一种堆内构件整体式反射层的成形方法技术

本发明专利技术公开了一种堆内构件整体式反射层的成形方法，包括以下步骤：1)选择激光熔化增材制造的整体式反射层的原材料；2)根据整体式反射层的尺寸进行增材制造程序编写；3)对增材用基板进行表面处理；4)以激光为热源，通过送粉熔融方法将增材原料逐层熔融堆积在基板上，以实现整体式反射层的成型；5)对整体式反射层进行固溶热处理；6)对整体式反射层稳定化处理；7)对整体式反射层进行液体渗透检验；8)对整体式反射层进行超声波检验。在围板薄弱环节设置了与围板整体成形的加强肋板，提高了堆芯反射层结构的刚度，使得整体成形的堆芯反射层的结构连续性好、力学性能更好，同时使得制造周期大幅度缩短，制造工艺大大简化。

【技术实现步骤摘要】
一种堆内构件整体式反射层的成形方法
本专利技术涉及核反应堆结构设计领域，具体涉及一种堆内构件整体式反射层的成形方法。
技术介绍
堆内构件整体式反射层结构是反应堆结构的关键部件，其一般由若干块围板、若干块成形板及上千个螺栓和定位销组成，通过紧固件的连接形成整体并安装在反应堆堆内构件的吊篮筒体内部。该结构组成复杂，零部件众多，设计制造精度高，基本上已经达到了现有制造能力的极限。同时，数千个零部件组成的结构在流致振动、高辐照、高温条件下不利于反应堆长期运行的安全；以AP1000等第三代先进反应堆采用整体机加工成形或整体焊接成形的堆芯反射层结构，但这些整体机加工成形的结构加工量过大，采用整体焊接成形的堆芯反射层结构均由薄板结构件组焊而成，焊接变形量太大，精度难以控制，且结构强度一般。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种堆内构件整体式反射层的成形方法，制造出既不需要螺栓和连接销紧固件，又不需要焊接的堆内构件整体式反射层。本专利技术通过下述技术方案实现：一种堆内构件整体式反射层的成形方法，包括以下步骤：1)选择激光熔化增材制造的整体式反射层的原材料；2)根据整体式反射层的尺寸进行增材制造程序编写；3)对增材用基板进行表面处理；4)以激光为热源，通过送粉熔融方法将增材原料逐层熔融堆积在基板上形成整体成形围板、整体成形环板和整体成形筋板，以实现整体式反射层成型；5)对整体式反射层进行固溶热处理；6)对整体式反射层进行尺寸稳定化处理；7)对整体式反射层进行液体渗透检验；8)对整体式反射层进行超声波检验。在对整体式反射层进行加工时，以激光熔化增材制造技术为依据，根据RCC-M压水堆核岛机械设备设计和建造规则的标准，首先对整体式反射层的原材料进行选取，确定整体式反射层的具体尺寸后进行增材制造程序编写，然后对增材用的基板表面进行抛光打磨，以为整体式反射层的成型提供稳定支撑，接着以激光为热源，通过送粉熔融的方法将整原材料逐层堆积在基板上逐渐形成整体成形围板、整体成形环板和整体成形筋板，直至整体式反射层的完全成型；然后对成型的整体式反射层进行固溶热处理，即通过热处理炉的加热处理以及后续的水冷处理，降低整体式反射层生锈腐蚀的几率，继续对整体式反射层进行机加工，直至达到图纸要求的最终尺寸和表面粗糙度要求，机加工完成后再对整体式反射层进行尺寸稳定化处理，继而确定整体式反射层最终的形态与性能，最终通过液体渗透检验以及超声波检验，以验证成型的整体式反射层是否符合标准。具体地，基于激光熔化增材制造技术，将整体堆芯反射层设计为整体成形结构，不采用螺栓等紧固件或强度焊接的方式将围板和成形环板连接为整体，而基于增材制造技术，将整体式堆芯反射层逐层堆积成形，整体成形筋板设置在整体成形围板外围的薄弱环节，与整体成形围板同高度，且与整体成形围板和整体成形环板一起成形，获得整体式整体堆芯反射层。其中，传统的堆芯反射层一般是将围板、成形环板用螺栓连接为整体，该种设计中使用的螺栓、销子等紧固件较多，在核反应堆内的长期辐照环境下紧固件存在疲劳断裂和松脱的风险；另一种方案则是将围板、成形环板通过焊接连接为整体，且在围板和成形环板之间设置了众多的加强筋板，用于防止焊接变形且用于加强整体刚度，该种设计方案的薄板类的强度焊缝较多，导致焊后变形量较大，焊接工艺及制造周期较长；而本申请中通过激光熔化增材制造技术，使得整体式反射层的整体成形围板、整体成形环板和整体成形筋板同时生成，使得整体式反射层的加工不需要传统的锻件生产和焊接，取消了所有全焊透焊缝，避免了结构的焊接变形，提高了成形质量，结构连续性好，采用了与堆芯反射层等高度的整体成形筋板，力学性能更好，制造周期大幅度缩短，制造工艺大大简化。在所述步骤1)中，整体式反射层的原材料为Z2CN19-10粉末，且满足Z2CN19-10粉末的粒度为100目～500目，Z2CN19-10粉末的含氮量≤0.12％。进一步地，整体式反射层以及镀铬层的选材均满足RCC-M压水堆核岛机械设备设计和建造规则中的相关标准，其中，整体式反射层的原材料选用Z2CN19-10粉末且粉末粒度在100目～500目之间，在不降低力学性能的前提下，粉末的氮含量不大于0.12％，采用该数目的粉末粒度在熔融中具有良好的成型效果，采用该氮含量能满足熔融成型后的强度要求，以确保成型后的整体式反射层以及镀铬层的良好性能。在所述步骤4)中，送粉熔融方法中的激光功率100～4000W，熔融速度50～200g/h，单层厚度为0.1～1mm之间，直到完成设计所需增材制造的尺寸。进一步地，通过送粉熔融方法使得原材料逐层堆积在基板上，而在整体式反射层成型过程中，将激光功率设定为100～3000W，使得原材料的熔融速度在50～100g/h，同时保证原材料单层堆积的厚度保持在0.1～1mm范围，使得最终成型的整体式反射层以及镀铬层的性能达到最佳。在所述步骤5)中，固溶热处理的流程为：将整体式反射层放置在热处理炉中，加热至1000～1100℃，加热时间为1～4h，使整体式反射层中的碳化物全部溶解，碳元素固溶于奥氏体中，再将整体式反射层从热处理炉取出，并对整体式反射层进行水冷处理，直至整体式反射层冷却，使碳达到过饱和状态。进一步地，固溶热处理时，将整体式反射层放置在热处理炉中，加热至1000～1100℃，时间为1～4h，使碳化物全部或基本溶解，碳元素固溶于奥氏体中，然后将整体式反射层拿出热处理炉，并使用水冷方式，使整体式反射层快速冷却至室温，使碳达到过饱和状态。加热温度为1000～1100℃，目的是使碳化物全部或基本溶解，避免碳化物使整体式反射层的不锈钢材料有生锈腐蚀的风险，热处理时间为1～4h，刚好能使碳化物全部或基本溶解，而又能避免不锈钢材料过度热处理，造成不锈钢晶粒粗大，力学性能下降；采用水冷是使不锈钢材料快速冷却，避开晶间腐蚀温度区间。在所述步骤5)中，整体式反射层的固溶热处理的次数不超过2次，且整体式反射层在固溶热处理后的晶粒度等级为4～7级。作为优选，固溶热处理次数超过2次之后，整体式反射层的力学性能无法得到保证，有报废的可能。在所述步骤6)中，尺寸稳定化处理的流程为：将堆内构件整体式反射层放置在热处理炉中，加热至400～450℃，加热时间为6～8h，使堆内构件整体式反射层内机加工所导致的内部应力得到释放，热处理炉停止加热后，堆内构件整体式反射层在热处理炉内进行冷却。在所述步骤7)中，液体渗透检验流程为：首先对整体式反射层表面喷涂渗透剂，使得整体式反射层和渗透剂的温度应保持在10℃～50℃之间，且液体渗透剂停留时间为20分钟以上；然后使用10℃～45℃的去离子水去除多余的渗透剂，通过海绵或吸水纸对整体式反射层进行擦洗，再进行自然干燥；在干燥后的整体式反射层待检表面涂敷一层显像剂，最后通过裸眼观察。进一步地，对堆内构件整体式反射层表面喷涂渗透剂，堆内构件整体式反射层和渗透剂的温度应保持在10℃～50℃之间，液体渗透剂停留时间至少应为20分钟，且在整个渗透时间内，渗透剂必须保持湿润状态；使用温度为10℃～45℃的去离子水去除多余的渗透剂，用干净海绵或吸水纸进行擦洗，也可用小于2bar的水冲洗，但要防止过清洗，采用自然干燥；在待检表面干燥后涂敷一层又细又均匀的显像剂；用裸眼在不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种堆内构件整体式反射层的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选择激光熔化增材制造的整体式反射层的原材料；2)根据整体式反射层的尺寸进行增材制造程序编写；3)对增材用基板进行表面处理；4)以激光为热源，通过送粉熔融方法将增材原料逐层熔融堆积在基板上形成整体成形围板(6)、整体成形环板(7)和整体成形筋板(5)，以实现整体式反射层成型；5)对整体式反射层进行固溶热处理；6)对整体式反射层进行尺寸稳定化处理；7)对整体式反射层进行液体渗透检验；8)对整体式反射层进行超声波检验。

【技术特征摘要】
1.一种堆内构件整体式反射层的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选择激光熔化增材制造的整体式反射层的原材料；2)根据整体式反射层的尺寸进行增材制造程序编写；3)对增材用基板进行表面处理；4)以激光为热源，通过送粉熔融方法将增材原料逐层熔融堆积在基板上形成整体成形围板(6)、整体成形环板(7)和整体成形筋板(5)，以实现整体式反射层成型；5)对整体式反射层进行固溶热处理；6)对整体式反射层进行尺寸稳定化处理；7)对整体式反射层进行液体渗透检验；8)对整体式反射层进行超声波检验。2.根据权利要求1所述的一种堆内构件整体式反射层的成形方法，其特征在于：在所述步骤1)中，整体式反射层的原材料为Z2CN19-10粉末，且满足Z2CN19-10粉末的粒度为100目～500目，Z2CN19-10粉末的含氮量≤0.12％。3.根据权利要求1所述的一种堆内构件整体式反射层的成形方法，其特征在于：在所述步骤4)中，送粉熔融方法中的激光功率100～3000W，熔融速度50～100g/h，单层厚度为0.1～1mm之间，直到完成设计所需增材制造的尺寸。4.根据权利要求1所述的一种堆内构件整体式反射层的成形方法，其特征在于：在所述步骤5)中，固溶热处理的流程为：将整体式反射层放置在热处理炉中，加热至1000～1100℃，加热时间为1h，再将整体式反射层从热处理炉取出，并对整体式反射层进行水冷处理，直至导整体式反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏亮，王留兵，罗英，许斌，饶琦琦，方才顺，杨洪润，顾益宇，卢川，杜华，刘晓，胡雪飞，李燕，李娜，王尚武，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川,51