专利名称：用焊接方法将管子固定到厚壁组件如压水核反应堆容器上的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用焊接方法将管子固定在一个厚壁部件上的工艺，尤其是，但不仅限于此，将管子固定在轻水核反应堆的容器的携管壳上的工艺。
轻水核反应堆。尤其是加压水核反应堆包括一个由盘形底封住的园筒形容器。圆筒部分由若干锻制壳组成，它们在组装容器时被首尾相接地焊在一起。这些壳中的一个壳称为携管壳，它包括位于要紧固管子的区域的贯穿其壁的开口，这管子要接到构成初级循环圈的热段和冷段的管道系统上。
迄今最广泛采用的将管子固定在携管壳上的工艺的要点是提供一个贯穿壳的开口，其直径大于将嵌入开口全壳壁厚度的管子的外直径。对管子上一部分和开口中一部分按相应的方式加工出一条或多条焊槽，然后从壳外或壳内向焊槽填入焊条。(固定)操作用自动埋弧焊加艺完成。
在核反应堆容器直径达4.50米量级的情况下，携管壳的厚度略小于300毫米。这一厚度在壳的各部分基本均匀。
另一种固定携管壳的管子的工艺也已提出。这种工艺的要点在于在携管壳上提供一开口，其直径基本上相当于管子的内直径。管子沿开口延伸方向被遍及其自身厚度地焊在外面壳壁上。
这种固定管子的方法，是将管子加于，也就是说放置于壳的外表面之上，它被称为“置上”方法，以与前述固定方法相对照，在那里管子插入贯穿壳的开口，该方法被称为“置入”方法。
在理论上起源于第二种固定方法的“置上”布置优于“置入”布置，这是因为一个引起故障的焊接缺陷会构成一个核电站安全规程中所列的事故，这一事故相当于一初级循环段的故障，导致冷却剂很快地损失。
在“置入”布置情况下，导致故障的管子焊接缺陷构成相当于容器故障的事故。
然而，“置上”设计要求采用更大厚度的携管壳，并且壳上还要有安置管子的外突部件。事实上，由于焊头有一定尺寸，不可能在与壳外表面齐平的区域对管子进行自动埋弧焊接。
在反应堆容器直径接近4.50米的情况下，有必要提供在主体部分厚度约400毫米，在安置管子的突出区厚度为450毫米的携管壳。锻造这样的壳需要采用重达350吨的巨大的初始坯料。
另外，对管子进行自动埋弧焊接是一种困难的操作，需要作多次检查。
总的来说，就反应堆或任何包括如厚度超过100毫米的容器而说，还没有一种靠焊接固定管子的工艺能做到方法简单，操作时间短并保证很高的焊接质量。
因此本发明的目的就是提供一种用焊接方法将管子固定到包括至少一个直径基本上等于管子内径的贯通开口的厚壁组件上的工艺，管子沿开口方向被遍及其自身厚度地焊接在壁的一面上，这一工艺能使焊接简单，缩短操作时间，同时能保证很高质量的焊接，并能采用有限厚度的壁。
为此目的，在管子一端做出一个具有30到60°之间的顶点半角和横向尺寸沿指向管端的方向减小的截面，与管子同轴的截锥形连接面，在壁件厚度的一部分内，开口所在区域，沿开口轴向做出一个相应于管子连接面，开口在壁外侧，并沿该壁侧方向变阔的截锥形连接面。
-管子和器壁的连接面重合放置，并且-管子和器壁件依靠电子束从器壁外，不用沿连接面的焊条，一次扫过便焊接在一起。
为使本发明易于理解。下面以举例且无任何暗含的限制，参照附图对在压水核反应堆容器的携管壳条件下，本发明的工艺的一个实施方案作出描述。
图1是具有“置入”布置的携管壳在管子所在区域横截面的半视图。
图2是具有按已有工艺的“置上”布置的携管壳的类似于图1的截面图。
图3是具有“置上”布置，按本发明的工艺制成的携管壳的类似于图1和图2的截面半视图。
图4A和4B是具有“置入”布置的携管壳在焊管之前和之后的沿如图14-4线的轴向截面图。
图5A和5B是按已有工艺，具有“置上”布置的携管壳在管子焊接之前和之后沿如图25-5线的轴向截面图。
图6A和6B是按本发明的工艺的携管壳在焊管之前和之后沿如图36-6线的轴向截面图。
图7是显示按本发明的工艺固定到壳上并内衬有不锈钢的管子的轴向截面放大图。
图8是容许采用本发明的固定工艺的电子束焊接装置的竖直截面图。
图1，4A和4B显示一个容器壳1，其中已加工有开口2，这些开口的直径比待固定到壳1上的管3的外直径大。
将构成带有四个循环圈的核反应堆的整个携管壳包括8个开口，每个开口要接一根管子3。管子3根据所要连接的是初级循环圈的热段还是冷段而分为两类。这两种管子按其孔是园筒形还是基本上是截锥形来区分。
管3和开口2经加工后在相应位置形成环形槽，以在管子3置于开口2的位置上时确定两条焊槽，一条焊槽开向携管壳外，另一条焊槽开向其内。两焊槽5被用自动埋弧焊填上焊条。
从图1和图4B可以看出，焊条5构成将容器内加压水与外部环境分开的屏障的一部分。
图2，5A和5B显示压水核反应堆的携管壳的第二种布置及其制造方法。携管壳10包括直径基本上相应于管子13的内直径的贯穿开口12。管子13置于携管壳10的外表面上，其内孔严格位于贯穿过10的开口12的延伸面上。管子13在各自环绕一个开口12的突出环形部件14所在区域被固定在壳10的外壁上。
每根管子13都靠遍及其金厚度在焊接在突出部件14上来固定。焊条15可以用自动埋弧焊从管子13外面，沿一条焊槽焊着，管子和突出部件14上相应的边缘使焊槽得以确定并向内合。
如图2和图5B可见，在这种“置上”布置中焊条15构成容器与相应初级循环段的连接区。所以连接区15的故障就相当于初级循环一个分支的故障而不是容器故障。
在图1，就4A和4B所示“置入”布置，和图2，5A和5B所示的“置上”布置情况而言，形成焊条连接5和15的焊接操作必须极其小心地进行，并且必须不停地检查，以保证焊接部位完美的质量。另外，确定焊槽的边缘在焊槽被部分填充后必须被削去。
所有这些必须从携管壳外面或里边进行的操作都是长时间的和复杂的。
对于直径接近4.50米的携管壳，在“置入”布置情况下，其厚度略低于300毫米。管子厚度为300毫米。
在图2，5A和5B所示的“置上”布置情况下，对同样的接近4.50米的容器直径，壳10的主体部分厚度接近400毫米，开口12附近的厚度约为450毫米，在这些区域，壳厚因有突出部件14而增加沿其上有焊条15形成的。管的厚度约为150毫米。
所以看来图2，5A和5B所示的“置上”布置需要采用与“置入”的情况相比，厚度大大增加的壳10。
要在远离壳10外表面以使焊头通过的区域进行焊接，突出部件14的存在是必要的。
图3和6B显示其上已用本发明的工艺固定上管子23的携管壳。管20包括8个内直径相应于管23的内直径的贯穿开口。
从显示组装前的携管壳20和管23的图6A中可见，要与壳20组接的管23的端区被切削成截锥形连接面。
壳20被沿其厚度的一部分，在开口22的区域内加工成形状完全相应于管23的截锥连接面24的形状的锥截连接面25。面24的截面的横向尺度在指向管端的方向上减小，而开口22的面25在指向壳外的方向上扩展。截锥面24和25的顶点半角基本上等于45°。面25外张，其扩展部分落在壳20的外表面上。因而将管子接到开口22的截锥部分25的端嵌合可很容易地完成。两个相应的截锥面24和25分别与管和开口22共轴。当管子处于图3和6B所示位置时，这些轴相互重合。
如图3和7中可见，携管壳20在装管子的贯穿开口22所在区域没有任何附加厚度。
壳20只包括一个环形槽28，管23和壳20的扩展开口的连接区在此张开。
槽28能使管23和壳20的扩展开口间的连接区被清楚地确定。
如图8所示，管23与壳20的焊接是在一大空间30中进行的，大气可从其中用能产生10-5毫米汞柱的高真空的真空泵系统抽出。
空间30内有一电子枪31，它被安装得能沿立柱34竖直移动，并且能向下指与垂直方向基本上成45°角。携管壳20放在平台37上，在能在空间30中平移的台车36上，并平台本身被安装得能沿一竖直轴旋转。壳20借助转动齿轮系统40的水平轴滚筒置于平台上。
在管23和壳20的电子束焊接过程中，电子枪固定在一垂直位置并倾斜，台车36处于空间30内一固定位置，壳20处于转动齿轮40上一固定位置。壳20和管23处于使电子枪31的电子束准确指向管与壳之间截锥面的一母点线的位置。被焊接的管23的轴与平台37的转动轴重合。平台37缓慢转动，以使电子束以10到40厘米/分钟的速度在整个截锥连接区上移动。
采用了功率为200KW，能不用焊条，一次扫过便完成管与壳的焊接的电子枪。
携管壳20和管23是用主要含铬2到2.5%，钼0.9到1.10%，碳含量低于0.15%的钢锻制成的。这种钢的铬和钼的目标含量分别是2.25%和1%。
这种众所周知的，被用于制造用在石油化工业的部件的钢所具淬火性，在厚度大于100毫米的部件的情况下，完全适合电子束焊接。
在焊接管23的情况下，焊接处的厚度在150到170毫米之间。这与焊接能力厚达300毫米量级的电子束焊接装置的操作是完全相容的。
已发现焊接处质量是完全令人满意的。
为了进行对8根管子与携管壳20的连续焊接，借助转动齿轮对壳绕其轴定向，以使待焊接壳处于轴垂直的高位上。
壳20上绕开口22显露的扩展部分的槽28的存在使电子束能更好地接近连接区。
在携管壳20直径接近4.50米的压水核反应堆情况下，当采用本发明的接管工艺时，携管壳的厚度被限在350毫米以下。事实上，本工艺能避免壳20的外突部位的存在，因而也没有在贯穿开口22附近的局部附加厚度。如图8所示，让电子枪距管子有一段距离倾斜45°的电子束事实上能容易地到达连接区。
本发明的工艺能按“置上”安排将管子固定到厚度远小于常规工艺对“置上”布置的要求的携管壳。
图7显示用本发明的工艺固定到携管壳20上的管23，以及采用电子束，没有焊条的焊接处27。
管23的内孔衬有一层不锈钢，它终止于管端附近，这层不锈钢衬在管子与壳20焊接之前，在其制造过程中就装在管内了。
类似地，壳20也衬有一层不锈钢42，它终止于开口22附近。
在管23被用电子束焊到壳20上，形成一连接区27之后，必须通过淀积一层连接层41和层42并覆盖连接区27的不锈钢43来完成管内和携管壳内的不锈钢衬。
管23和壳20的截锥形连接面24和25可在组装前在它们相应的开口22处用机械切削管23和壳20来形成。管23也可包括一个要构成截锥形连接面24的预制端。
本发明的工艺的主要优点是它能将管子快速固定在携管壳上而不用焊条。壳的厚度在其主体部分和与管子的连接部分都可是有限的。
在所有情况下，截锥面的顶点半角得在30到60°之间，以即保证能在管子和壳的外面充分接近连接区，又使管子满意地固定。
很明显，本发明不限于上述实施方案。
所以，本发明可以应用于不同壳部件及与之相接的管子。例如，本发明也可应用于将管子固定在球形帽上，最好是在以球形帽转轴为中心的开口处。这类管子连接常见于化学或石油化工反应塔上。
可以设想采用不同于上述制造壳和管子所用的钢材的钢材。但是所用钢材必须具有能保证能得到高质量焊接处的淬火性。
在所有情况下，管子和管子将要固定于其上的壁件必须有一段只延及壁厚的一部分的交叠区。这一交叠区最好不超过壁厚的三分之一。在交叠区延及壁厚的大部分，或在壁厚的情况下，会再次遇到按“置上”布置固定管子的缺点。
本发明不仅可应用于核反应堆领域，也可一般地应用于化学或石油化工反应塔领域。
权利要求
1.用焊接方法将管子(23)固定到包括至少一个直径基本上等于管(23)的贯穿开口的厚壁组件(20)上的工艺、管(23)被在壁(20)的一侧或其外侧上，遍及其全厚度地焊入开口(22)的延伸部分，工艺特点在于管(23)的一端部做有一个顶点半角在30到60°之间，截面横向尺寸沿指向管(23)端部的方向减小，与管(23)共轴的截锥形连接面(24)，还在于在壁件(20)上，其厚度的一部分上，开口(22)的附近做出相应于管(23)的连接面(24)的形状的，朝壁(20)外侧开口并沿指向该侧的方向扩展的，与开口共轴的截锥形连接面(25)。-管(23)和壁(20)的连接面共轴，以及-管(23)和壁件(20)用电子束而不用焊条从壁外侧，沿它们的连接面(24，25)一次扫过即焊在一起。
2.根据权利要求1的工艺，其特点在于连接面(24，25)的顶点半角基本上等于45°。
3.根据权利要求1和2两者之一的固定工艺，其特点在于壁件(20)包括位于连接面(25)的扩展部分的开口处，绕开口(22)的环形槽(28)。
4.根据权利要求1到3中任何一个的固定工艺。其特点在于壁件(20)和管(23)由含铬2%到2.50%，钼0.9%到1.10%，并且碳含量低于0.15的钢制成。
5.根据权利要求1到4中任何一个的固定工艺，在壁件(20)为压水核反应堆容器的一个携管壳的情况下，其特点在于携管壳具有接近4.50米的直径和低于350毫米的直径。
全文摘要
在管23一端区部分做出一个与管23共轴。顶点半角接近45°，截面横向尺寸沿指向管端的方向减小的截锥形连接面24。在壁件20上做出相应于管的连接面形状的截锥形连接面25。连接面24，25共轴安置，管和壁靠电子束而不用焊条，从壁上开口22的连接面25的扩展部分分开于其上的那一侧，沿它们的连接面24，25一次扫过即焊接在一起。本发明尤其适用于将管子23向压水核反应堆容器的携管壳20上的固定。
文档编号B23K33/00GK1033335SQ8810709
公开日1989年6月7日 申请日期1988年10月15日 优先权日1987年10月16日
发明者维尼斯·阿兰 申请人:法玛通公司