專利名稱：輕水核反應堆堆芯壓力容器的制造方法，及用這一方法制造的核反應堆堆芯壓力容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有一個大厚度外殼的輕水核反應堆堆芯壓力容器的制造方法，例如大于100毫米。特別是，本發(fā)明涉及新型壓水核反應堆堆芯容器的制造方法及其堆芯壓力容器。
壓水核反應堆堆芯容器由一全部圓柱形外殼組成，在它的兩端部由盤形中凹狀底封閉。這個包含堆芯的容器要受到強烈的中子輻射的照射，因此需要耐住主回路流體的溫度和壓力，這個流體包括320℃范圍的溫度及在150×105帕數(shù)量級壓力下的水。現(xiàn)在所使用的壓水核反應堆堆芯壓力容器的厚度一般在200到300毫米之間并且必須由圓柱形外殼和第一個盤形底構(gòu)成，這些部件通過焊接被組裝在一起。容器的第二個盤形底形成封閉頂端，在容器被起用時，它被用螺栓固定在一個凸緣上，這個凸緣被焊在組成容器的外殼中的一個上。
這個容器的裝配是通過埋弧焊使用填充金屬來進行的，這項操作要求對這些部件的端部進行適當?shù)臋C械加工以便確定二個焊接面，然后用填充金屬來填充焊接面。
然后必須對所產(chǎn)生的這個焊接點的內(nèi)外進行再次機械加工并且必須進行熱處理。
盡管在焊接操作中采取了預防措施，填充金屬使容器金屬的金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的不連續(xù)性，這可能是很難處理的，特別是當焊接點位于容器中對著堆芯的區(qū)域。
然而，在焊接操作過程中采取大量的預防措施并進行多次檢驗來獲取一個高度安全的容器是可能的。
因此，一個核反應堆堆芯壓力容器的裝配是一項很長時間的操作，它需要使用復雜的手段及高質(zhì)量人員。進行焊接面的填充需要很多焊道，沉積的金屬必須被監(jiān)控以便防止任何外來顆粒出現(xiàn)在焊接點上(包括熔渣，等)。
有一種已知的不用填充金屬的焊接的裝配方法，它允許在單個焊道里和相對大的厚度上產(chǎn)生一個焊接點。
尤其是，為了組裝相當大厚度的部件已經(jīng)采用了使用電子束的焊接方式。
然而，實驗表明，目前用于制造輕水核反應堆堆芯壓力容器的鋼不允許使用電子束在單道里焊接厚度大于100毫米的部件，并且使之具有完好質(zhì)量的焊接點。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種制造具有較大厚度外殼的輕水核反應堆堆芯壓力容器的方法，例如大于100毫米的厚度，回轉(zhuǎn)對稱，其形狀至少包括兩個整個旋轉(zhuǎn)對稱和大致呈環(huán)狀的單元部件，然后在它們的整個厚度上通過焊接將它們組裝起來制成壓力容器，這個方法產(chǎn)生了具有極良好質(zhì)量的焊接點并且制造出具有很好的抗輻射性的部件，并且所需時間比已有技術(shù)的所需時間短得多。
為此，這些壁厚度超過100毫米的單元部件，是由含鉻2%到2.5%，含鉬0.9至1.1%及少于0.15的碳的鋼構(gòu)成的，這些單元部件的組裝是在元件的整個厚度上通過使用電子束在單焊道里焊接進行的，焊接中不使用填充金屬。
為了更準確地理解本發(fā)明，現(xiàn)在參照附圖借助于實例(本發(fā)明不局限于此)來描述應用于直徑為4.50米的壓水核反應堆的本發(fā)明的制造方法以及使用本發(fā)明方法生產(chǎn)的堆芯壓力容器。


圖1是一個壓水核反應堆堆芯壓力容器的軸向剖面圖。
圖2、3及4是分解圖，表示形成壓力容器的各種單元部件及它們的裝配方式。
圖5和圖6是使用電子束焊接的設備在兩個互相垂直方向上的正視圖。
圖7是在圖5，圖6中所示設備的平面圖。
圖1示出由參考標號1作為整體表示的桓鲅沽θ萜鰨梢桓鱸倉蔚鬧屑洳糠鐘肱套吹撞 和一半球形密封頂部3構(gòu)成。密封頂部3由螺栓4緊固在容器1的主體上。
容器的圓柱部分是由兩個芯殼6和7，一個管道攜管殼8和一個凸緣9組成。管道10使得容器得以與主回路的管道相連接。底部2和密封頂部3分別由兩部分2a，2b和3a，3b構(gòu)成。
組成容器主體的件2a，2b，6，7，8，9和10在接合點11通過焊接而組裝在一起。類似地，密封頂部的部分3和3b也通過焊接來組裝。
在圖1中示出了一個區(qū)域12，其中形成反應堆堆芯的燃料元件被安置在該壓力容器1的內(nèi)部。
可以看到，在兩個芯殼6和7間的焊接點11，另一方面在上部芯殼7和攜管殼8之間的焊接點11(它的相對于堆芯是水平的)是受輻射最強的部位。
圖2示出了在被組裝前形成這個核反應堆堆芯壓力容器的各種單元部件。除了兩個球狀端蓋2a和3a外，這些單元部件的大部分形成環(huán)狀的凸緣或外殼。
這些部件是通過鍛造含下列成分的鋼制成的C0.22%，Mn1.15到1.60%，Si0.10到0.30%，Ni0.50到0.80%，Cr0.25%，Mo0.43到0.57%。
對要組裝的各個部件進行機加工，以便在它們的端部產(chǎn)生可以嚴密配合的邊緣來。當這些部件被放置在裝配位置時，這些邊緣就確定了一個或兩個焊接面，在它們中通過自動埋弧焊的連續(xù)焊道將填充金屬沉積在該焊接面內(nèi)。
然后對這些邊緣和填充金屬的一部分進行機械加工，焊接點通過那些自身由連續(xù)焊道組成的沉積連續(xù)層來拋光。為了制造一個焊接點要完成許多焊道。
正如在圖3中可以看到的，在第一步，芯殼6和7要頭尾相接組裝成外殼13的形狀。底部2被組裝然后被焊接在已形成的裝置上。第一個裝置18形成了這個容器的下部裝置(圖4)。上部裝置19包括內(nèi)攜管殼8，將管道10緊固在殼8上，并將凸緣9裝在殼8上。然后將這兩個組合中18和19相互焊在一起。所有這些焊接都是用自動埋弧焊完成的。
密封頂部3本身也是由部件3a和3b通過埋弧焊產(chǎn)生的。
形成容器的各個部件的厚度一般在200到300毫米間。在根據(jù)本發(fā)明的方法制造的容器的情況下，組成容器的鍛造部件2a，2b，6，7，8，9，10，3a和3b主要由含2到2.50%的鉻，0.9到1.10%的鉬，及含碳量不超過0.15%的鋼構(gòu)成的。這種鋼最好含2.25%的鉻和1%的鉬。
更確切地說，為實施本發(fā)明的制造方法使用的鋼具有如下規(guī)定的成分C0.11-0.15%，Mn0.30-0.60%，Si0.15-0.35%，Cr2-2.50%，Mo0.9-1.19，Ni最大含量0.30，P最大含量0.005，S最大含量0.005，Cu最大含量0.05，V最大含量0.01，Al最大含量0.02，Co最大含量0.03，Sb最大含量0.001，As最大含量0.012。
對于這些鋼所獲的最低機械特性如下20℃時機械強度550毫帕彈性極限385毫帕伸張度E%20%330℃時彈性極限310毫帕。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，按傳統(tǒng)方式使用這些鋼，來制造石油化學工業(yè)上的部件，能夠用電子束焊接的最大厚度至少達到300毫米。用具有額定功率200kw的電子束焊槍在單焊道上產(chǎn)生的焊接顯示出極好的金屬特性。
根據(jù)本發(fā)明形成此容器的各種外殼和球蓋的厚度為200-300mm。
為了制造這個容器的單元部件2a，2b，6，7，8，9，10和3a，3b用已有技術(shù)中的已知的鑄造和鍛造方法來鍛造和成形。
這些單元部件的裝配將根據(jù)已有技術(shù)的工藝技術(shù)來進行，以便通過將預先組裝的底部2焊在裝置13上形成這個容器的下部裝置18，并且通過將管道10焊在攜管殼14上形成的上部裝置19，而殼14是通過將凸緣9焊在殼8上形成的。
容器20(見圖4)的最后裝配是通下部裝置18及上部裝置19頭尾相焊接而成的。
用電子束在一單焊道里在待焊接的部件的端部產(chǎn)生各個焊點，要如此放置各個端部使之互相吻合。
與以前的自動埋弧焊接工藝比較，在兩個部件的接合點，所用的熱能小得多，在并且產(chǎn)生該熱能的材料的體積被減少了。
形成容器的部件的熱變形和畸變相應減少。電子束焊接使得不用填充金屬進行焊接成為可能，接合點的抗輻射能力與那些基體金屬是一致的。
此外，電子束焊接在單焊道上進行這一事實導致了容器裝配時間的大大縮短。
圖5，6和7示出了一種裝置，它使得組成核反應堆堆芯壓力容器的單元部件的電子束焊接成為可能。
這種裝置是由一個大尺寸的封閉室30組成可以通過一個抽氣系統(tǒng)對這個室抽真空。這個系統(tǒng)能產(chǎn)生一個105mm水銀柱的硬真空。
在壓水核反應堆堆芯壓力容器(容器的半徑在4.50m范圍)的裝配情況下，提供了一個平行六面體形的封閉室，它的內(nèi)部尺寸如下長8.50米，寬7.70米，高12.50米。這樣一個封閉室的體積是800立方米。額定功率200kw的電子槍31被固定在一個托架32上，安裝托架32使其可以沿著橫梁33的長度方向移動，橫梁本自身可在兩個立柱34上沿垂直方向移動，該兩個立柱34在封密室30的基本上是整個的高度上延伸。
正如從圖5和7中可以看到的，安裝槍31使其能夠在托架32上在90度范圍內(nèi)圍繞水平軸轉(zhuǎn)運動，并且也可以變換相對于封閉室的一個橫向方向圍繞一個垂直軸移動。
這個電子束焊接裝置也包括一個托架36，在它上面安置了一個直徑為5米量級的旋轉(zhuǎn)平臺。安裝托架36使其能在封閉室30內(nèi)部沿著封閉室30的長度方向移動，因此能在3.30米范圍內(nèi)運動。
在圖5，6和7中示出的裝置使得對一個核反應堆堆芯壓力容器進行所有的焊接成為可能。
為了將所有外殼組裝在一起或?qū)⑼鈿ず颓蛐紊w裝在一起，將要組裝的部件緊固定在平臺37上，電子槍31被放在所需高度上的水平位置以便產(chǎn)生焊接點。這上部件圍繞著旋轉(zhuǎn)平臺37的垂直軸轉(zhuǎn)動，然后通過一電子束在單焊道里產(chǎn)生焊接點，轉(zhuǎn)動速度動是在10-40厘米/分鐘，依所焊點的厚度來定。
在由含Cr2.25%，含Mo1%的鋼組成部件上，在產(chǎn)生最大厚度為300毫米范圍具有良好的金屬特性的焊點是可能的。
用圖5、6和7所示裝置也可以用電子束焊接將管道10固定在攜管殼8上。這個操作可以依據(jù)與本申請同一天的由FRAMATOME公司提出的專利申請中所描述的方法來完成。這一方法的特征是在每一個管道與截頭圓錐體形的外殼之間有一個連接面。
制造部件所用的這種鋼的主要優(yōu)點是相對較低的輻射敏感性。在不受輻射狀態(tài)下，這種鉻-鉬鋼處于塑性穩(wěn)定態(tài)的最初溫度低于-20℃。在接近于核反應堆堆芯壓力容器的堆芯操作條件下40年輻射后這個溫度升到0°到10℃左右。這些條件與一個核反應堆堆芯壓力容器的最大壽命相對應。因此，根據(jù)本發(fā)明方法制造的鉻-鉬鋼部件不會由于不穩(wěn)定斷裂擴大而致劈裂損壞，這種劈裂損壞僅在低于塑性穩(wěn)定態(tài)時才可能發(fā)生。因此避免了引起壓力容器之中漏的斷裂擴大的任何危險。因此，能避免可能引起壓力容器泄漏的任何斷裂擴大的危險。
此外，由于所使用的鋼的碳含量低，在容器的內(nèi)壁一般需要有一個不銹涂層，對鋼的碳含量的限制越低，這個優(yōu)點相應地越明顯。
本發(fā)明并不局限于已描述的具體實施。
本方法的唯一限制是相對于通過電子束在單焊道內(nèi)能夠被焊接的壁的厚度。
如果考慮了這一限制，本發(fā)明就可以被應用到一核反應堆堆芯的任何一個壓力容器上。
權(quán)利要求
1.一種用于制造輕水核反應堆堆芯壓力容器的方法，該容器包括一個具有很大厚度(如大于100毫米)旋轉(zhuǎn)對稱的外殼，該容器在成型中包括至少兩個完全旋轉(zhuǎn)對稱的單元部件，然后通過在其整個厚度上焊接將它們裝配起來形成一個部件，其特征為壁厚大于100毫米的單元部件(2a，2b，6，7，8，9，10，3a，3b)是由含2-2.50%鉻，0.9-1.1%的鉬和少于0.15%的碳的鋼構(gòu)成的，其特征還在于這些單元部件的裝配是在一單焊道里，在設有填充金屬的情況下，并且在單元部件的整個厚度上用電子束來焊接完成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于這種鋼具有下列組分C0.11-0.15%，Mn0.30-0.60%，Si0.15-0.35%，Cr2-2.5%，Mo0.9-1.1%，Ni最大含量0.30%，P最大含量0.005%，S最大含量0.005%，Cu最大含量0.05%，V最大含量0.01%，Al最大含量0.02%，Co最大含量0.03%，Sb最大含量0.001%，As最大含量0.012%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的方法，其特征在于單元部件(2b，6，7，8)的壁厚在200和300毫米之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在該單元部件是壓水核反應堆堆芯壓力器的情況下，其容器是由一半球型底部(2)，一個芯外殼(13)及一個攜管殼(8)組成的，其特征為，用電子束通過焊接將半球型底部(2)與芯殼(13)連結(jié)起來，其特征還在于所產(chǎn)生的裝置或容器的下部裝置(18)也是用電子束通過焊接與一個上部裝置(19)相連，裝置(19)由與一凸緣(9)整體裝配來支承容器頂部(3)的攜管殼(14)組成。
5.一種壓水增壓核反應堆堆芯容器，由一用半球狀盤形底部封閉的圓柱體構(gòu)成，其特征為，該容器由壁厚大于100毫米的單元部件組成，這些元件由基本上含2-2.50%的鉻，0.9-1.1%的鉬及少于0.15%的碳的鋼構(gòu)成，該容器旋轉(zhuǎn)對稱，由電子束在一單焊道里在其整個厚度上焊接裝配起來。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力容器，其特征為該容器是由一半球型底部(2)，一圓柱形殼(13)和一攜管殼(14)組成，它們被電子束頭尾相連焊接起來以便形成容器主體，其特征還在于它包括一個半球狀密封頂部(3)。
全文摘要
該容器是由一具有很大厚度(例如在200-300mm間)的外殼組成，外殼是由旋轉(zhuǎn)對稱的單元部件(2a，2b，6，7，8，9，10，3a，3b)頭尾相焊接連在一起的。這些部件是由含2-2.50％鉻，0.9-1.1％鉬，和少于0.15％碳的鋼構(gòu)成的，連接這些單元部件需的焊接是由一電子束在一單焊道里在部件的整個厚度上進行的，沒有填充金屬。本發(fā)明特別應用到一個壓水核反應堆堆芯壓力容器的制造。
文檔編號C22C38/52GK1033334SQ88107088
公開日1989年6月7日 申請日期1988年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1987年10月16日
發(fā)明者維紀斯·阿蘭 申請人:法瑪通公司