AP1000汽水分离再热器异形管板制造技术研究

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汽水分离再热器是核电站常规岛的关键设备之-，其作用为：实现高压缸排气的汽水分离及实现高压缸抽气、系统主蒸汽的对高压缸排气的两次加热，以提高核电站的经济性和改善汽轮机低压部分工作条件l。每个核电站机组包含两台MSR，每台MSR对称布置 4台再热器 (包括 2台-级再热器、2台二级再热器)，其中-级再热器管板是产品制造的关键部件，其结构特殊，管孔间距和孔径公差、垂直度、光洁度、清洁控制均有较高要求，制造难度较大。

1 管板结构特点及技术要求如图 1所示，-级再热器管板为长圆形异形管板，两侧圆弧部分外圆半径 R580 mm，中间直段部分长度1 000 mm。管板材质为SA-266Gr.2，其化学成分如表 l所示，母材厚度为245 mm，管板-侧中心 1 200 X900 mm范围内堆焊镍基合金AWS-ER-NiCr-3，化学成分如表 2所示，管板母材及镍基合金的机械性能如表3所示。堆焊层最终机加厚度为7 mm。管板钻孑L数量 1 5l2个，管孔呈正三角形排列，管孔直径l9.30 mm，管孔中心距为 26 mm。

图 1 -级再热器管板结构简图表 1 管板 SA-266 Gr.2化学成分表表2 堆焊层化学成分表l c M Fa P S Si NiI s0·10 2.5-3.5 s 3.0 E 0.03 s 0.015 s 0.50 67n Cr Cu Co Nb(cbTs 0thers ，I s n75 18.O-2 O n50 S也l2 2.0-3.0 0.50 ，表3 材料性能表、 性能 抗拉强度 屈服强度伸长率 % 材料 试验温度/TestTamp.(℃) Rm(MPI Rp0.2(MPaWS-ER-NiCr-3 室温/RoomTamp. 550 250 30SA266 GL2 室温 /RoomTamp 485-655 25O ≥202 管板镍基合金堆焊为防止镍基合金堆焊过程中，在起虎收话焊道与母材衔接部位产生缺陷，在堆焊层与管板母材衔接过渡部位特设有整圈凹槽，如图2所示，管板镍基合金堆焊前，采用手工氩桓的方法完成凹槽堆焊，打磨与周边母材平齐，在探伤合格后，方可进行镍基合金堆焊，在堆焊过程中，严格控制焊道起虎收话焊道边缘落在凹槽堆焊区域内，从而有效地保证了镍基合金堆焊层与管板母材过渡区域的堆焊品质。

图2 堆焊层及凹槽示意图收稿 日期i2013-03-08作者简介：魏占超(1982-)，男，河北秦皇岛人，学士，助理工程师，主要从事核电设备及压力容器工艺开发与研究。

l19Equipment Manufacturing Technology No.6，2013综合考虑带极埋弧堆焊与带极电渣堆焊的特点，采取带极电渣堆焊工艺。管板堆焊之前，待堆焊表面进行 100%MT或 检查。详细的电渣堆焊的焊接参数如表4所示。

表4 电渣堆焊焊接参数电流种类及极性 l电流值(A)l电压值(v)I焊接速度(cm.min" )l压道量(mm)DCEP I 1 000-1 150 l 24-26 l 16-20 I 8-10由于管板仅单侧进行堆焊，同时管板堆焊层厚度公差控制严格，为此，管板堆焊时，焊接热输人引起的管板变形控制至关重要，为此，从如下三方面采取了防变形措施 ：(1)为防止管板单侧堆焊过程引起管板变形，在堆焊之前，利用 8块拉筋板将两块管板背靠背连接- 起，如图3所示，直至管板完成消应力热处理方后拆开。

/ ；管板A几 l n nU U ： U U管板 B图 3 管板堆焊过程中连接图示意图(2)堆焊方向控制 ：再热器异形管板堆焊层全部堆焊直条，相邻堆焊层焊道方向垂直。每层堆焊时，沿堆焊区域中心线堆焊第-道，然后左右两侧对称交替堆焊，每次每侧堆焊-道。

(3)为保证堆焊层厚度要求，管板堆焊3层，堆焊过程中，两块管板交替堆焊，每完成-块管板-层堆焊后，将管板翻身，堆焊另-块管板相应的堆焊层。

3 管板热处理为防止管板堆焊过程中应力过大产生焊接缺陷，堆焊后进行消应力热处理，但焊后热处理会引起堆焊层镍基合金耐腐蚀性能降低，为此，热处理时采取如下措施：(1)根据管板材质、规格等，制定了合理的热处理参数，曲线如图4所示。

图4 热处理曲线(2)工件摆放在炉膛内合理位置，防止火焰直接喷烧工件，尤其是镍基堆焊部位。

12O(3)合理布置热电偶，在加热和冷却过程中，控制工件上任意两只热电偶的温差不大于 120。。

4 管板深孔加工管板表面镍基合金堆焊层加工难度大[31，主要表现在：高温强度高，塑性变形抗力大，加工过程中加工硬化现象严重；导热性差，切削热不易散发，造成切削刃处切削温度很高，加剧刀具磨损；对刀具粘结倾向大，切削过程易产生积屑瘤，造成刀尖磨损，影响加工表面的粗糙度；同时，深孔加工孔径公差、表面粗糙度、管孔中心与管板堆焊层表面垂直度要求严格。

为满足上述管板表面镍基合金堆焊层加工难度大、深孔加工精度高的要求，采用数控三轴深孔钻床及BTA钻头进行加工，加工过程中采取的工艺措施如下：(1)BTA钻头的选型为满足管板深孔加工精度要求，选用直径为4)19.30 mm单通道式BTA钻头，并控制钻头的精度等级为H5级。同时，采用目前广泛应用的TiAIN涂层，在不降低刀具强度的条件下，提高了刀具的表面品质、表面硬度、耐磨性和刀具的切削寿命。通过对国内外多家钻头进行钻孔试验对比，选择最优的钻头，既保证了产品的品质，又降低了加工成本。

(2)切削参数的选择切削参数的选择撒于管板的材质、刀具的寿命、生产效率等因素，钻孔时切削速度不宜过高，过高的切削速度会产生大量的切削热，这些切削热集中在切削刃处会加剧刀具的磨损。但切削速度低于最佳速度时，钻孔表面粗糙度变差▲给量过大，刀具磨损厉害，进给量过小，不容易断屑。管板钻孔过程需经过镍基合金堆焊层与母材两种不同材质，故在钻削过程中对于每种材质采用不同的钻削速度，具体参数见表5，以达到相同的加工效果。在钻头接触堆焊层表面到钻穿堆焊层选用了较低的转数和进给，这样-方面有利于定心，同时减少钻头的磨损，而当钻削母材区域时采用较高的转数和进给量，保证了钻孔品质和效率。

表 5 切削参数项 目 堆焊层部分 母材部分钻头进给量(ram/rain) 35 l20主轴转数(转 /分) 80o 1 20o(3)切削液的选用在管板深孔加工过程中，容易粘刀，产生积屑瘤，导致材料加工硬化，切削力增加，刀具与切屑摩(下转第 1 39页)《装备制造技术)2013年第6期