本發(fā)明屬于核電技術領域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種核反應堆壓力容器頂蓋及其安裝方法。

背景技術：

在核電站運行中，需要對反應堆壓力容器的頂蓋封頭開設若干貫穿孔，用以通過測量儀表(儀表管座)和反應堆控制構件(CRDM管座)。為了實現該功能，需要設置管狀貫穿件與封頭上相應的開孔進行連接，以包容相關控制儀表或構件，同時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，無法在頂蓋上設置全焊透坡口。因此，在典型的反應堆壓力容器上，常采用局部焊透的J形焊縫。請參閱圖1所示，為一種現有核反應堆壓力容器頂蓋中貫穿件和封頭J形焊縫的結構示意圖，但是，J形坡口形狀復雜，存在一定的加工和焊接難度。此外，J形坡口為非對稱坡口，焊接過程中存在較大的焊接變形和殘余應力，直接影響封頭貫穿件的定位精度。

在現有的核電技術中，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合的方式進行連接，請參閱圖2所示。該結構包括封頭10、管座12、壓套14、防轉銷16及密封焊縫18，壓套14安裝于封頭10內表面管孔下端，壓套14帶有內螺紋，與管座12末端的外螺紋相連接以傳遞內壓作用于管座12的軸向推力，壓套14上端面與封頭10接觸以防止壓套14轉動，壓套14下端面與封頭10之間設置有防轉銷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。

相對于機械連接，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力，在很大程度上減輕殘余應力對管座區(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，管座連接結構的去除工藝可顯著簡化，具有較好的可實現性。但是，上述封頭連接形式存在以下缺點：

(1)反應堆壓力容器封頭在升壓或升溫過程中會發(fā)生形狀變化，容易導致螺紋連接結構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的區(qū)域，內表面傾斜角度較大，難以實施該技術方案。

有鑒于此，確有必要提供一種操作簡便、構造簡單、密封效果好、運行安全的核反應堆壓力容器頂蓋及其安裝方法，以解決焊接過程中產生的變形和殘余應力，消除焊接造成的結構變形，確保核電廠的安全、穩(wěn)定運行。

技術實現要素：

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

為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種核反應堆壓力容器頂蓋，包括封頭，設有貫穿孔和圍繞貫穿孔設置的凸臺，凸臺于遠離封頭一端設有水平平臺；以及貫穿件，收容于貫穿孔中，貫穿件設有與水平平臺相對應的法蘭，水平平臺與法蘭之間的間隙通過焊縫填充。

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

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

作為本發(fā)明核反應堆壓力容器頂蓋的一種改進，所述凸臺的端面設有焊接坡口，所述法蘭與凸臺對應的端面設有焊接坡口。

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

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

提供封頭，封頭設有貫穿孔和圍繞貫穿孔設置的凸臺，凸臺于遠離封頭一端設有水平平臺；

提供貫穿件，貫穿件設有與水平平臺對應的法蘭；

將貫穿件裝入貫穿孔中，且在水平平臺與法蘭之間形成間隙；以及

通過焊接將水平平臺與法蘭之間的間隙用焊縫填充。

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

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

作為本發(fā)明核反應堆壓力容器頂蓋的安裝方法的一種改進，所述凸臺的端面設有焊接坡口，所述法蘭與凸臺對應的端面設有焊接坡口。

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

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

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

1)將傳統的非對稱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力較大的問題，消除了貫穿件與封頭連接區(qū)域因焊接造成的結構變形；

2)可以在封頭內表面的任何位置實施，不受封頭結構、貫穿件位置的影響，具有廣泛的適用性；

3)貫穿件和凸臺之間的焊縫為環(huán)形密封焊縫，當壓力容器投入使用時，容器內的壓力作用在貫穿件的軸向推力傳遞到凸臺上時為軸向壓力，金屬材料承受壓應力的性能遠遠優(yōu)于拉應力。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明核反應堆壓力容器頂蓋及其安裝方法進行詳細說明，其中：

圖1為現有核反應堆壓力容器頂蓋中，貫穿件與封頭J形焊縫示意圖；

圖2為現有核反應堆壓力容器頂蓋中，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。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術方案及其有益技術效果更加清晰，以下結合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解的是，本說明書中描述的具體實施方式僅僅是為了解釋本發(fā)明，并非為了限定本發(fā)明。

請參照圖3和圖4所示，本發(fā)明核反應堆壓力容器頂蓋包括：封頭20，封頭20設有貫穿孔(未標示)和圍繞貫穿孔設置的凸臺22，凸臺22于遠離封頭20一端設有水平平臺23；以及貫穿件24，貫穿件24收容于貫穿孔中，貫穿件24設有與水平平臺23相對應的法蘭26，水平平臺23與法蘭26之間的間隙通過焊縫填充。

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

凸臺22圍繞封頭20的貫穿孔焊接在封頭20的內表面，凸臺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連接時形成環(huán)形焊縫，減少焊接填充量，并解決焊接過程中產生的焊接變形和殘余應力較大的問題。在圖示實施方式中，凸臺22采用鎳基合金材料堆焊成型。

水平平臺23設置在凸臺22遠離封頭20的一端，在水平平臺23上加工有焊接坡口，便于與法蘭26進行焊接連接。

貫穿件24為耐壓中空管狀金屬材料，可與凸臺22配合使用。貫穿件可以是包括驅動機構貫穿件、溫度測量管貫穿件或排氣管貫穿件，不同作用的貫穿件內徑不同。貫穿件24通過過盈配合與凸臺22連接并收容于封頭20上的貫穿孔中，且可在封頭20的內表面處和凸臺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22與法蘭26的外徑匹配，貫穿件24通過凸臺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22端部的水平平臺23相對應，以便通過焊縫填充水平平臺23與法蘭26之間的間隙。

以下結合圖3所示，詳細說明本發(fā)明核反應堆壓力容器頂蓋的安裝方法：

1)根據壓力容器大小，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22，封頭20與凸臺22形成一個整體；在凸臺22遠離封頭20的端部設置一個水平平臺23，并在水平平臺23上加工焊接坡口；

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

3)控制好溫度和時間，采用低溫冷裝，將貫穿件24和法蘭26在液氮(或類似的低溫液體中)浸泡后，迅速插入封頭20的貫穿孔中，此時，頂蓋倒置。如此設置，貫穿件24可通過過盈配合的方式收容于封頭20上。需要說明的是，在進行安裝之前，需要檢測貫穿件24的外徑與凸臺22內徑之間的尺寸是否符合安裝要求，如果貫穿件24的外徑尺寸過大，則無法插入凸臺22；如果貫穿件24的尺寸過小，會無法實現貫穿件24與凸臺22之間的過盈配合，影響貫穿件24與凸臺22之間的連接強度的冗余設計。

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

結合以上對本發(fā)明實施方式的詳細描述可以看出，相對于現有技術，本發(fā)明核反應堆壓力容器頂蓋及其安裝方法具有以下有益技術效果：

1)將傳統的非對稱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力較大的問題，消除了貫穿件與封頭連接區(qū)域因焊接造成的結構變形；

2)可以在封頭內表面的任何位置實施，不受封頭結構、貫穿件位置的影響，具有廣泛的適用性；

3)貫穿件和凸臺之間的焊縫為環(huán)形密封焊縫，當壓力容器投入使用時，容器內的壓力作用在貫穿件的軸向推力傳遞到凸臺上時為軸向壓力，金屬材料承受壓應力的性能遠遠優(yōu)于拉應力。

根據上述說明書的揭示和教導，本發(fā)明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行適當的變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對本發(fā)明的一些修改和變更也應當落入本發(fā)明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構成任何限制。