蒸汽发生器上封头整体锻造坯件的制作方法

本实用新型涉及核电核岛关键设备蒸汽发生器，尤其涉及蒸汽发生器上封头的整体锻造坯件。

背景技术：

核电是当前我国能源建设和核工业发展的一次重要政策，发展核电对保障能源供应与安全，保护环境，实现电力工业结构优化和可持续发展具有十分重要的意义。但核电站一出现事故，其恶劣影响实在是太大，因此，核电设施中的每一部件都必须严格控制其各项质量指标，对核电的每一部件都必须逐件进行材料成分、金属组织和力学性能的取样试验分析，只要完全符合设计要求方能投入使用，尤其是核岛部件。

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。

要确保蒸汽发生器上封头成品的安全性和可靠性，不仅要合理设计上封头的结构形状，而且优化上封头坯件的试样位置和顶留恰当的加工余量，以实现其安全可靠性和经济性的并重与统一。

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上封头整体锻造坯件，它不仅结构合理，锻件组织均匀密实，而且加工余量和试样取料位置设计合理，便于保证成品质量和近终冲压成型。

为了解决上述技术问题，本实用新型的蒸汽发生器上封头整体锻造坯件，包括封头本体以及设置于封头本体上的封头顶孔，所述封头本体包括椭圆球冠，在椭圆球冠的口端上依次设置有封头筒段和试样段；该椭圆球冠、封头筒段和试样段锻为一整体；所述椭圆球冠的椭圆长半轴和椭圆短半轴分别为a和b，a=（1.8-2.2）b；所述封头筒段的长度c=（0.25-0.30）b，所述试样段的长度D=（0.25-0.30）b，所述封头本体的壁厚B=（1/6-1/8）b。

优选地，所述椭圆球冠（3）的椭圆长半轴a等于2倍的椭圆短半轴b。

优选地，所述封头筒段（2）的长度C=0.26b，所述试样段的长度D=0.28b。

在上述结构中，由于封头主体采用椭圆冠结构，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。又由于通过锻造的方法将封头主体锻为一整体结构，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。还由于本实用新型不仅合理设计了椭圆球冠的长轴和短轴尺寸，而且优选了封头筒段、试样段的长度，以及封头本体的壁厚尺寸，在上述结构中，试样段位于椭圆球冠的最外端，该部分金属能准确反映封头本体各部的材料成分，金属组织和力学性能，并且足够的试样段长度，既能够满足对坯件的多次、多部门的取样试验和试样留存，确保上封头的使用质量和质量追踪，又不至形成对特种金属材料的浪费；合理的封头本体壁厚尺寸，又预留了恰当的成品加工余量，减少特种金属材料的浪费，因此本实用新型具有安全可靠性和制作经济性的统合优点。

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上封头整体锻造坯件作进一步说明。

图1是本实用新型蒸汽发生器上封头整体锻造坯件一种具体实施方式的主剖视结构示意图；

图2是图1所示实施方式的俯视结构示意图。

图中，1—试样段、2—封头筒段、3—椭圆冠、4—封头顶孔。

具体实施方式

如图1、图2所示的蒸汽发生器上封头整体锻造坯件，该整体锻造坯件包括封头本体，在封头本体的轴心线上设置有封头顶孔4，该封头顶孔4用于连接高温高压蒸汽输出管。封头本体包括有椭圆球冠3，在椭圆球冠2的口端位置上从里向外依次设置有封头筒段2和试样段1，该椭圆球冠3、封头筒段2和试样段1通过锻造锻为一整体结构，封头本体的材料采用特种合金钢。

椭圆球冠由半椭圆绕封头本体的轴心线旋转而成的半椭圆球冠体。该椭圆球冠横截面上的半椭圆长轴长度2a=2000mm，椭圆的短半轴长度b=500mm, 封头筒段2长度C=130 mm，试样段1的长度D=135 mm，封头本体的壁厚B=65 mm，因此封头本体的口端内径为2000 mm，封头本体的口端外径为2123 mm，封头本体的总高为830 mm。

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。如所述椭圆球冠的椭圆长半轴长度a应控制在（1.8-2.2）椭圆短半轴b；封头筒段的长度c控制在（0.25-0.30）b；试样段长度控制在（0.25-0.30）b，所述封头本体的壁厚B控制在（1/6-1/8）b。这些变换均落入本实用新型的保护范围内。