[发明专利]一种大型双层薄壁D型截面真空室扇形段成环工艺方法

摘要

本发明属于磁约束受控热核聚变真空设备制造领域，具体涉及一种大型双层薄壁D型截面真空室扇形段成环工艺方法。具体而言，本发明通过D型段焊接内支撑工装，解决了内壳组对固定、检测和各段拼焊背面氩气保护问题，保证了20个扇形段尺寸一致性；利用激光投线仪和槽钢划线样板保证各条槽钢分布线位置的准确；采用机械消除应力方法降低了内壳与槽钢焊接应力，控制了内壳变形；通过对称跳焊塞焊外壳与槽钢，后拼焊外壳各瓣，控制了外壳塞焊变形和塞焊时外壳窜动错位；通过制作外壳检测工装，控制了塞焊过程外壳变形，检测外壳整体型面尺寸；通过振动时效，平衡了应力分布，稳定了型面尺寸。

主权项

1.一种大型双层薄壁D型截面真空室扇形段成环工艺方法，20个扇形段依次相连组成真空环，每个扇形段的横截面为D型、两个侧面之间的圆心角为18°；每个扇形段均为空间双层双曲面薄壁结构，由内壳、槽钢和外壳焊接而成，包括①直段、②上下对称的两个半径为375mm，圆心角为78.7°的R375段、③上下对称的两个半径为895mm，圆心角为55.56°的R895段、④半径为1910mm，圆心角为70.68°的R1910段四部分；其中直段的上端和下端分别与上下两个R375段相切，上下两个R375段的另一端分别与上下R895段相内切，上下两个R895段的另一端分别与R1910段的上端和下端相内切；其特征在于，包括以下步骤：1)设计并制作内支撑工装内支撑工装由上部组件、中部组件和下部组件组成，各部件之间通过连接板和螺栓连接一体；上部组件由三块厚度为20mm的环板一组成，每块环板一依次包括①上直线段、②半径为375mm，圆心角为78.7°的R375上段、③半径为895mm，圆心角为55.56°的R895上段、④半径为1910mm，圆心角为7°的R1910上段四部分；其中上直线段与R375上段在连接处相切，R895上段与R375上段在连接处相内切，R895上段与R1910上段在连接处相内切；相邻的两块环板一之间的圆心角为9°；在上直线段下部和R1910上段下部之间设置上加强板；三块环板一通过筋板组焊一体；在每块环板一的上直线段与R375上段相切位置和R895上段与R1910上段相内切位置处设置缺口作为焊接时的氩气保护槽，在缺口处设置螺栓连接的带缺口的支撑板；中部组件由三块厚度为20mm的中直线段和三块厚度为20mm的环板二组成，每块环板二是半径为1910mm，圆心角为56.68°的R1910中段；相邻的两块环板二之间的圆心角为9°；三块环板二通过筋板组焊一体；下部组件由三块厚度为20mm的环板三组成，每块环板三依次包括①下直线段、②半径为375mm，圆心角为78.7°的R375下段、③半径为895mm，圆心角为55.56°的R895下段、④半径为1910mm，圆心角为7°的R1910下段四部分；其中下直线段与R375下段在连接处相切，R895下段与R375下段在连接处相内切，R895下段与R1910下段在连接处相内切；相邻的两块环板三之间的圆心角为9°；在下直线段上部和R1910下段上部之间设置下加强板；三块环板三通过筋板组焊一体；在每块环板三的下直线段与R375下段相切位置和R895下段与R1910下段相内切位置处设置缺口作为产品各段焊接时的氩气保护槽，在缺口处设置螺栓连接的带缺口的支撑板；上部组件、中部组件和下部组件中的各段相互对接组成三个两两间隔圆心角为9°的平面，在连接处通过连接螺栓连接一体；其中，上部组件中每块环板一的上直线段与中部组件中对应的中直线段和下部组件中的下直线段连接成一个长度为2200mm的直线段整体；中部组件中每块环板二的R1910中段分别在连接处与上部组件中对应的R1910上段与和下部组件中对应的R1910下段相内切，共同连接成一个圆心角为70.68°，半径为1910mm的弧段整体；2)固定产品与工装2.1)将产品的R1910段放在内支撑工装上划线配切两端的压型余量，用压板将R1910段与内支撑工装固定；2.2)将产品的R895段、R375段与内支撑工装组对，划线配切R895段和R1910段相切的一端的压型余量；2.3)翻转内支撑工装，划线配切R375段和直段相切的一端的压型余量；2.4)配切直段长度；2.5)焊接内壳各段，拼接位置对应内支撑工装上的氩气保护槽位置；3)标记内壳中线3.1)将产品的R1910段朝上放置，用激光投线仪调节控制内支撑工装上部组件、中部组件和下部组件中的各段相互对接组成的三块D型环板中中间的一块垂直于水平面；3.2)用记号笔按激光投线仪的激光线划出产品内壳中线，作为划其余槽钢分布线的基准；4)标记槽钢焊接位置按照产品的槽钢分布情况，以内壳中线为基准，采用激光投线仪定位，在内壳上划出槽钢焊接位置；5)焊接槽钢与内壳5.1)对称跳焊槽钢与内壳，在内壳的背部通入流动冷水以防止内壳背面的氧化和控制热输入；5.2)焊接后采用机械方式消除内壳与槽钢之间的焊缝应力；6)焊接外壳6.1)组对外壳，组对过程控制外壳塞焊孔与槽钢对中；6.2)对产品外壳各段在拼接位置进行点焊，拼接位置对应内支撑工装上的氩气保护槽位置；6.3)对称跳焊槽钢与外壳，防止外壳拼焊时塞焊孔与槽钢窜动错位；6.4)用胶带封堵产品上开设的窗口与产品的两侧边，通入氩气置换夹层空气；6.5)组焊外壳各拼缝位置。