专利名称：反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法
技术领域：
本发明涉及反应堆压力容器技术领域，尤其涉及一种反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法。
背景技术：
当前国际上又进入了新一轮的核电发展时期，许多国家都在积极准备建设新的核电机组，然而全世界的核岛大型铸锻件的生产能力却十分有限，制造技术主要控制在少数几个制造厂中，这已经不能满足全世界核电发展的需要。结合我们国家发展核电和核电设备国产化的政策，实现我国核电发展规划目标，必须实现反应堆压力容器整体顶盖锻件国产化。要真正实现整体顶盖锻件的国产化，在保证质量的条件下实现批量化生产，不仅需要制造厂在制造技术上进行创新，还需要成功完成核岛大型铸锻件制造工艺的技术评定，当然也必须进行反应堆压力容器整体顶盖锻件的工艺评定工作。 核岛重要部件的制造工艺技术评定是核电技术规范的要求，也是国际惯例，我国的核安全法规也相当重视相关的工作，然而国内在岭澳二期和红沿河项目之前，基本上没有开展过这项工作；由于在先前的核电项目中没有实际介入过评定工作，相关的核电规范RCC-M (《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》的简称)中只有评定的要求，而并没有具体的评定方案和评定规范。评定本身是一项综合性的多学科核电通用技术，也是核电自主化的核心技术之一。它涉及到制造工艺技术、金属材料、理化检验、无损检验、设计分析、断裂力学、寿命管理，以及工程管理等很多学科，通过设备制造工艺评定，以验证制造商的制造能力和管理能力，以及制造商所制造的这些部件或制品的整体和内在质量满足设计和核安全的要求，保证制造质量的可重复性，有效地减少检验项目，降低制造成本和缩短制造周期，从而为制造商批量制造核岛重要部件提供有力条件。反应堆压力容器(RPV, reactor pressure vessel)是安置核反应堆并承受其巨大运行压力的密闭容器，是一回路的主要设备之一，反应堆压力容器固定和包容堆芯及堆内构件，使核燃料的裂变反应限制在一个密封的空间内进行。反应堆压力容器壳体材料除了要承受高温、高压，还处在强烈的中子辐照下，应具有优良的抗中子辐照催化能力，较高的断裂韧性、足够的强度、良好的焊接性能以及大厚件截面的均匀性能等。反应堆压力容器和一回路管道共同组成高压冷却剂的压力边界，是防止放射性物质外逸的第二道屏障之一，是不可更换的设备，必须保证其在核电站40年寿命期内绝对安全可靠。反应堆压力容器规范等级I级，安全等级I级，质量等级I级，抗震类别I级，清洁类别A类。因此，反应堆压力容器部件具有制造技术标准高、难度大和周期长等特点。请参阅图1，其绘示现有技术反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法的示意图。整体顶盖锻件10具有一体锻造成型的法兰部20和半球形的封头部30，所述法兰部20在水口端的内壁下部设有内侧试料环21。所述法兰部20的高度为H1，所述封头部30的内半径为R1，外半径为R2。另外，由于所述整体顶盖锻件10在安装需要，在所述封头部30上预设有多个用于加工安装孔的安装孔位(图中未示)，所述法兰部20上预设有多个用于加工螺栓孔22的螺栓孔位(图中未示)。对所述整体顶盖锻件10的质量检验主要包括化学成分检验、力学性能检验和金相组织检验，其中化学成分检验主要是进行硫印和C、Mn、S分析。每一项质量检验的测试都需要在整体顶盖锻件10上取多个标准试样进行多次测试，因此如何在整体顶盖锻件10上取样，使的测试结果具有代表性，并且能够均衡反映整体顶盖锻件10的实际性能和整体质量，从而验证反应堆压力容器的整体顶盖锻件10的制造工艺是否满足RCC-M规范的要求，是一项重要的工作。现有技术中，针对反应堆压力容器的整体顶盖锻件10的质量检验的取样方法，是在法兰部20分水口端内侧试环21上沿直径方向相对称的两个部位截取多个试样，以满足全部试验和复验所需。而反应堆压力容器的整体顶盖锻件10是组成反应堆压力容器的关键锻件，因其尺寸巨大，一般采用200吨以上的钢锭锻造，钢锭的冶炼难度非常大，锻件的封头部30与法兰部20相连接部分尺寸过渡大，锻造过程中易生产拉应力。由于整体顶盖锻件截面差异大，热处理参数不易选择，生产周期长。具体的制造工艺难点如下
采用电弧炉粗炼+钢包精炼钢水，钢锭要最大程度地减小偏析，细化晶粒，减少夹杂物是一项非常复杂的技术问题；
封头板坯锻造过程中，在镦粗工序，存在上下两个难变形区，这两个难变形区互相挤压，易产生夹杂性裂纹，当夹杂性裂纹汇集在一起，往往在超声波检测时会呈现出超标缺陷；
冲型过程的模具设计要考虑工件的回弹量，还要考虑冲型温度及时间对机械性能的影
响；
封头类锻件由于淬火过程中在球顶部分水蒸汽无法排出，影响热量交换，进而影响机械性能；
封头部和法兰部分壁厚差别较大，热处理参数的选择难度较大，锻件壁厚较大，力学性能不容易达到要求；
板坯形状特殊，需要优化设计和大量的机加工；
在对存在两个厚度差别很大的封头成型过程中容易造成较薄的封头部分与较厚的法兰部分之间的联接部位损伤；
锻件整体质量不易检查，非规范取样部位取样困难。由于反应堆压力容器的整体顶盖锻件存在上述制造难点，锻件各部位的性能很难保证一致，且局部位置容易产生损伤，如何对所述整体顶盖锻件进行取样来检验锻件整体质量也将十分重要。由于整体顶盖的制造成本非常高，正常生产过程中，不可能对每一件顶盖进行彻底地检验，必须在工艺评定过程中充分考虑各种制造因素和使用条件，设计出既能完全检验出锻件整体质量又能最大程度地降低检验成本的取样方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种能够满足既能完全检验出反应堆压力容器的整体顶盖锻件整体质量又能最大程度地降低成本的取样方法。为达到上述目的，本发明提供一种反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法，所述整体顶盖锻件包括封头部和法兰部，所述封头部上预设有多个用于加工安装孔的安装孔位，所述法兰部上预设有多个用于加工螺栓孔的螺栓孔位，所述法兰部还具有内侧试环，其特征在于，所述取样方法包括以下步骤
(1)在所述整体顶盖锻件的上表面和下表面，分别沿相互垂直的两条径向直线间隔设置多个化学成分分析取样位置；
(2)在所述的径向直线方向上分别设置用以对所述整体顶盖锻件进行硫印检查的长条形的硫印检查区域；
(3)在所述内侧试环沿直径方向上相对称的两个部位分别截取多个试样；
(4)在所述封头部上的安装孔位处及所述法兰部上的螺栓孔位处分别套料取样，得到圆柱形试样；
(5)在所述封头部的下部，沿与所述整体顶盖的中心轴线相垂直的横截面切口，将所述封头部和所述法兰部进行横向切割分离；
(6)在切割分离后的所述封头部的下端，沿与所述整体顶盖的中心轴线相垂直的横截面，切割得到环形的连接区试环，在所述连接区试环上分别从相对的两个象限区域内截取多个试样；
(7)通过计算机模拟分析，获取所述整体顶盖成型过程的有效应变分布图，根据所述有效应变分布图获得所述整体顶盖上的封头部的最大损伤区域范围，在所述最大损伤区域范围内，沿与所述整体顶盖的中心轴线相垂直的横截面，切割得到环形的最大损伤区试环，在所述最大损伤区试环上分别从相对的两个象限区域内截取多个试样；
(8)在所述封头部上，以其顶部中心为圆心截取圆形的穹顶中心试块，在所述穹顶中心试块的内部，从其厚度方向上均匀间隔地进行分层截取多个试样。较佳地，上述步骤(I)中，每两个所述多个化学成分分析取样位置之间的间距小于或等于200mm。较佳地，上述步骤(2)中，所述硫印检查区域的宽度为200m。较佳地，上述步骤(4)中，在所述封头部上得到的圆柱形试样的直径小于安装孔直径，在所述法兰部上得到的圆柱形试样的直径小于螺栓孔的直径。更佳地，所述圆柱形试样的直径大于或等于30mm。较佳地，上述步骤(5)中，所述横截面切口下端面距所述法兰部上端的高度为100-350mm,所述横截面切口的高度小于或等于60_。较佳地，上述步骤(6)中，所述连接区试环沿中心轴线方向的高度为120mm。较佳地，上述步骤(7)中，所述最大损伤区试环沿中心轴线方向的高度为120mm。较佳地，上述步骤(8)中，所述穹顶中心试块的直径为600mm。较佳地，上述步骤(8)中，从其厚度方向上分别在距离所述穹顶中心试块的外圆面四分之一厚度位置、距离所述穹顶中心试块的外圆面二分之一厚度位置以及距离所述穹顶中心试块的内圆 面四分之一厚度位置为横向中心轴线分别截取三层试样。通过以上技术方案的应用，对所述整体顶盖锻件进行化学成分分析、硫印检查以及对取得的试样进行力学性能测试和金相组织检查，能够全面检验出反应堆压力容器的整体顶盖锻件10的整体质量，可以对所述整体顶盖锻件的制造工艺进行完整评定，符合核电规范RCC-M的工艺评定要求，而且不需要对所述整体顶盖锻件进行完全破坏，取样后所述法兰部依然可以作为法兰产品继续使用，从而最大程度地降低了取样的成本。
图I为现有技术反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法的示意图。图2为本发明的取样方法中所述整体顶盖锻件的剖面示意图。图3为本发明的取样方法中所述整体顶盖锻件的化学成分分析取样位置俯视示意图。图4为本发明的取样方法中所述整体顶盖锻件的硫印检查区域俯视示意图。图5为本发明的取样方法中所述的内侧试环的取样位置俯视示意图。
图6为本发明的取样方法中所述封头部与所述法兰部横向切割分离的剖面示意图。图7为本发明的取样方法中所述封头部切割连接区试环及最大损失区试环的剖面示意图。图8为本发明的取样方法中所述连接区试环的取样位置俯视示意图。图9a为本发明的取样方法中所述穹顶中心试块的取样位置俯视示意图。图9b为本发明的取样方法中所述穹顶中心试块的取样位置侧视示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细说明。请参阅图I至图9，本发明提供一种反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法，所述整体顶盖锻件10包括封头部30和法兰部20，整体顶盖锻件10具有一体锻造成型的法兰部20和半球形的封头部30，所述法兰部20在水口端的内壁下部设有内侧试料环21。所述法兰部20的高度氏=880臟，所述封头部30的内半径为R^OlOmm，外半径为R2=2230mm。另外，由于所述整体顶盖锻件10在安装需要，在所述封头部30上预设有多个用于加工安装孔31的安装孔位，安装孔31的直径为0 I=IOOmm,所述法兰部20上预设有多个用于加工螺栓孔22的螺栓孔位，螺栓孔22的直径为(j5 2=65mm。本发明提供的一种反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法包括以下步骤
步骤(I):请参阅图3，在所述整体顶盖锻件10的上表面和下表面，分别沿相互垂直的两条径向直线间隔设置多个化学成分分析取样位置32，所述多个化学成分分析取样位置32在每条径向直线上均匀间隔分布，间距S小于或等于200mm。步骤(2):请参阅图4，在所述的径向直线方向上分别设置用以对所述整体顶盖锻件进行硫印检查的长条形的硫印检查区域11，所述硫印检查区域的宽度W为200m。步骤(3):请参阅图5，在所述内侧试环21沿直径方向上相对称的两个部位分别截取试样 21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、21h、21i、21j。步骤(4):请参阅图2，在所述封头部30上的安装孔位处分别套料取样，得到圆柱形试样33，所述圆柱形试样33的直径ll=60mm，在所述法兰部20上的螺栓孔位处分别套料取样，得到圆柱形试样23，所述圆柱形试样22的直径<j5 22=30mm。步骤(5):请参阅图6，在所述封头部30的下部，沿与所述整体顶盖的中心轴线相垂直的横截面切口，将所述封头部30和所述法兰部20进行切割分离，所述横截面切口的下端面距所述法兰部20上端的高度H3=300mm，所述横截面切口的高度H2小于或等于60mm。步骤(6):请参阅图7及图8，在切割分离后的所述封头部30的下端，沿与所述整体顶盖的中心轴线相垂直的横截面，切割得到环形的连接区试环34，所述连接区试环34沿中心轴线方向的高度比为120_，于本实施例，在所述连接区试环上分别从相对的第一象限和第三象限两个区域内截取试样34a、34b、34c、34d、34e、34f，当然在本发明的其他实施方式中也可以从其第二象限和第四象限两个区域内取 样。步骤(7):请参阅图7及图8，通过计算机模拟分析，获取所述整体顶盖锻件成型过程的有效应变分布图(为本领域技术人员所熟知的惯用技术手段，具体实施过程在此不再赘述)，根据所述有效应变分布图获得所述整体顶盖锻件上的封头部30的最大损伤区域范围，在本实施例中，所述最大损伤区范围在沿所述整体顶盖锻件的顶端向下展开与中心轴线呈23° -37°夹角范围内的圆面区域，在所述最大损伤区域范围内，沿与所述整体顶盖的中心轴线相垂直的横截面，切割得到环形的最大损伤区试环35，所述最大损伤区试环35的下表面外周边缘与所述中心轴线呈32°的夹角，所述最大损伤区试环35沿中心轴线方向的高度H5为120mm，于本实施例中，与所述连接区试环的取样方法相同，在所述最大损伤区试环35上分别从相对的第一象限和第三象限两个区域内截取多个试样，同样在本发明的其他实施方式中也可以从其第二象限和第四象限两个区域内取样。步骤(8):请参阅图9，在所述封头部30上，以其顶部中心为圆心截取圆形的穹顶中心试块36，所述穹顶中心试块的直径D为600mm，在所述穹顶中心试块36的内部，从其厚度T方向上均匀间隔地进行分层截取多个试样，具体地，本实施例中，所述穹顶中心试块36的厚度T为220m，请参阅图9a，在所述穹顶中心试块36中设置4个取样区域36a、36b、36c及36d，请参阅图9b，在所述穹顶中心试块36的外圆面SI和内圆面S5之间，沿厚度方向以四分之一厚度的距离均匀间隔设置三条横向取样中心轴线S2、S3及S4，在所述4个取样区域内，分别以S2、S3及S4为横向中心轴线截取三层试样。通过采用本发明提供的一种反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法，对所述整体顶盖锻件进行化学成分分析、硫印检查以及对取得的试样进行力学性能测试和金相组织检查，能够全面检验出反应堆压力容器的整体顶盖锻件10的整体质量，可以对所述整体顶盖锻件的制造工艺进行完整评定，符合核电规范RCC-M的工艺评定要求，而且不需要对所述整体顶盖锻件进行完全破坏，取样后所述法兰部依然可以简单加工后作为法兰产品继续使用，从而最大程度地降低了取样的成本。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法，所述整体顶盖锻件包括封头部和法兰部，所述封头部上预设有多个用于加工安装孔的安装孔位，所述法兰部上预设有多个用于加工螺栓孔的螺栓孔位，所述法兰部还具有内侧试环，其特征在于，所述取样方法包括以下步骤 (1)在所述整体顶盖锻件的上表面和下表面，分别沿相互垂直的两条径向直线间隔设置多个化学成分分析取样位置； (2)在所述的径向直线方向上分别设置用以对所述整体顶盖锻件进行硫印检查的长条形的硫印检查区域； (3)在所述内侧试环沿直径方向上相对称的两个部位分别截取多个试样； (4)在所述封头部上的安装孔位处及所述法兰部上的螺栓孔位处分别套料取样，得到圆柱形试样； (5)在所述封头部的下部，沿与所述整体顶盖的中心轴线相垂直的横截面切口，将所述封头部和所述法兰部进行横向切割分离； (6)在切割分离后的所述封头部的下端，沿与所述整体顶盖的中心轴线相垂直的横截面，切割得到环形的连接区试环，在所述连接区试环上分别从相对的两个象限区域内截取多个试样； (7)通过计算机模拟分析，获取所述整体顶盖成型过程的有效应变分布图切口，根据所述有效应变分布图获得所述整体顶盖上的封头部的最大损伤区域范围，在所述最大损伤区域范围内，沿与所述整体顶盖的中心轴线相垂直的横截面，切割得到环形的最大损伤区试环，在所述最大损伤区试环上分别从相对的两个象限区域内截取多个试样； (8)在所述封头部上，以其顶部中心为圆心截取圆形的穹顶中心试块，在所述穹顶中心试块的内部，从其厚度方向上均匀间隔地进行分层截取多个试样。
2.根据权利要求I所述的反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法，其特征在于所述步骤(I)中，每两个所述多个化学成分分析取样位置之间的间距小于或等于200mmo
3.根据权利要求I所述的反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法，其特征在于所述步骤(2)中，所述硫印检查区域的宽度为200m。
4.根据权利要求I所述的反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法，其特征在于所述步骤(4)中，在所述封头部上得到的圆柱形试样的直径小于安装孔直径，在所述法兰部上得到的圆柱形试样的直径小于螺栓孔的直径。
5.根据权利要求4所述的反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法，其特征在于所述圆柱形试样的直径大于或等于30mm。
6.根据权利要求I所述的反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法，其特征在于所述步骤(5)中，所述横截面切口下端面距所述法兰部上端的高度为100-350mm，所述横截面切口的高度小于或等于60_。
7.根据权利要求I所述的反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法，其特征在于所述步骤(6)中，所述连接区试环沿中心轴线方向的高度为120mm。
8.根据权利要求I所述的反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法，其特征在于所述步骤(7)中，所述最大损伤区试环沿中心轴线方向的高度为120_。
9.根据权利要求I所述的反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法，其特征在于所述步骤(8)中，所述穹顶中心试块的直径为600mm。
10.根据权利要求I所述的反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法，其特征在于所述步骤(8)中，从其厚度方向上分别在距离所述穹顶中心试块的外圆面四分之一厚度位置、距离所述穹顶中心试块的外圆面二分之一厚度位置以及距离所述穹顶中心试块的内圆面四分之一厚度位置为横向中心轴线分别截取三层试样。
全文摘要
本发明提供一种反应堆压力容器的整体顶盖锻件质量检验的取样方法，首先在切割前对整体顶盖锻件表面的化学成分分析位置及硫印检查区域的预先设计，然后从整体顶盖锻件的封头部的预设安装孔及法兰部的螺栓孔进行孔内套料取样，再从整体顶盖锻件上切割得到内侧试环、连接区试环、最大损伤区试环以及穹顶中心试块并分别从中截取试样。采用本发明的取样方法，不仅能够全面检验出反应堆压力容器的整体顶盖锻件的整体质量，可以对所述整体顶盖锻件的制造工艺进行完整评定，符合核电规范RCC-M的工艺评定要求，而且不需要对所述整体顶盖锻件进行完全破坏，取样后所述法兰部依然可以作为法兰产品继续使用，从而降低了取样的成本。
文档编号G01N1/04GK102798543SQ20121030508
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者朱喜斌, 刘钊, 阚玉琦, 梁书华, 黄大鹏, 张绍军, 刘璐 申请人:苏州热工研究院有限公司, 中国广东核电集团有限公司
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