一种压力容器热挤压成型模具及方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种压力容器热挤压成型模具及方法。

背景技术

反应堆压力容器(Reactor Pressure Vessel，RPV)是核电站反应堆压力边界的重要组成部分，其内部安装有反应堆堆芯、堆内构件、堆内支撑件，以及控制和安全运行所需的控制和测量元件或组件，同时作为包容反应堆堆芯的容器，起着固定和支撑堆内构件的作用，内有反应堆冷却剂分，起着承受一回路冷却剂的压力边界作用，是防止放射性物质泄漏的第二道安全屏障。随着核电站技术的发展，现有的反应堆压力容器在M310核电堆型基础上进行了更进一步的设计改进和优化，与前一代相比，其制造标准更新，对反应堆压力容器的设计、材料研制、焊接、机械加工提出了更高的要求。

现有的反应堆压力容器，其容器筒体通过锻造而成，接管与容器筒体通过焊缝连接。由于采用焊接支管台的方法制造时，因接管与母管之间存在焊缝，造成材料整体性能不均，且焊接容易产生焊接缺陷，导致焊缝处存在应力腐蚀、疲劳失效的风险，对后期运行存在安全隐患。而采用锻造和机加工方法成形接管时，又会造成原材料浪费严重，且加工周期延长。现有的采用挤压方法成形接管的方法，目前出现的产品主要是沿容器筒体轴向分布多个接管，并且现有的工艺、模具不能满足压力容器周向多接管成形的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压力容器热挤压成型模具，能够在压力容器筒体周向成型多个接管，提高了压力容器的整体性能，并提高了接管的成品率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

该压力容器热挤压成型模具包括多个模具单体，多个模具单体沿周向首尾相连围设在管坯外壁，多个模具单体被配置为在受到径向压力时能够相互靠近并挤压管坯；模具单体上沿径向设置有挤压孔，挤压孔被配置为在管坯受到预设挤压力时，管坯能够在挤压孔内成型有接管。

可选地，模具单体沿周向一侧设置有栅板，另一侧设置有导向凹槽，栅板能够与另一模具单体的导向凹槽配合插接。

可选地，栅板和导向凹槽均设置有多个并一一对应，多个栅板沿轴向间隔分布。

可选地，模具单体远离管坯的侧壁上设置有连接结构，连接结构被配置为与施压装置的输出端相连。

可选地，挤压孔靠近管坯的端口上设置有倒角。

可选地，还包括芯棒，芯棒插设于管坯内部。

可选地，模具单体由合金工具钢制成。

本发明的另一个目的在于提供一种压力容器热挤压成型方法，其使用如上述任一方案所述的压力容器热挤压成型模具，包括步骤：

S1、加热管坯至预设温度；

S2、组装模具单体，使得模具单体围设于管坯外周；

S3、向模具单体施加压力，使得管坯能够在挤压孔内成型出接管。

可选地，步骤S1还包括：将加热后的管坯保温预设时间。

可选地，预设温度为980℃至1100℃。

有益效果：

该压力容器热挤压成型模具和方法使用多个模具单体沿周向首尾相连构成，并且围设在待挤压的管坯外壁，通过对模具单体施加径向挤压力，使得模具单体向管坯轴心运动，以挤压内部的管坯，内部的管坯从模具单体上的挤压孔内被挤压出接管。该压力容器挤压模具通过径向挤压管坯，可以在管坯上一次成型有多个接管，不仅能提高成型的效率，热挤压成型的压力容器其接管与容器外壁的连接更加紧密，不会破坏管坯中原有的纤维组织，提高了压力容器的制造质量，提升了使用寿命。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的模具单体的示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的模具单体组装在管坯上的示意图；

图3是本发明具体实施方式提供的模具单体在管坯上挤压成型后的示意图；

图4是本发明具体实施方式提供的管坯成型出接管的形态变化示意图；

图5是本发明具体实施方式提供的压力容器的示意图。

图中：

100、模具单体；110、挤压孔；111、倒角；121、栅板；122、导向凹槽；130、连接结构；200、管坯；210、接管；211、凸起部。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

请参考图1至图3，在本实施例中，该压力容器热挤压成型模具包括多个模具单体100，多个模具单体100沿周向首尾相连围设在管坯200外壁，多个模具单体100被配置为在受到径向压力时能够相互靠近并挤压管坯200；模具单体100上沿径向设置有挤压孔110，挤压孔110被配置为在管坯200受到预设挤压力时，管坯200能够在挤压孔110内成型有接管210。

该压力容器热挤压成型模具由多个模具单体100沿周向首尾相连构成，并且围设在待挤压的管坯200外壁，通过对模具单体100施加径向挤压力，使得模具单体100向管坯200轴心运动，以挤压内部的管坯200，内部的管坯200从模具单体100上的挤压孔110内被挤压出接管210。该压力容器挤压模具通过径向挤压管坯200，可以在管坯200上一次成型有多个接管210，其结构简单、易于实现，不仅能提高成型的效率和成品率，还使得热挤压成型的压力容器其接管210与容器外壁的连接更加紧密，不会破坏管坯200中原有的纤维组织，实现接管200与容器壁的整体连接，提高了压力容器的制造质量，提升了使用寿命。

请继续参考图1，可选地，模具单体100沿周向一侧设置有栅板121，另一侧设置有导向凹槽122，栅板121能够与另一模具单体100的导向凹槽122配合插接。进一步地，栅板121和导向凹槽122均设置有多个并一一对应，多个栅板121沿轴向间隔分布。在本实施例中，栅板121与导向凹槽122均设置有三个并一一对应。通过栅板121与导向凹槽122的配合插接，不仅能对相邻的模具单体100起到导向作用，还能防止相邻的模具单体100互相干涉，使得在挤压成型的过程中，模具单体100的运动更为平滑和稳定。

可选地，模具单体100远离管坯200的侧壁上设置有连接结构130，连接结构130被配置为与施压装置的输出端相连。具体地，连接结构130为两个平行于管坯200轴线方向设置的T型凹槽，施压装置的输出端固定于T型凹槽内。在本实施例中，施压装置为液压千斤顶，液压千斤顶是指采用柱塞或液压缸作为刚性顶举件的千斤顶，其具有结构紧凑、工作平稳、顶撑力大、可自锁等优点。

具体地，挤压孔110靠近管坯200的端口上设置有倒角111。该倒角111的设置可以使得接管210与压力容器外壁的连接处更为平缓，还能起到降低局部应力的效果，防止连接处出现疲劳断裂，提高了该压力容器的使用寿命。

可选地，压力容器热挤压成型模具还包括芯棒(图中未示出)，芯棒插设于管坯200内部。芯棒可以对管坯200的内部起到支撑作用，使得管坯200在受到模具单体100的径向挤压力时不会发生不规则的形变，使得成型的压力容器外形精度更高。

可选地，模具单体100由合金工具钢制成。模具单体100长时间处于高温高压条件下工作，而合金工具钢具有高强度、高硬度及热稳定性好的优点，特别是具有高热强性、热疲劳性、韧性和耐磨性，并且具有良好的导热能力和易成型加工的性能，合金工具钢是本实施例中模具单体100制作材料的优选方案。

请参考图2至图4，本实施例还提供了一种压力容器热挤压成型方法，其使用如上述任一方案所述的压力容器热挤压成型模具，包括步骤：

S1、加热管坯200至预设温度；可选地，预设温度为980℃至1100℃；

在加热完成后，为了使管坯200的周身温度更加均匀，应将管坯200放置保温炉中保温预设时间，该预设时间为60至90分钟，使管坯200内外温度均匀，避免存在温度差。

S2、将模具单体100按照顺序组装，拼装成型后的模具单体100与管坯200同心设置，并且模具内腔直径大于管坯200的外径，以使得模具单体100围设于管坯200外周；

模具与管坯200同心放置，能够确保管坯200外表面的各个部位在挤压过程中受力大小一致，避免成形后的压力容器出现偏心的情况，提高了成型压力容器的尺寸精度。

S3、使用液压千斤顶向模具单体100施加压力，使得管坯200能够在挤压孔110内成型出接管210。

具体地，可以一次成型出接管210，也可以将上述步骤重复多次，如图4所述，先使得管坯200在挤压孔110处成型出凸起部211，随后重复上述步骤多次，最终成型出所需要的接管210。当然，最终成型压力容器的后续工序中还包括后处理工序，包括切削加工外形、防锈处理、热处理、清洗工件等工序。

该压力容器热挤压成型方法通过挤压多个沿周向首尾相连构成的模具单体100，使得模具单体100向管坯200轴心运动，以挤压内部的管坯200，内部的管坯200从模具单体100上的挤压孔110内被挤压出接管210。该压力容器挤压方法通过径向挤压管坯200，可以在管坯200上一次成型有多个接管210，不仅能提高接管210成型的效率，热挤压成型的压力容器其接管210与容器外壁的连接更加紧密，不会破坏管坯200中原有的纤维组织，提高了压力容器的制造质量，提升了使用寿命。

请继续参考图5，本实施例中热挤压成型出的压力容器，需要使用6个首尾相连的模具单体100，最终成型出6个接管210。相邻两个接管210的轴线夹角为50°和70°的交叉设置。当然，也可以选择其他角度的夹角，只需改变相邻两个模具单体100中挤压孔110的相对位置即可，该角度的选取由压力容器本身的应用需求所决定。

本实施例中选用的管坯200口径D’与最终成型的压力容器口径D

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。