-2所示，高度为H₆、长度为L₁、宽度为D₉、用 于压凹档的尖角角度为α°，倒角为R₁。其中，L₁＞H₄；H₆≥(D₈-D₇)/2； α略小于60°。

三角砧成对使用，用于在一体化接管段坯料预制的中间环带上压出 接管之间的凹档，压后效果如图3所示，因为反应堆压力容器有6个接 管，所以压凹档时可以使用两三角砧上下对称摆方压制，如图13所示。 然后再经粗加工扩大凹档，加工后如图5所示。

门字形锤头和马杠主要用于坯料整体扩孔(扩接管中心孔)。门字形 锤头结构形状如图8-1，8-2所示，从主视图看主体中下部出现一凹档， 像一个门；从左视图看主体底部带有圆弧。参照图14来理解门字形锤头 的结构和作用，门字形锤头按一体化接管段锻件图仿形制造，其中门字 形锤头整体长度为L₂、在顶部中间设置长为L₃的型槽，型槽两端留出两 个凸台用于设置销钉孔，通过L₃的型槽和销钉孔，用销钉与上砧座相连。 主体中下部的门字形凹档，宽度为L₄，用于卡在环带上；门字形凹档以 上部分的高度为H₉、凹档底部左右两端面各设置θ°的拔模斜度。门字 形凹档两端分别用于锻造接管段法兰端和非法兰端。锤头法兰端一端的 高度为H₇(不包括销钉孔凸台)、底部内弧面半径为R₂，非法兰端一端 的高度为H₈(也不包括销钉孔凸台)、内弧面半径为R₃。其中 H₇+(D₆-d₄)/2＝H₈+(D₇-d₅)/2，R₂≥D₆/2，R₃≥D₈/2。

马杠与门字形锤头配合将一体化接管段整体扩孔，马杠外形为一台 阶轴，如图9所示，穿入管件中。其中用于锻造一体化接管段非法兰端 及接管环带段的外径为D₁₀，长度为L₅、用于锻造法兰端的一端外径为 D₁₁，长度为L₆。马杠总长度需略长于H1，D₁₀-D₁₁＝d₅-d₄。

翻边冲子其作用是冲接管的内孔成形管嘴，整体外径为D₁₂，冲头外 径为D₁₃，如图10所示。其中D₁₂＝d₁或根据生产经验在d₁尺寸基础上留 量；与翻边下模同时使用翻边接管，成形接管前端管嘴。

翻边下模内有阶梯孔，大径孔为d₆，大径孔下部小径孔为d₇，其中 d₆＝D₁(接管外径D₁)，d₇≥D₂(接管前端管嘴外径D₂)。翻边下模宽度为 L₇，高度为H₁₀，如图11-1，11-2所示。

一体化接管段加工的具体工艺步骤主要包括如下：

1)将钢锭局部镦粗、冲孔为带有中间环带的空心坯料，如图12所 示，坯料内径为d₈，用于锻造一体化接管段法兰端长度为H₃，外径为D₁₄； 环带长度为H₄，外径为D16；用于锻造一体化接管段非法兰端长度为H₅， 外径为D₁₅。其中D₁₄²-d₈²＝D₆²-d₄²，D₁₅²-d₈²＝D₇²-d₅²，D₁₆-D₁₅＝D₈-D₇。

2)用三角砧压接管环带部位，锻出一体化接管段接管凸台。如图13 所示，用两个三角砧上下对称压坯料上的接管环带，成形接管之间凹档； 沿接管环带顺时针或逆时针每隔60°对称压俩凹档，完成6段接管环带 的分割。三角砧压至图12中D14接触面。

3)用门字形锤头及马杠扩孔得到一体化整体接管段毛坯锻件，如图 14所示。首先将预制的接管环带分割部位插入门字形锤头中间凹档中， 同步将马杠插入空心坯料的中心；然后用门字形锤头环压坯料法兰端及 非法兰端，其中用较矮一端成形法兰端，较高一端成形非法兰端，用凹 档成形接管凸台，将凸台压平，完成接管凸台的锻造。

马杠扩孔火次可调，在扩孔的过程中内孔会逐渐增大，这样管嘴之间 的凹档也会随之长大。通过扩孔得到孔大臂薄件。

4)将毛坯锻件进行机加工获得外部圆形接管段和接管之间的空档。

5)将一体化接管段毛坯锻件粗加工后用翻边冲子和翻边下模对所有 接管管嘴进行翻边冲形，如图15所示。翻边后经精加工得到一体化整体 接管段成品，如图16所示。

以上需要通过计算得到的尺寸已在文中列出，未列出尺寸为根据生 产经验而定，或根据现场工况而定，并非本发明所需重要尺寸。

由于本发明带接管和法兰的一体化接管段整体锻造技术采用了上述 技术方案，即本方法首先确定带接管和法兰的一体化接管段的特征尺寸 参数，并据此设计出一体化接管段毛坯锻件，根据其设计特征制作三角 砧，门字形锤头，马杠，翻边冲子及翻边下模；将钢锭局部镦粗冲孔为 带有中间环带的空心坯料；用两个三角砧在接管环带位置上下对称摆放， 每间隔60°预压1个凹档，完成接管凸台的成形；用门字形锤头、马杠 扩孔得到毛坯锻件；然后将坯料粗加工后翻边接管成形前端管嘴，再经 精加工后得到一体化整体接管段成品。本方法实现了带接管和法兰的一 体化接管段整体锻造成形，减少了核反应堆压力容器的总焊缝数量，同 时也缩短了工期，减少了生产成本。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围 并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。