蒸汽发生器整体锻造上封头的制作方法

本实用新型涉及核岛一回路压力边界关键设备蒸汽发生器，尤其涉及蒸汽发生器的上封头。

背景技术：

核电由于资源消耗少，环境影响小和供电能力强等优点，成为与火电、水电并称的世界三大电力供应支柱，核能发电所用的核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，因此核电是一种清洁、安全的能源，且核电的环境影响小。

蒸汽发生器是核岛一回路压力边界关键设备，它主要由上封头、筒体和下封头等部件构成，其中蒸汽发生器整体锻造上封头是蒸汽发生器中承压较大的部件，蒸汽发生器所产生的驱动发电机组运行的高温高压蒸汽位于上封头所形成的腔室中，并经蒸发生器上封头向外输出。核电用蒸汽发生器上封头属于大体积、大断面及复杂曲面的核一级锻件，制造难度非常大，成品性能要求非常高，而且其结构形状和尺寸对蒸汽发生器的可靠性和安全影响非常大。

现有蒸汽发生器上封头的主体结构为一圆球型封头，加之其体积大，重量重，且断面形状复杂；受制作工艺的限制，球形的上封头大都采用了分体式结构，以简化制作工艺，但这种上封头主体上存在焊缝不能形成完整的金属流线，由于核电蒸汽发生器长期处于高温高压的恶劣运行环境中，且承受交变荷载和管道涡流所形成的压力突变，极易引起应力分布不匀和应力集中，容易产生疲劳、蠕变和损坏虽然随着材料科学的发展。虽然随着焊接材料性能的大幅提高，焊接新工艺也层出不穷，但分体式封头仍存在焊接工艺复杂、焊接周期长，复杂应力区质量稳定性差，直接造成成品率低，使制造成本大幅上升。而且封头圆球状的主体结构还存在诸多不足：首先圆球形封头的球冠深度较大，使得上封头占据空间变大，尤其是在小型核电设施中，占据空间大小要求十分严格，因此要求上封头尽可能减少空间占据体积。也由于球形封头深度较大，加之封头本身又属于大体积、难加工的锻造件，这不仅增加封头主体的锻造难度，而且也增加了锻造坯件的机加工难度，且加工余量大，提高了制作成本。更由于蒸汽发生器整体锻造上封头长期处于高温、高压和强辐射的恶劣环境中，上封头更是容易被腐蚀，力学性能下降，给核电安全性能带来很大的隐患。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种蒸汽发生器整体锻造上封头，它不仅结构合理，使用寿命长，而且锻件组织均匀密实，金属流线完整。

为了解决上述技术问题，本实用新型的蒸汽发生器整体锻造上封头，包括封头主体，以及设置于封头主体上的封头顶孔，所述封头主体包括椭圆球冠和封头筒段，该椭圆球冠和封头筒段锻为一整体，封头筒段位于椭圆球冠的口端位置，在椭圆球冠和封头筒段的内壁上覆有堆焊层。

优选地，所述椭圆球冠横截面上的椭圆长半轴为a，该椭圆的短半轴为b，a=（1.8—2.2）b。

优选地，所述椭圆球冠横截面上的椭圆长半轴a两倍于椭圆短半轴b。

优选地，所述封头主体（1）的厚度为H，堆焊层（2）的厚度为h，h=（1/8-1/22）H。

优选地，所述堆焊层（2）的厚度h=2㎜—3㎜。

优选地，所述封头主体（1）的厚度为H，所述椭圆球冠的短半轴为b，H=（1/10-1/13）b。

采用上述结构后，由于将封头主体的圆球冠结构改为椭圆冠结构，在封头主体口端径向尺寸不变的情况下，封头主体的轴向尺寸变小，结构更加紧凑合理；同时由于轴向尺寸变小，更便于锻造成型，使封头这种大体积、大断面的核一级锻件的加工变得容易，有利于实现封头的一次性整体锻造成。又由于在椭圆球冠和封头筒段的内壁上覆有堆焊层，使封头构成了双层结构，堆焊层不仅增强了蒸汽发生器整体锻造上封头的耐高温高压的性能，而且增强了封头的抗腐蚀、耐核强辐射的能力，有利保证封头主体的金属组织结构和力学性能的稳定和均匀，大大增强了封头主体的使用安全性和可靠性，延长了封头的使用寿命。还由于椭圆球冠和封头筒段以锻造的方法锻为整体，使封头主体的金属组织内部形成了完整连续的金属流线，而且锻件的金属纤维组织与锻件外形能够最大限度地保持一致，封头成品的力学性能得极大的提高，更能承受蒸汽发生器的高温高压以及交变荷载和蒸汽涡流所形成的恶劣工况，有利于封头工作应力的均匀化，封头工作可靠性大大增强，更利于提高核电站及其蒸汽发生器的运行安全性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型蒸汽发生器整体锻造上封头作进一步说明。

图1是本实用新型蒸汽发生器整体锻造上封头一种具体实施方式主剖视结构示意图；

图2是图1所示实施方式的俯视结构示意图。

图中，1—封头主体、2—堆焊层、3—封头顶孔。

具体实施方式

如图1、图2所示的蒸汽发生器整体锻造上封头，该蒸汽发生器整体锻造上封头包括有封头主体1 ，在封头主体1的轴线方向设置有封头顶孔3，该封头顶孔3用于连接高温高压蒸汽输出管。封头主体1包括椭圆球冠和封头筒段，封头筒段位于椭圆球冠的口端位置，封头主体1是通过整体锻造而锻为一整体的椭圆球冠和封头筒段构成，封头主体1的以特种合金钢为材料。椭圆球冠是由半椭圆绕其短轴轴线旋转而成的半椭圆球体，该椭圆球冠横截面上的椭圆长轴长2a=2100㎜，椭圆的短半轴b=525㎜，封头筒段的长度为125㎜，因此封头主体1的口端内径也为2100㎜，封头主体总高650㎜。在椭圆球冠和封头筒段的内壁通过焊接覆有堆焊层2，堆焊层2以不锈钢焊接材料而焊接成，封头主体1的壁厚H=45㎜，堆焊层2的厚度h=H/20=2.25㎜。

锻造时，首先将钢锭按热处理规范加热至1210℃—1240℃，去除冒口端和氧化层，再进行镦拔后将其模锻成型为封头锻坯，然后借助成型冲头和成型下砧一次冲压成封头坯件，最终通过机加工将封头坯件加工成封头成品。在上述的锻造过程中，封头坯件的温度应在800℃—1240℃范围内，即锻造过程中锻坯温度降至800℃，需重新加热升温。

上述举出了本实用新型的优选实施方式，但本实用新型并不限于此，在不违背本实用新型的原理情况下可有许多变化、改进和替换。如椭圆长半轴和短半轴并不限于a=2b，但其a应控制在（1.8—2.2）b范围内；壁厚H不限于45㎜，但H应为（1/10-1/13）b之间，堆焊层厚度h也不限于2.25㎜，其厚度应控制在（1/18-1/22）H范围内。这些变换均落入本实用新型的保护范围内。