中國有色金屬學(xué)報：脹形間隙對核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形的影響
2022-05-07【作 者】朱智;張立文;崔巖;張馳;李瑞琴
【前 言】
轉(zhuǎn)子屏蔽套是AP 1000核主泵的關(guān)鍵部件之一，將其套裝在轉(zhuǎn)子外而，可以防}卜轉(zhuǎn)子與泵內(nèi)的冷卻劑接觸，避免轉(zhuǎn)子受到冷卻劑的侵蝕，轉(zhuǎn)子屏蔽套的制造和裝配精度及質(zhì)量將直接影響核主泵的正常運轉(zhuǎn)[1]。AP1000核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套具有超薄大徑厚比，其制造和裝配難度非常大。核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套采用Hastelloy C-276合金薄板經(jīng)過剪切和焊接工藝制造而成，在裝配前，AP 1000轉(zhuǎn)子屏蔽套的直徑公差為士0.076 mm，對制造工藝的精度要求非常高[1]。焊接后，轉(zhuǎn)子屏蔽套的表而特別是焊縫區(qū)附近會產(chǎn)生凹凸不平的褶皺，即使采用精密剪切和精密焊接，也難以滿足精密裝配前對轉(zhuǎn)子屏蔽套的高精度要求，而且轉(zhuǎn)子屏蔽套的內(nèi)部產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，嚴重影響后續(xù)熱套裝工藝的精度和質(zhì)量。
針對剪裁、焊接后轉(zhuǎn)子屏蔽套的精度很難達到套裝前高精度的難點，提出了采用精密真空蠕變熱脹形技術(shù)對焊接后的轉(zhuǎn)子屏蔽套進行誤差治理。該技術(shù)利用模具和轉(zhuǎn)子屏蔽套間的熱膨脹系數(shù)差異，在加熱及保溫過程中，依靠模具的熱膨脹力使轉(zhuǎn)子屏蔽套發(fā)生永久的塑性及蠕變變形，轉(zhuǎn)子屏蔽套內(nèi)表而與高精度模具外表而緊密貼合，冷卻后轉(zhuǎn)子屏蔽套的尺寸能夠達到裝配前的高精度要求。由于高溫蠕變使轉(zhuǎn)子屏蔽套內(nèi)部的應(yīng)力得到松弛，在脹形后，轉(zhuǎn)子屏蔽套內(nèi)部的殘余應(yīng)力也可以得到消除[2-3]。
真空熱脹形的本質(zhì)是蠕變成形，目前，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)針對鋁合金和欽合金零件的蠕變成形做了大量的研究，并且將其成功應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，然而，對轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形的研究卻很少。
在實際轉(zhuǎn)子屏蔽套的焊接過程中，由于焊縫附近各處膨脹和收縮不均勻，使得焊接后轉(zhuǎn)子屏蔽套沿軸向各處的內(nèi)徑不同，從而導(dǎo)致了真空熱脹形時轉(zhuǎn)子屏蔽套各處的脹形間隙不同，研究脹形間隙對轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形的影響有助于深刻理解采用真空熱脹形技術(shù)對焊接后的轉(zhuǎn)子屏蔽套進行誤差治理的過程，而且為真空熱脹形工藝參數(shù)的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
本文作者利用有限元軟件MSC.Marc對核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套的真空熱脹形過程進行有限元模擬，計算并分析真空熱脹形過程中轉(zhuǎn)子屏蔽套和模具的徑向位移變化，預(yù)測轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形的脹形量和脹形后的內(nèi)徑，研究轉(zhuǎn)子屏蔽套和模具之間不同的脹形間隙尺寸對轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形的影響規(guī)律，開展真空熱脹形工藝實驗驗證模擬結(jié)果的準確性。
【摘 要】利用非線性有限元軟件MSC.Marc建立轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形過程的二維軸對稱熱力耦合有限元模型,計算并分析真空熱脹形過程中轉(zhuǎn)子屏蔽套和模具的徑向位移變化,預(yù)測轉(zhuǎn)子屏蔽套的脹形量和脹形后內(nèi)徑。此外,基于建立的有限元模型研究脹形間隙對轉(zhuǎn)子屏蔽套脹形量和脹形后內(nèi)徑的影響。結(jié)果表明:對于確定的工藝,在其脹形能力范圍內(nèi),隨著脹形間隙的增大,轉(zhuǎn)子屏蔽套的脹形量線性減小,且脹形后的內(nèi)徑不隨脹形間隙的變化而變化。開展轉(zhuǎn)子屏蔽套的真空熱脹形實驗,驗證建立的有限元模型。
【結(jié) 論】
1)基于有限元軟件MSC.Mar。建立了轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形過程的二維非線性軸對稱熱力禍合有限元模型，計算并分析了真空熱脹形過程中轉(zhuǎn)子屏蔽套和模具的徑向位移變化，預(yù)測轉(zhuǎn)子屏蔽套的脹形量和脹形后的內(nèi)徑。
2)研究脹形間隙對轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形的影響，結(jié)果表明在脹形能力范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子屏蔽套的脹形量隨脹形間隙的增大線性減小，轉(zhuǎn)子屏蔽套脹形后的內(nèi)徑不隨脹形間隙的變化而變化，說明在脹形能力范圍內(nèi)，真空熱脹形工藝具有較高的穩(wěn)定性。
3)進行轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形工藝實驗，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好，驗證有限元模型的準確性。
以下是正文：
