Cap1400主蒸汽管貫穿件電熔成形方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種CAP1400主蒸汽管貫穿件電熔成形方法。
【背景技術】
[0002]核電主蒸汽管道貫穿件橫穿CV(鋼制安全殼)內外，是確保二回路冷卻水經一回路高壓水換熱后蒸發為蒸汽推動汽輪機做功實現發電的關鍵構件，是連接核島與常規島的樞紐部件，經受著嚴苛的工作環境和安全要求，因此對管道材料研發制備，也從來都是核電主設備材料重大攻關項目之一。而基于AP1000基礎上我國自主研發的CAP1400機組，則對主蒸汽管道貫穿件提出更高的要求。為了避免對安裝在貫穿保護套管中工藝管與貫穿件封頭之間的對接焊縫進行在役檢查，要求核電站主蒸汽貫穿件、主給水貫穿件的封頭和工藝管采用整體鍛造的方式成形。
[0003]鍛造工藝，盡管毫無例外的被用于核電重要構件的生產制備，工藝也基本成熟，但典型材料在鍛造基礎上經受淬火回火熱處理時不可避免的出現宏觀材料相組織不均勻等問題。且從該工藝最終的晶粒測度結果看，一般只在5 -7級左右，對目前希望通過進一步細化晶粒來提高力學性能尤其是強度和韌性綜合性能，該工藝有很大的瓶頸。另一方面，主蒸汽貫穿件口徑大(工藝管外徑=1067mm，封頭外徑=1524，)，工藝管長度大(工藝管總長= 4500)。而主蒸汽貫穿件工藝管內部空心(內徑=956.8)，需要通過機加工掏空，存在機加工量大，鍛件利用率低等缺點。
[0004]因此，如何能夠研發出細晶粒、均組織，且綜合力學性能良好的材料和整體成形方法是需攻克的難點和重要發展方向。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明的主要目的在于，提供一種高效、低成本、具有良好力學性能的CAP1400主蒸汽管貫穿件電熔成形方法。
[0006]為達到上述目的，本發明的貫穿件電熔成形方法是采用電弧熱、電阻熱、電渣熱復合而成的高能熱源，熔化連續輸送的金屬原料絲材，在基材上逐層凝固堆積成形制造金屬構件；
[0007]將電熔頭與基材接至電源兩極，成形時金屬原料絲材經由輸送機構和電熔頭送至基材表面，在顆粒狀輔料的堆積保護下，原料絲材與基材間產生電弧，熔化部分堆敷輔料形成熔融渣池，電流流過原料絲材和熔融輔料渣池形成電阻熱和電渣熱，在電弧熱、電阻熱、電渣熱三種熱復合高能熱源作用下使原料絲材熔化，在基材表面形成局部熔池，持續輸送原料絲材與輔料，根據成形構件的分層切片數據，采用計算機控制電熔頭與基材的相對移動，實現熔池在基材上快速冷卻逐層凝固堆積，最終成形CAP1400主蒸汽管貫穿件。
[0008]在本發明中，依據ASME SA336GrF22CL3標準要求，電熔制備所用金屬原料絲材C含量0.08-0.12%，電熔成形出的工件材料C含量0.04-0.08%，晶粒度7_10級。
[0009]在本發明中，控制基材或堆積金屬預熱與層間溫度為120?400°C，電熔頭與基材的相對移動速度為300?800mm/min，實現熔池的快速凝固，從而獲得晶粒細密、無宏觀偏析、組織均勻的材料，極大的改善成形工件的塑性、韌性和高溫蠕變等力學性能。
[0010]在本發明中，在逐層成形的過程中，原料絲在下層金屬表面形成熔池，熔滴以射流形態進入熔池后凝固使兩層金屬形成一體，實現分層成形，整體融合，保證了成形筒體構件的整體性能。
[0011]在本發明中，單個電熔頭對原料絲材熔化效率為20?50Kg/h，另外為提高堆積效率實現快速成形，電熔頭的數量可以按需要調整為I?100個，當多電熔頭排布時，相鄰電恪頭間距為50?500mm。
[0012]在本發明中，基材可以是碳鋼或合金鋼材料，基材尺寸、形狀與貫穿件內壁尺寸形狀匹配，厚度不小于5_，在后續機加工中去除。
[0013]本發明擺脫了復雜的工裝、模具和專用工具的約束；成形即為近凈形坯件，生產后只需少量精加工，大大簡化加工工序，縮短產品周期；所成形工件具有媲美傳統鍛造工藝的力學和化學性能，強度、韌性、耐蝕等性能均十分突出；同時實現了貫穿件的整體成形，突破了傳統鍛造工藝技術的局限，大大提高了效率，節省了成本。
【附圖說明】
[0014]圖1A為用于說明【具體實施方式】中的電熔方法的原理示意圖；
[0015]圖1B為圖1A中A所示位置附近的局部放大圖；
[0016]圖2為用于說明實施例中的CAP1400的主蒸汽管貫穿件電熔成形方法示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面參照附圖對本發明的【具體實施方式】進行說明。圖1A為用于說明【具體實施方式】中的電熔方法的原理示意圖；圖1B為圖1A中A所示位置附近的局部放大圖。由于是原理圖，因而，圖中部件是示意性的，其實際形狀與尺寸關系等不受圖示限制。
[0018]該成形方法是將原料絲材I熔化而逐層(圖1中所示為堆積至第N層時的狀態)堆積在基礎材2上，從而最終形成所需的金屬構件。
[0019]具體實施工序為:
[0020]A.送絲機構5將原料絲材I送至放置于工作臺21上的基材2的表面，其上覆蓋由送粉機構4輸送的顆粒狀輔料。
[0021]B.啟動電源12，電源電壓使原料絲材I與基材2間形成電弧9產生電弧熱，電弧熱使部分輔料3熔融，形成輔料渣池8，電流經由電熔頭6流過原料絲材I形成電阻熱，并通過熔融渣池8形成電渣熱，三種熱源復合而成高能熱源，熔化原料絲材，在基材2表面形成熔池11。
[0022]C.控制電熔頭6與基材2的相對移動和基材2的溫度，實現熔池11與基材換熱凝固沉積。
[0023]D.送絲機構5與送粉機構4持續輸送原料絲材I和輔料3，在輔料3覆蓋熔池11和基材2的狀態下，原料絲材I逐層堆積在基材2上，最終成形工件。
[0024]其中，控制裝置(計算機)根據成形工件的(數值模擬、數學模型)分層切片數據控制電熔頭6與基材2的相對移動方式。
[0025]在本發明圖示中電熔頭電極接正，工件接負只作示意作用，也可以電熔頭接負，工件接正，或采取交流電源。
[0026]在本發明中，為了保證形成良好的高能熱源，尤其是為了產生充分的電渣熱，可以適當地調節輔料的成分、原料絲材的直徑、電流、基材與原料絲材的相對移動速度等參數。
[0027]在本發明中，原料絲I的形態可以是圓棒狀、帶狀，實芯或者藥芯的；原料絲I的直徑可以根據成形工件的尺寸設定為2?8_ ;根據絲材I直徑不同，伸出電熔頭的長度(通電長度)為20mm?150mm。
[0028]在本發明中，輔料3覆蓋厚度為15mm?120mm，使用輔料3的作用包括:覆蓋電弧9，防止電弧飛濺；覆蓋熔池11，隔絕空氣，使熔池金屬免受空氣中氧、氮、氫等的侵害；對熔池金屬形成保溫；冶金反應過程中去除雜質、摻入合金；形成的渣池8 (渣殼7)以機械方式保護沉積金屬10良好成形等。
[0029]輔料3的成分包含氧化物或者氧化物與鹵化物，由于輔料3參與熔池反應，調整工件(金屬構件、產品)成分，因而根據所要形成的金屬構件的成分和效率要求，可以在輔料中添加合金粉末以及/或者單質金屬粉末，降低生產成本。
[0030]另外，在C工序中，可以附帶回收殘余輔料以及去除渣池8凝固而形成的渣殼7的操作。去除時，可以在原料絲I的相對移動后方400mm?500mm處開始機器去除或人工去除作業。
[0031]采用本實施方式的電熔成形方法，原料絲利用率接近100% ;相比現有的加工技術(鍛造、鑄造等)，制造工序少(不需要復雜的熱處理)，周期短，效率高，金屬構件的機械加工余量非常小，同時減少了精加工時間及節約了大量的材料。
[0032]【實施例】