DE2622616B2 - Verfahren zum Herstellen eines AnschluDstutzens in einer dicken Stahlwand für einen Druckbehälter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Anschlußstutzens in einer dicken Stahlwand für einen Druckbehälter der im Patentanspruch angegebenen Gattung.

Druckbehälter dieser Art werden insbesondere bei sog. Druckwasserreaktoren eingesetzt und dienen zur Aufnahme des Reaktorkerns sowie seines Kühlmittels, welches aus dem Gefäß herausgeführt und den Dampfgeneratoren im Kreislauf zugeführt wird. Aufgrund der außerordentlich hohen Drücke und der besonders hohen Sicherheitsanforderungen an derartige Druckbehälter bereitet das sichere Anschließen der Leitungsrohre für das Kühl- bzw. Wärmetauschermittel erhebliche Schwierigkeiten. Diese liegen insbesondere in dem schwierigen Herstellen hochfester Schweißnähte zwischen dem Behälteraußenmantel und den Stirnflächen der anzuschließenden Rohrleitungen.

Es ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Anschlußstutzen an der dicken Stahlwand eines Druckbehälters für Siedewasserreaktoren bekannt (FR-PS 11 98 440), bei welchem in der für den Anschlußstutzen vorgesehenen Stelle der Wand eine Zentrieröffnung eingearbeitet wird. Um diese Zentrieröffnung herum wird anschließend eine Ausnehmung durch z. B. spanende Bearbeitung um die Zentrieröffnung herum hergestellt, deren Durchmesser dem Innendurchmesser des fertigen Anschlußstutzens entspricht und die eine Tiefe von mindestens der halben Wanddicke aufweist. In einem nachfolgenden Verformungsvorgang wird der durch die Ausnehmung um mehr als die Hälfte verdünnte Teil der Behälterwand mittels eines von dem Wandinneren zur Außenseite hin vorgeschobenen Stempels nach außen umgebogen. Dieser Stempel weist eine der Zentrieröffnung entsprechende Zentrierspitze sowie einen sich daran anschließenden stetig erweiternden Formteil auf. Der weiteste Durchmesser des Stempels entspricht genau dem Durchmesser der Ausnehmung und dem Innendurchmesser des fertigen Anschlußstutzens. Nachteilig bei diesem bekannten Vorgehen sind die außerordentlich hohen, sich auf schmale Zonen konzentrierenden Streckspannungen, die bei dem Umbiegen der stehengebliebenen Wandteile in den seitlichen Randbereichen der Ausnehmung auftreten. Auch wenn dem Verformungsvorgang eine Erwärmung der betreffenden Wandteile des Druckbehälters vorausgeht, können doch feinste Haarrisse nicht ausgeschlossen werden, die auf diese hohen Streckspannungen zurückgehen. Darüber

ίο hinaus ist auch die Wandstärke der auf diese Art hergestellten Anschlußstutzen durch die zuvor hergestellte Ausnehmung auf die Hälfte der Wandstärke des Druckbehälters verringert. Da die Druckfestigkeit des Behälters bzw. des gesamten Drucksystems sich nach

derjenigen der schwächsten Teile bestimmt, sind die nach diesem Verfahren hergestellten Behälter für Druckwasserreaktoren nur bedingt geeignet.

Aus der GB-PS 7 74 927 ist ferner ein Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen von Anschlußnippeln

bzw. Anschlußstutzen in einer ebenen oder zylindrischen Metallwand bekannt, bei dem ein Stempel mit einer halbkugelförmigen Zentrierkappe gegen die auf einer Matrize abgestützte Wand in Flucht mit einer Zentrieröffnung von kleinem Durchmesser gedrückt wird. In der Vorschubachse weist die Matrize einen Dorn auf, welcher nach einem gewissen Vorschubweg in eine entsprechende Zentralbohrung in den Stempel eindringt und diesen führt. An die halbkugelförmige Zentrierkappe des Stempels schließt sich ein zylindri-

i<> scher Abschnitt an, welcher genau dem Innendurchmesser der Matrize und auch dem Innendurchmesser des Anschlußstutzens entspricht. Aufgrund des außerordentlich kleinen Durchmessers der Zentrieröffnung in der Wand treten bei deren Aufbiegen in den sich

*■> verjüngenden Abschnitt der Matrize hinein außerordentlich hohe Zugspannungen im unmittelbaren Bereich der Zentrieröffnung auf, die auch bei einer Heißverformung zu Rissen im fertigen Anschlußstutzen führen können. Darüber hinaus ist dieses Vorgehen zwar für Wände von geringer bis mittlerer Stärke geeignet, aufgrund der außerordentlich hohen notwendigen Preßkräfte lassen sich jedoch Anschlußstutzen in Stahlwände von z. B. 200 mm nicht herstellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, mit dem Anschlußstutzen auch in Stahlwände von mehr als 200 mm Wandstärke mit Hilfe von technisch beherrschbaren Preßkräften ohne die Gefahr von Rißbildungen hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht erstmals die Herstellung von Anschlußstutzen an für Druckwasserreaktoren geeigneten Druckbehältern, was auf die spezifische Verformungsart der Behälterwände im unmittelbaren Bereich um die Zentrieröffnungen herum zurückzuführen ist. Aufgrund der gegenseitigen Abstimmung der Abmessungen von Matrize und Verformungsstempel sowie der Ausbildung der Zentrieröffnung mit abgerundeten Kanten werden die den fertigen Anschlußstutzen darstellenden Wandbereiche frei nach außen gedrückt, und zwar nur so weit, bis eine Anlage an dem eingezogenen Bereich und an der Innenwand der Matrize erreicht ist. Durch dieses Vorgehen werden Materialverformungen, wie sie /.. B. beim fließpressen auftreten, vermieden, wodurch diese Verformungsvorgänge mit vergleichsweise verringer-

ten Preßkräften durchgeführt werden können.

Im folgenden wird die Durchführung des Verfahrens anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine zwischen einen Stempel und ';ine Matrize eingelegte Behälterwand vor dem Ausformen eines Anschlußstutzens,

Fig.2 mehrere Stadien des Formvorganges beim Herstellen eines Anschlußstutzens und

Fig.3 einen Rohrschuß eines Druckbehälters mit angeformtem Anschlußstutzen.

Mit der in den F i g. 1 und 2 schematisch dargestellten Formeinrichtung wird eine Stahlwand 1 im Bereich einer Zentrieröffnung 2 mittels eines an einem Querjoch 3 in Richtung der Achse X'-X gegen eine Matrize 5 vorschiebbaren Stempels 4 ein Anschlußstutzen 15 geformt, der in F i g. 3 dargestellt ist. Die Matrize 5 weist eine zylindrische öffnung 50 auf, deren Durchmesser dem Außendurchmesser des herzustellenden Anschlußstutzens entspricht. Der Querschnitt dieser öffnung 50 erweitert sich stetig nach oben bis zu einer abgerundeten Abstützlinie, deren Form derjenigen der Wand am Fuß des Arschlußstutzens entspricht. Bei hohlkugelförmiger Behälterwand ist diese Abstützkante kreisförmig, während sie bei einer zylindrischen Behälterwand oval ist. Der Stempel 4 weist an seinem unteren Ende eine Zentrierspitze 41 auf, deren Durchmesser geringfügig kleiner als die Zentrieröffnung 2 in der Behälterwand t ist. An diese zylindrische Zentrierspitze 41 schließt ein erster konischer Stempelteil 42 an, der in einen zylindrischen Teil 43 übergeht, dessen Durchmesser jo dem Innendurchmesser des Anschlußstutzens entspricht. Diesem zylindrischen Stempelteil 43 folgt ein zweiter konischer Stempelteil 44, dessen Durchmesser wesentlich größer als der Innendurchmesser der Hohlmatrize 5 ist. )5

Zur Herstellung eines Anschlußstutzens 15 wird die Wand 1 zumindest im Bereich 13 um die Zentrieröffnung 2 herum bis auf eine Temperatur von z. B. 1000⁰C erwärmt, um einerseits Oxidationen und andererseits Einrisse während des Formungsvorganges zu vermeiden. Durch einen Eingriff der Zentrierspitze 41 in die Zentrieröffnung 2 erfolgt eine Zentrierung des Stempels 4 während seiner Vorschubbewegung in der Achse X'-X, was für den Beginn der Wandverformung wesentlich ist. Der konische Stempelteil 42 drückt beim Eindringen in die Zentrieröffnung 2 deren abgerundete Ränder 22 nach außen und erweitert die öffnung, wobei sich die Dicke der Ränder geringfügig verringert. Dieser Zustand ist in Fig.2 gestrichelt dargestellt. Während dieser ersten Verformung hat sich der Teil 14 im unmittelbaren Bereich der Zentrieröffnung 2 an die erweiterte Oberfläche 52 der Hohlmatrize 5 angelegt. Diese Verformung des Teils 14 wird so lange fortgesetzt, bis der zylindrische Stempelteil 43 vollständig in die sich ständig erweiternde öffnung eingedrungen ist, wobei sie die Wandstärke des sich bildenden Rohrschusses 15 weiter verringert. Um während des Aufformvorganges Risse insbesondere im unmittelbaren Bereich der Zentrieröffnung 2 zu vermeiden, sind deren Ränder 22 im Bereich ihrer Innenfläche 21 abgerundet.

Der in F i g. 3 dargestellte Teil eines Druckbehälters besteht aus zwei halbzylindrischen, in zwei Längsnähter. 18 zusammengeschweißten Segmenten 17, in denen vor ihrem Zusammenschweißen die Anschlußstutzen 15 nach dem oben erläuterten Vorgehen hergestellt worden sind. Die Anschlußstutzen können jedoch auch in die Wände von einzelnen Rohrschüssen eingeformt werden. Hierzu wird eine Presse verwendet, deren Stempel an der Unterseite eines C-förmigen Rahmens befestigt ist. Dieser außerordentlich starre Rahmen ist so ausgebildet, daß der obere Teil des Rohrschusses mit ausreichendem Spiel in dem freien Rahmen-Innenraum aufgenommen ist. Mittels einer schwenkbaren Stütze am freien Ende des C-Rahmens wird dieser während des eigentlichen Formvorganges versteift. Mittels einer derartigen Pressenausführung können Anschlußstiitzen auch in Rohrschüsse für Hochdruckbehälter mit Wandstärken von mehr als 200 mm hergestellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen eines Anschlußstutzens in einer dicken Stahlwand für einen Druckbehälter mit einer Zentrieröffnung in der Stahlwand, mit einem Stempel, dessen Außendurchmesser sich stetig vergrößert und der eine an die Zentrieröffnung angepaßte zylindrische Zentrierspitze aufweist, sowie mit einer hohlzylindrischen Matrize, deren Außenkante abgerundet ist, wobei in der Anfangsphase der Verformung die öffnung ohne Führung der Stahlwand an der Matrize erweitert wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mehr als 200 mm dicken Behälterwand (1) mit gleichbleibender Dicke bis zur Zentrieröffnung (2) hin diese innerhalb der Zentrieröffnung beidseitig abgerundete Kanten aufweist, daß der Stempel (4) sich bis auf einen den Innendurchmesser des Anschiußstutzens (15) übersteigenden Durchmesser vergrößert und daß die Matrize (5) mit einer über die Abrundungen (52) hinausgehenden, bis zu ihrem Innendurchmesser reichenden stetigen Verjüngung ausgebildet ist, in die der Wandbereich um die Zentrieröffnung herum bis zur Anlage hineingedrückt wird.