[发明专利]一种核主泵转子屏蔽套的真空热胀形工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种核主泵转子屏蔽套的真空热胀形工艺，主要用于核主泵转子屏蔽套的矫形，属于核电领域。

背景技术

核主泵是核电站一回路系统中唯一的旋转设备，是核岛的心脏，属于核安全一级设备，是压水堆核电站的关键设备之一。对于第三代非能动型核反应堆来说，其采用的是一种带屏蔽电机的屏蔽泵，泵中的电机是立式、水冷、鼠笼式感应电机，电机转子的外表面套有转子屏蔽套，转子屏蔽套可以防止转子铜条与反应堆冷却剂接触，其加工和装配质量直接影响核主泵的正常运行，是核主泵中的关键部件之一。

转子屏蔽套的材料选用耐腐蚀的非磁性金属Hastelloy C-276合金，其加工工艺分为下料剪切、卷板成形、焊接、矫形和组装几个工序。其中，在完成焊接工艺后，由于转子屏蔽套的成形精度和圆整度很难达到设计要求，此时需要对转子屏蔽套进行矫形，使其满足要求的成形精度和圆整度，为下一步组装工艺做准备。这也是转子屏蔽套的加工和装配过程中非常重要的工序。

胀形是一种特殊的金属成形加工方法，被广泛应用于航空航天、汽车工业等领域。通常工件的胀形是依靠高的内压力和轴向载荷通过模具来控制成形的，属于冷成形范畴。

核主泵转子屏蔽套具有超薄大长径比，且要求的尺寸精度和圆整度高，成形难度非常大，将上述传统的胀形方法用于核主泵转子屏蔽套的矫形存在如下弊端：首先，胀形后工件的回弹较大，成形不稳定；其次，胀形后工件内部存在较大的残余应力，此时需要通过退火来消除工件内部的残余应力，才能使工件满足设计要求；再则，整个过程不但需要专门的成形设备，而且需要专门用于退火的热处理设备，工艺流程复杂，生产成本高，且效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种核主泵转子屏蔽套的真空热胀形工艺，可以实现核主泵转子屏蔽套的矫形，本发明不但可以保证转子屏蔽套的成形精度和圆整度，转子屏蔽套的成形质量稳定，而且简化了生产工艺流程，降低了生产成本，提高了生产效率。

本发明的技术解决方案是：一种核主泵转子屏蔽套的真空热胀形工艺，分为室温装炉、加热、保温和炉冷四个阶段：

所述室温装炉是指在室温下，将转子屏蔽套和模具一同放入真空热处理炉，模具置于填料台上，转子屏蔽套套在模具的外面，并座在模具的凸台上，转子屏蔽套的内径和模具的外径之间留有一定的胀形间隙，且转子屏蔽套、模具和填料台的轴线位于同一条中心线上。

所述加热是指利用真空热处理炉给转子屏蔽套和模具加热，随着温度的升高，转子屏蔽套和模具发生热膨胀，由于模具的线膨胀系数大于转子屏蔽套的线膨胀系数，当加热到某一时刻，转子屏蔽套和模具会完全贴合在一起，即：转子屏蔽套的内径和模具的外径重合，胀形间隙消失，此时，转子屏蔽套和模具将一起膨胀，转子屏蔽套在模具热膨胀力的作用下逐渐发生塑性变形。

所述保温是转子屏蔽套和模具加热到保温温度后保温一段时间，此时，转子屏蔽套与模具不再发生膨胀，根据应力松弛原理，转子屏蔽套内部的应力降低，并逐渐发生蠕变变形。

所述炉冷是指经过充分保温后，转子屏蔽套和模具在真空热处理炉内冷却，转子屏蔽套和模具因温度降低而发生收缩，由于模具的线膨胀系数大于转子屏蔽套的线膨胀系数，在某一时刻，转子屏蔽套与模具分离，当冷却到室温时，转子屏蔽套的塑性变形和蠕变变形便保持下来，从而达到成形的目的。

所述转子屏蔽套的尺寸范围：高度为1000mm-4000mm，内径为200mm-800mm，厚度为0.3mm-1.0mm。

所述模具是一个下端带有凸台的圆筒，采用1Cr18Ni9Ti不锈钢制造。

所述胀形间隙、保温温度、保温时间以及模具的尺寸是核主泵转子屏蔽套的真空热胀形工艺的重要工艺参数，直接影响核主泵转子屏蔽套的最终成形，利用有限元软件MSC.MARC和数值计算软件Fortran建立有限元模型模拟核主泵转子屏蔽套的真空热胀形，并根据实际的尺寸精度和圆整度要求，不断优化工艺方案，最终选择出合理的工艺参数。

本发明所达到的有益效果是：这种核主泵转子屏蔽套的真空热胀形工艺可以完成核主泵转子屏蔽套的矫形。由于整个工艺是在真空热处理炉内进行，具有无氧化、无脱碳、表面光洁度好、变形小、节能和无污染等优点，且核主泵转子屏蔽套是在真空热处理退火的同时进行成形，所以本发明一方面可以保证转子屏蔽套的成形精度和圆整度，而且消除了转子屏蔽套在焊接过程中产生的残余应力，防止转子屏蔽套在成形时产生裂纹，转子屏蔽套的成形质量稳定；另一方面将成形与退火有机融合，简化了生产工艺流程，且不需要制造专门的成形设备，降低了生产成本，提高了生产效率。