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重型金属3D打印重大突破!中国首个ACP100反应堆压力容器增材制造试件通过技术鉴定

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发表于 2018-10-30 10:20:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
                                                                                                   
核电主设备制造一直被誉为制造业皇冠上的明珠,是核电建设的最大难关之一,代表着工业装备制造业的最高水平。一项将带来工业变革的新型制造方式正在向这一难关发起挑战。日前,中国首个ACP100反应堆压力容器增材制造试件顺利通过技术鉴定,项目组自主研发的大型电熔增材制造设备能打印最大直径5.6米,长度9米,重达300吨的厚壁重型金属构件,是重大型设备制造技术的一次重大突破。


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2015年10月中国核动力研究设计院与南方增材科技有限公司,联合发起ACP100反应堆压力容器增材制造项目,开启了核电重型主设备增材制造研发的序幕。

核动力院是中国唯一集核反应堆工程研究、设计、试验、运行和小批量生产为一体的大型综合性科研基地,核动力院积极致力于核电研发,培育了具有自主知识产权的国产化核电站品牌CP600/CP1000/CPR1000,承担着新一代压水堆核电站ACP100/ACP600/ACP1000及CF系列燃料元件研究开发、超临界水冷堆技术预先研究等科研项目。南方增材是拥有国际一流金属增材制造研发团队的企业,拥有国内唯一的NFZC-WS001型3D打印设备,力争抢占大型金属构件自动化智能化制造产业的制高点。

自项目启动以来,双方一直以高昂的热情积极推进各项工作,在历经四轮材料试验,两轮工艺试验后,南方增材突破了材料成分控制、工艺参数特性调整及控制对成型性能和结构的影响,顺利打印出了ACP100压力容器增材制造试件。这一试件的成功打印,浸润着核动力院专家们辛勤的汗水和杰出的智慧。专家们凭借其在核设施材料方面的丰富经验,对材料成分,性能和成型结构方式给出了精准的技术要求,并对初期材料试验过程中力学性能强度过高等问题提出了宝贵的指导意见,为有效避免核辐照后材料出现脆化等问题提供了强有力的保障,使ACP100压力容器增材制造试件得以顺利完成!


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12月3日,在国家能源局的支持下,核动力院和南方增材联合举办ACP100反应堆压力容器增材制造试件-科研成果鉴定会,对试件进行了技术鉴定。本次技术鉴定审查组阵容豪华,包括:国家能源局中国核电发展中心副主任荣建;中国核动力研究设计院副院长、研究员级高级工程师彭诗念,ACP100项目总设计师、研究员级高级工程师宋丹戎,国核工程有限公司技术顾问曹定;哈尔滨工业大学博士生导师李成伟教授;北京钢铁研究总院特钢所副所长、教授级高工刘正东等13位专家。


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经认真审查,专家审查组一致认为:
1、技术资料齐全,规范,符合科技成果鉴定要求;
2、材料研发的技术要求准确、合理,采用电熔增材制造技术制造的EAM 16MND5样件的化学成分和各项常规力学性能满足技术要求,样件组织均匀,力学性能没有厚度效应,各向异性较小,综合力学性能优良,具有较大的韧性裕量。
3、自主研发、设计和建造了国内外最大型电熔增材制造设备(能打印最大直径5.6米,长度9米,重达300吨的厚壁重型金属构件),是重大型设备制造技术的一次重大突破,也是传统制造业的一次变革,材料利用率高、生产周期大幅缩短,国际领先,可实现包括反应堆压力容器在内的核电大型金属构件的智能制造。
专家组一致同意该阶段性成果通过鉴定。


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核电站反应堆压力容器、蒸发反应器、锻造主管道等主设备,技术要求高、生产难度大,一直以来,采用传统工艺,生产周期长、投入大、产品一次合格率较低。  如今,自主研发的重型金属电熔增材制造技术(3D打印),作为一项智能化自动化制造工艺,实现了信息技术、自动化技术和大型金属装备制造技术的深度融合与集成。通过输入产品的外形参数,即可在计算机软件中完成三维模型分解,并在计算机的控制下全自动化进行金属材料逐层叠加,最终完成产品。该技术可精确地实现结构复杂的大型金属构件一体成型,可谓所想即可得,代表了未来先进制造技术发展的必然趋势。重型金属3D打印作为一项变革性的重型金属构件制造技术,为核电装备的高质量、高效率、低成本制造开辟了一条新的道路。

本次试件顺利通过技术鉴定,标志着增材制造核电压力容器最艰难的材料基础研发和工艺研发的突破。增材制造无需万吨级重型锻压设备分段制造,其后续焊接成型的压力容器可实现整体成型,产品性能可达到甚至部分优于锻件。试件的成功研制,给核动力院和南方增材的全体科研人员以巨大的鼓舞和动力,核动力院和南方增材将再接再厉,早日实现重型金属增材制造技术在核电领域的产业化应用,为我国的核电装备全面国产化和工业制造业做出更大的贡献。


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