專利名稱：Ap1000核電主管道熱段彎管的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金屬切削機械加工工藝，具體涉及一種AP1000核電主管道熱段彎管的制造方法。
背景技術：
隨著核電的發(fā)展，對核電設備的要求不斷提高。第三代核電技術——美國西屋公司的AP1000核電站是當前全球最先進的核電站，其功率為100兆瓦，設備的設計使用壽命為60年。主管道是核電站十大主設備之一，是核電站核反應堆一回路的主要部件。主管道將核反應堆的壓力容器、蒸發(fā)器主泵連接起來組成一個環(huán)形回路。核反應堆壓力容器產生的熱量由介質通過主管道熱段傳遞給蒸發(fā)器；冷卻后的介質再經過主管道冷段由主泵送回核反應堆壓力容器中，形成一個環(huán)形的一回路熱交換系統(tǒng)。主管道由冷段、熱段、過渡段三部分組成，分為直管和彎管。主管道的工作條件是高溫(設計溫度350°C)、高壓(設計壓力17MPa)，管道內受到流速為11米/秒介質的沖刷，介質帶有高劑量的放射性元素，因此還受到介質的腐蝕。一旦一回路管道發(fā)生泄露或破壞事故，造成的危害將不堪設想。根據(jù)主管道的工作條件，AP1000主管道的設計原則是盡量減少與反應堆管道相關的焊縫，盡量減少在役檢查的工作量，減少工作人員受照射劑量；縮短在役檢查的時間， 縮短換料時間，以提高電廠設備可利用率，提高經濟效益；反應堆管道無安裝“調節(jié)段”，其兩端直接與反應堆壓力容器和蒸汽發(fā)生器連接。因此，要求反應堆管道為帶有4英寸以上接管嘴的整體鍛件，高加工精度，以保證安裝過程一次接成功。限于以上設計原則，AP1000 主管道熱段彎管的結構為外徑尺寸Φ965，內徑尺寸Φ785，管壁厚δ = 90mm，彎管彎曲變薄率< 15%，管嘴與管道設計為一體。第一代核電產品的主管道，法國為砂型鑄造，材質為CF8M;俄羅斯采用電渣熔鑄方法制造彎管，比砂型鑄造好。第二代核電產品的主管道，主管道要求鍛件采用鋼錠鍛成長筒體鍛件，再機加工成直管(也可采用擠壓法生產大口徑的無縫管)，利用直管在彎管機上冷彎或高頻加熱熱彎成形。冷彎彎管生產前一定要進行固溶化處理，提高塑性和韌性，防止內應力高，冷彎總變形量要控制在30%以下，要分幾次進行。每次之間要做除應力退火或固溶處理。由于冷彎必然使材質產生冷作硬化，彎管小R處應力集中。對于設計要求更高的第三代核電產品，毛坯要求為鍛件，直徑比之前的AP600加大，長度加長，圓弧的彎曲度56. 4°較大，第一代產品的制造方法不可行，第二代產品的制造方法難以滿足要求(甚至不能實現(xiàn))，目前國際上還沒有一家單位能冷彎或熱彎出這么大直徑的管道，最多也只能彎出大致形狀及尺寸，彎好之后還需進行精加工。機床和刀具的選擇也是一大難點，必須進行準確的計算，尤其是彎管內側加工很困難。該管道的加工對于目前國際上的加工技術來說是個挑戰(zhàn)。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種AP1000核電主管道熱段彎管的制造方法，它可以對熱段彎管進行機加工。為解決上述技術問題，本發(fā)明AP1000核電主管道熱段彎管的制造方法的技術解決方案為采用臥式數(shù)控鏜銑床，機床的刀具采用接長刀排，加工包括短直管段、長直管段、 彎管段的彎管，加工過程包括以下步驟第一步，采用鏜銑的方式加工直管段；第二步，加工彎管段；工序1、采用上半橢圓與下半橢圓分開加工的方式，加工彎管段的內壁；先加工彎管段的上半橢圓刀具沿短直管段軸心線的方向進入彎管段部分，采用主軸加接長刀排，在保證主軸與孔壁不碰的情況下，先加工短直管段一側的上半內圓弧的第一區(qū)域；然后保證主軸與孔壁不碰，保持主軸的高度不變，加工至最大長度，完成對短直管段一側上半內圓弧的第二區(qū)域的加工；再讓刀具沿長直管段軸心線的方向進入彎管段部分，加工剩余的上半圓弧，完成對長直管段一側上半內圓弧的第三、第四區(qū)域的加工；最后加工彎管段的下半橢圓主軸加接長刀排，采用比主軸直徑大的刀具，進入內孔進行下半內圓弧的仿型加工；加工彎管段的內壁的計算方法為已知內孔、中心圓弧的尺寸，以α角為白變量， 根據(jù)α角求得軸向深度Hl以及圓弧中心至內側、外側、中心圓弧的截面尺寸L1、L2、L0，以此推算出上半近似橢圓的長軸ALl = LO-Ll，下半近似橢圓的長軸八L2 = L2-L0，近似橢圓的短軸為管道的內孔半徑；根據(jù)不同截面的尺寸，數(shù)控編程加工出近似橢圓截面，控制截面上半部分過切、下半部分少切的量在誤差允許的范圍內，實現(xiàn)彎管段內孔的加工。所述截面上半部分過切、下半部分少切的量的誤差允許的范圍為壁厚士 12. 5%。工序2、彎管段外壁的加工；彎管段外壁為外側圓弧，采用球刀加接長刀排，切削工件的外側，實現(xiàn)外側圓弧的加工。本發(fā)明可以達到的技術效果是本發(fā)明采用變長軸半橢圓截面行星銑削法，進行彎管段內壁的加工，即從變化的橢圓截面中尋找規(guī)律，并利用此規(guī)律進行彎管的仿型加工，從而實現(xiàn)彎管的機加工，從而解決彎管難以進行機加工的問題。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖1為采用本發(fā)明對彎管上半圓弧進行機加工的加工區(qū)域圖；圖2為本發(fā)明的計算原理圖；圖3為刀具進入彎管加工的示意圖4為彎管段隨α變化的截面圖；圖5為截面線與標準橢圓線的比較圖；圖6為截面與標準橢圓線的誤差示意圖。圖中附圖標記說明α為彎管的不同位置與主軸垂直方向的夾角，Hl為彎管的軸向深度，Ll為彎管的圓弧中心至內側圓弧的截面尺寸，L2為彎管的圓弧中心至外側圓弧的截面尺寸，LO為彎管的圓弧中心至中心圓弧的截面尺寸，ALl為上半近似橢圓的長軸，Δ L2為下半近似橢圓的長軸。
具體實施例方式本發(fā)明ΑΡ1000核電主管道熱段彎管的制造方法，采用Φ200臥式數(shù)控鏜銑床，機床的刀具采用接長刀排；本發(fā)明可以用于加工內徑為Φ785，短直管段為1412mm，長直管段為2585. 7mm，彎管段角度56. 4°的熱段彎管，如圖1所示；Φ 200臥式數(shù)控鏜銑床機床的特點是主軸可伸長1400mm，方滑枕可伸長1000mm， 方滑枕外接圓尺寸Φ M6，工作臺可移動1600mm。由于圓弧內側向里凹，直管內壁為機床主軸的極限位置，所以刀具必須伸出機床主軸。定義刀具伸出機床主軸的距離為ΔΓ，則機床主軸的直徑+2 Δ r <彎管內徑艮口 Φ 200) +2 Δ r < Φ 785可以取Ar = 285mm,即加長刀排的半徑為沘5讓。加工過程包括以下步驟第一步，采用鏜銑的方式加工直管段；鏜銑加工方式為現(xiàn)有技術，在此不作贅述。第二步，加工彎管段；工序1、彎管段內壁的加工；加工時，如圖1所示，采用上半橢圓與下半橢圓分開加工的方式，先加工彎管段的上半橢圓(即上半內圓弧)刀具沿短直管段軸心線的方向進入彎管段部分，采用主軸加接長刀排，在保證主軸與孔壁不碰的情況下，先加工至最大范圍43. 52°，即短直管段一側的上半內圓弧的第一區(qū)域①；然后保證主軸與孔壁不碰，保持主軸的高度不變，加工至最大長度，完成對短直管段一側上半內圓弧的第二區(qū)域②的加工；再讓刀具沿長直管段軸心線的方向進入彎管段部分，加工剩余的上半圓弧，完成對長直管段一側上半內圓弧的第三區(qū)域③、第四區(qū)域④的加工；最后加工彎管段的下半橢圓(即下半內圓弧)主軸加接長刀排，采用比主軸直徑大的刀具，進入內孔進行下半內圓弧的仿型加工；如圖2所示，已知內孔、中心圓弧的尺寸(根據(jù)設計要求確定)，以α角為白變量， 根據(jù)α角可求得軸向深度Hl以及圓弧中心至內側、外側、中心圓弧的截面尺寸L1、L2、L0， 以此可推算出上半近似橢圓的長軸ALl = LO-Ll，下半近似橢圓的長軸AL2 = L2-L0。根據(jù)不同截面的尺寸，數(shù)控編程即可加工出近似的橢圓截面，實現(xiàn)彎管段內孔的加工。該加工方法的原理如下如圖2所示，彎管沿R1429. 3圓弧半徑方向的所有截面為相等的環(huán)形截面，要加工出此型面，必須使機床主軸沿彎管中心R1429. 3圓弧線運動且與半徑方向法向垂直，但是由于管道長度及孔口的限制，這是無法實現(xiàn)的。本發(fā)明采用變長軸半橢圓截面行星銑削法， 進行彎管段內壁的加工，即從變化的橢圓截面中尋找規(guī)律，并利用此規(guī)律進行彎管的仿型加工，從而實現(xiàn)彎管的機加工，從而解決彎管難以進行機加工的問題。如圖3所示，刀具沿直管段軸心線的方向進入彎管部分，根據(jù)彎管與主軸垂直方向不同位置α角所截得的形面為鴨蛋形，如圖如至圖4g所示，α角越大，鴨蛋形的長度越長；利用標準橢圓來近似該鴨蛋形截面，根據(jù)不同α角截得的鴨蛋形截面的長度計算橢圓的長軸，同一截面以兩個長軸不等的標準橢圓來近似，保證上半橢圓和下半橢圓的中心均在R1429. 3中心線上，利用數(shù)學關系自動計算分離出上下半橢圓長半軸數(shù)據(jù)， 即上半橢圓長軸為內弧線(R1036.8)至中心(R1429. 3)尺寸、下半橢圓的長軸為外弧線 (R1821.8)至中心(R1429. 3)尺寸，而短軸均為管道內孔尺寸392. 5 (Φ 785/2)不變，如圖
至圖5g所示。由圖6a至圖6g可知，在要加工范圍內隨著α角度的增大，標準橢圓與實際截面的誤差越來越大，故截面上半部分過切，下半部分少切。通過控制橢圓度誤差在允許的范圍之內，計算可加工的最大范圍，因加工范圍關于56. 4°角平分線對稱，故從短段盡可能加工至最大范圍，最大長度，以減少長段加工的量。根據(jù)設計要求彎管處壁厚為理論壁厚士 12.5%，現(xiàn)以允許的最小壁厚值75mm計算，即士9. 375mm,由截面圖知，可將上半圓弧加工至50°左右，下半圓弧加工至將近90°工序2、彎管段外壁的加工；彎管段外壁為外側圓弧，采用球刀加接長刀排，切削工件的外側，實現(xiàn)外側圓弧的加工。外側圓弧的加工采用現(xiàn)有的機加工方法即可實現(xiàn)。
權利要求
1.一種AP1000核電主管道熱段彎管的制造方法，其特征在于采用臥式數(shù)控鏜銑床， 機床的刀具采用接長刀排，加工包括短直管段、長直管段、彎管段的彎管，加工過程包括以下步驟第一步，采用鏜銑的方式加工直管段；第二步，加工彎管段；工序1、采用上半橢圓與下半橢圓分開加工的方式，加工彎管段的內壁；先加工彎管段的上半橢圓刀具沿短直管段軸心線的方向進入彎管段部分，采用主軸加接長刀排，在保證主軸與孔壁不碰的情況下，先加工短直管段一側的上半內圓弧的第一區(qū)域；然后保證主軸與孔壁不碰，保持主軸的高度不變，加工至最大長度，完成對短直管段一側上半內圓弧的第二區(qū)域的加工；再讓刀具沿長直管段軸心線的方向進入彎管段部分，加工剩余的上半圓弧，完成對長直管段一側上半內圓弧的第三、第四區(qū)域的加工；最后加工彎管段的下半橢圓主軸加接長刀排，采用比主軸直徑大的刀具，進入內孔進行下半內圓弧的仿型加工；工序2、彎管段外壁的加工彎管段外壁為外側圓弧，采用球刀加接長刀排，切削工件的外側，實現(xiàn)外側圓弧的加工。
2.根據(jù)權利要求1所述的AP1000核電主管道熱段彎管的制造方法，其特征在于所述工序1加工彎管段的內壁的計算方法為已知內孔、中心圓弧的尺寸，以α角為自變量，根據(jù)α角求得軸向深度Hl以及圓弧中心至內側、外側、中心圓弧的截面尺寸L1、L2、L0，以此推算出上半近似橢圓的長軸ALl = L0-L1，下半近似橢圓的長軸AL2 = L2-L0，近似橢圓的短軸為管道的內孔半徑；根據(jù)不同截面的尺寸，數(shù)控編程加工出近似橢圓截面，控制截面上半部分過切、下半部分少切的量在誤差允許的范圍內，實現(xiàn)彎管段內孔的加工。
3.根據(jù)權利要求2所述的AP1000核電主管道熱段彎管的制造方法，其特征在于所述截面上半部分過切、下半部分少切的量的誤差允許的范圍為壁厚士 12.5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種AP1000核電主管道熱段彎管的制造方法，采用臥式數(shù)控鏜銑床，機床的刀具采用接長刀排，加工包括短直管段、長直管段、彎管段的彎管，加工過程包括以下步驟第一步，采用鏜銑的方式加工直管段；第二步，加工彎管段；工序1、采用上半橢圓與下半橢圓分開加工的方式，加工彎管段的內壁；工序2、彎管段外壁的加工。本發(fā)明采用變長軸半橢圓截面行星銑削法，進行彎管段內壁的加工，即從變化的橢圓截面中尋找規(guī)律，并利用此規(guī)律進行彎管的仿型加工，從而實現(xiàn)彎管的機加工，從而解決彎管難以進行機加工的問題。
文檔編號B23P15/00GK102451976SQ20101052476
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權日2010年10月29日
發(fā)明者沈堯榮, 田彩紅, 鄒曄 申請人:上海重型機器廠有限公司