本發(fā)明屬于核電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋及其安裝方法。

背景技術(shù)：

在核電站運(yùn)行中，需要對(duì)反應(yīng)堆壓力容器的頂蓋封頭開(kāi)設(shè)若干貫穿孔，用以通過(guò)測(cè)量?jī)x表(儀表管座)和反應(yīng)堆控制構(gòu)件(CRDM管座)。為了實(shí)現(xiàn)該功能，需要設(shè)置管狀貫穿件與封頭上相應(yīng)的開(kāi)孔進(jìn)行連接，以包容相關(guān)控制儀表或構(gòu)件，同時(shí)起到承壓邊界的作用。

由于壓力容器封頭厚度與貫穿件壁厚相差很大，無(wú)法在頂蓋上設(shè)置全焊透坡口。因此，在典型的反應(yīng)堆壓力容器上，常采用局部焊透的J形焊縫。請(qǐng)參閱圖1所示，為一種現(xiàn)有核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋中貫穿件和封頭J形焊縫的結(jié)構(gòu)示意圖，但是，J形坡口形狀復(fù)雜，存在一定的加工和焊接難度。此外，J形坡口為非對(duì)稱(chēng)坡口，焊接過(guò)程中存在較大的焊接變形和殘余應(yīng)力，直接影響封頭貫穿件的定位精度。

在現(xiàn)有的核電技術(shù)中，也有采用CRDM管座與封頭連接的形式，采用螺紋連接與密封焊共同結(jié)合的方式進(jìn)行連接，請(qǐng)參閱圖2所示。該結(jié)構(gòu)包括封頭10、管座12、壓套14、防轉(zhuǎn)銷(xiāo)16及密封焊縫18，壓套14安裝于封頭10內(nèi)表面管孔下端，壓套14帶有內(nèi)螺紋，與管座12末端的外螺紋相連接以傳遞內(nèi)壓作用于管座12的軸向推力，壓套14上端面與封頭10接觸以防止壓套14轉(zhuǎn)動(dòng)，壓套14下端面與封頭10之間設(shè)置有防轉(zhuǎn)銷(xiāo)16，壓套14下端面覆蓋密封堆焊層18。管座12的軸向推力通過(guò)螺紋傳遞給壓套14，密封堆焊層18不承受軸向推力，僅起密封及耐蝕的作用，因此厚度需求較小。

相對(duì)于機(jī)械連接，螺紋連接不存在大量的焊接工作，因此可顯著降低焊接殘余應(yīng)力，在很大程度上減輕殘余應(yīng)力對(duì)管座區(qū)域封頭變形的不利影響。此外，由于密封堆焊層18的厚度小，管座連接結(jié)構(gòu)的去除工藝可顯著簡(jiǎn)化，具有較好的可實(shí)現(xiàn)性。但是，上述封頭連接形式存在以下缺點(diǎn)：

(1)反應(yīng)堆壓力容器封頭在升壓或升溫過(guò)程中會(huì)發(fā)生形狀變化，容易導(dǎo)致螺紋連接結(jié)構(gòu)的可靠性降低甚至失效，直接影響承壓邊界的完整性。

(2)在距離封頭中心較遠(yuǎn)的區(qū)域，內(nèi)表面傾斜角度較大，難以實(shí)施該技術(shù)方案。

有鑒于此，確有必要提供一種操作簡(jiǎn)便、構(gòu)造簡(jiǎn)單、密封效果好、運(yùn)行安全的核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋及其安裝方法，以解決焊接過(guò)程中產(chǎn)生的變形和殘余應(yīng)力，消除焊接造成的結(jié)構(gòu)變形，確保核電廠的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供一種核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋及其安裝方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中焊接變形與殘余應(yīng)力較大的問(wèn)題，消除貫穿件與封頭連接區(qū)域因焊接造成的結(jié)構(gòu)變形。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋，包括封頭，設(shè)有貫穿孔和圍繞貫穿孔設(shè)置的凸臺(tái)，凸臺(tái)于遠(yuǎn)離封頭一端設(shè)有水平平臺(tái)；以及貫穿件，收容于貫穿孔中，貫穿件設(shè)有與水平平臺(tái)相對(duì)應(yīng)的法蘭，水平平臺(tái)與法蘭之間的間隙通過(guò)焊縫填充。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的一種改進(jìn)，所述貫穿件通過(guò)過(guò)盈配合收容于貫穿孔中。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的一種改進(jìn)，所述凸臺(tái)由鎳基合金材料堆焊成型。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的一種改進(jìn)，所述凸臺(tái)的端面設(shè)有焊接坡口，所述法蘭與凸臺(tái)對(duì)應(yīng)的端面設(shè)有焊接坡口。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的一種改進(jìn)，所述凸臺(tái)與所述法蘭的外徑匹配。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明，本發(fā)明還提供了一種核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的安裝方法，其包括以下步驟：

提供封頭，封頭設(shè)有貫穿孔和圍繞貫穿孔設(shè)置的凸臺(tái)，凸臺(tái)于遠(yuǎn)離封頭一端設(shè)有水平平臺(tái)；

提供貫穿件，貫穿件設(shè)有與水平平臺(tái)對(duì)應(yīng)的法蘭；

將貫穿件裝入貫穿孔中，且在水平平臺(tái)與法蘭之間形成間隙；以及

通過(guò)焊接將水平平臺(tái)與法蘭之間的間隙用焊縫填充。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的安裝方法的一種改進(jìn)，所述貫穿件通過(guò)過(guò)盈配合收容于貫穿孔中。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的安裝方法的一種改進(jìn)，所述凸臺(tái)由鎳基合金材料堆焊成型。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的安裝方法的一種改進(jìn)，所述凸臺(tái)的端面設(shè)有焊接坡口，所述法蘭與凸臺(tái)對(duì)應(yīng)的端面設(shè)有焊接坡口。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的安裝方法的一種改進(jìn)，所述凸臺(tái)與所述法蘭的外徑匹配。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的安裝方法的一種改進(jìn)，在填充焊縫后，將焊縫的外表面打磨平整。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋及其安裝方法具有以下有益技術(shù)效果：

1)將傳統(tǒng)的非對(duì)稱(chēng)J形焊縫，變?yōu)榄h(huán)形焊縫，大大減少了焊接填充量，解決了以往焊接變形與殘余應(yīng)力較大的問(wèn)題，消除了貫穿件與封頭連接區(qū)域因焊接造成的結(jié)構(gòu)變形；

2)可以在封頭內(nèi)表面的任何位置實(shí)施，不受封頭結(jié)構(gòu)、貫穿件位置的影響，具有廣泛的適用性；

3)貫穿件和凸臺(tái)之間的焊縫為環(huán)形密封焊縫，當(dāng)壓力容器投入使用時(shí)，容器內(nèi)的壓力作用在貫穿件的軸向推力傳遞到凸臺(tái)上時(shí)為軸向壓力，金屬材料承受壓應(yīng)力的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于拉應(yīng)力。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋及其安裝方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其中：

圖1為現(xiàn)有核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋中，貫穿件與封頭J形焊縫示意圖；

圖2為現(xiàn)有核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋中，CRDM管座與封頭連接方式的示意圖；

圖3為本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋中，貫穿件與封頭連接的示意圖；

圖4為本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋中，貫穿件與封頭連接的局部放大圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案及其有益技術(shù)效果更加清晰，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書(shū)中描述的具體實(shí)施方式僅僅是為了解釋本發(fā)明，并非為了限定本發(fā)明。

請(qǐng)參照?qǐng)D3和圖4所示，本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋包括：封頭20，封頭20設(shè)有貫穿孔(未標(biāo)示)和圍繞貫穿孔設(shè)置的凸臺(tái)22，凸臺(tái)22于遠(yuǎn)離封頭20一端設(shè)有水平平臺(tái)23；以及貫穿件24，貫穿件24收容于貫穿孔中，貫穿件24設(shè)有與水平平臺(tái)23相對(duì)應(yīng)的法蘭26，水平平臺(tái)23與法蘭26之間的間隙通過(guò)焊縫填充。

封頭20為壓力容器頂蓋的重要結(jié)構(gòu)，用于封蓋整個(gè)壓力容器。在圖示實(shí)施方式中，封頭20由耐壓金屬材料制成，封頭20上設(shè)有若干截面為圓環(huán)形的貫穿孔。

凸臺(tái)22圍繞封頭20的貫穿孔焊接在封頭20的內(nèi)表面，凸臺(tái)22的截面為圓環(huán)形，使用圓環(huán)形的截面便于與貫穿件24連接時(shí)形成環(huán)形焊縫，減少焊接填充量，并解決焊接過(guò)程中產(chǎn)生的焊接變形和殘余應(yīng)力較大的問(wèn)題。在圖示實(shí)施方式中，凸臺(tái)22采用鎳基合金材料堆焊成型。

水平平臺(tái)23設(shè)置在凸臺(tái)22遠(yuǎn)離封頭20的一端，在水平平臺(tái)23上加工有焊接坡口，便于與法蘭26進(jìn)行焊接連接。

貫穿件24為耐壓中空管狀金屬材料，可與凸臺(tái)22配合使用。貫穿件可以是包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)貫穿件、溫度測(cè)量管貫穿件或排氣管貫穿件，不同作用的貫穿件內(nèi)徑不同。貫穿件24通過(guò)過(guò)盈配合與凸臺(tái)22連接并收容于封頭20上的貫穿孔中，且可在封頭20的內(nèi)表面處和凸臺(tái)22連接形成環(huán)形密封焊縫。

法蘭26位于貫穿件24的下端，法蘭26的上端面加工有焊接坡口，便于法蘭26的密封焊接工作。凸臺(tái)22與法蘭26的外徑匹配，貫穿件24通過(guò)凸臺(tái)22收容于封頭20的貫穿孔后，連接在貫穿件24上的法蘭26與凸臺(tái)22端部的水平平臺(tái)23相對(duì)應(yīng)，以便通過(guò)焊縫填充水平平臺(tái)23與法蘭26之間的間隙。

以下結(jié)合圖3所示，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的安裝方法：

1)根據(jù)壓力容器大小，提供尺寸、厚度和耐壓程度符合容器的帶有貫穿孔的封頭20；在封頭20的內(nèi)表面上圍繞貫穿孔用鎳基合金材料堆焊截面為圓環(huán)形的凸臺(tái)22，封頭20與凸臺(tái)22形成一個(gè)整體；在凸臺(tái)22遠(yuǎn)離封頭20的端部設(shè)置一個(gè)水平平臺(tái)23，并在水平平臺(tái)23上加工焊接坡口；

2)提供外徑尺寸與凸臺(tái)22尺寸符合安裝要求的貫穿件24，貫穿件24的下端設(shè)置一個(gè)法蘭26，法蘭26的外徑與凸臺(tái)22的尺寸匹配，并在法蘭26的上端部加工焊接坡口；

3)控制好溫度和時(shí)間，采用低溫冷裝，將貫穿件24和法蘭26在液氮(或類(lèi)似的低溫液體中)浸泡后，迅速插入封頭20的貫穿孔中，此時(shí)，頂蓋倒置。如此設(shè)置，貫穿件24可通過(guò)過(guò)盈配合的方式收容于封頭20上。需要說(shuō)明的是，在進(jìn)行安裝之前，需要檢測(cè)貫穿件24的外徑與凸臺(tái)22內(nèi)徑之間的尺寸是否符合安裝要求，如果貫穿件24的外徑尺寸過(guò)大，則無(wú)法插入凸臺(tái)22；如果貫穿件24的尺寸過(guò)小，會(huì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)貫穿件24與凸臺(tái)22之間的過(guò)盈配合，影響貫穿件24與凸臺(tái)22之間的連接強(qiáng)度的冗余設(shè)計(jì)。

4)將水平平臺(tái)23與法蘭26之間的間隙通過(guò)焊縫填充，并將焊縫的外表面打磨平整，得到核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋。

結(jié)合以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述可以看出，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋及其安裝方法具有以下有益技術(shù)效果：

1)將傳統(tǒng)的非對(duì)稱(chēng)J形焊縫變?yōu)榄h(huán)形焊縫，大大減少了焊接填充量，解決了以往焊接變形與殘余應(yīng)力較大的問(wèn)題，消除了貫穿件與封頭連接區(qū)域因焊接造成的結(jié)構(gòu)變形；

2)可以在封頭內(nèi)表面的任何位置實(shí)施，不受封頭結(jié)構(gòu)、貫穿件位置的影響，具有廣泛的適用性；

3)貫穿件和凸臺(tái)之間的焊縫為環(huán)形密封焊縫，當(dāng)壓力容器投入使用時(shí)，容器內(nèi)的壓力作用在貫穿件的軸向推力傳遞到凸臺(tái)上時(shí)為軸向壓力，金屬材料承受壓應(yīng)力的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于拉應(yīng)力。

根據(jù)上述說(shuō)明書(shū)的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏托薷?。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說(shuō)明書(shū)中使用了一些特定的術(shù)語(yǔ)，但這些術(shù)語(yǔ)只是為了方便說(shuō)明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。