CN103537513A - 一种桁条结构筒形件的应力松弛校形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桁条结构筒形件的应力松弛校形方法，属于应力松弛校形法技术领域。本发明采用适用于装配式校形模胎的尺寸计算方法确定装配式校形模胎尺寸，具体来说，故引入胀形修正系数，对支耳部分采用差别计算(称为差别计算法)，应用差别计算法分别计算了装配式校形模胎的整体尺寸和支耳尺寸，有效降低桁条结构筒形件的外径椭圆度，使支耳胀形量与装配式校形模胎胀形量达到一致，避免了因支耳和装配式校形模胎胀形量不一致而导致的花瓣式截面，将桁条式结构钛合金筒形件校形至理想尺寸。

Description

一种桁条结构筒形件的应力松弛校形方法

技术领域

本发明涉及应力松弛校形法技术领域，具体涉及一种桁条结构筒形件的应力松弛校形方法。 

背景技术

桁条结构筒形件由筒形壳体和桁条两部分组成，筒形壳体部分采用两块半圆钛合金板材焊接而成，壁厚2mm，筒形壳体内部均匀焊有8根桁条，桁条宽30mm。椭圆度要求±0.2mm。焊接后，筒形壳体外径及桁条焊接部位发生变形，且存在较大焊接残余应力，与端框对接时，难以满足±0.2mm的焊接阶差要求。采用一体式应力松弛校形模胎难以将桁条部位筒壁校至理想尺寸。需要在一体式校形模胎的基础上装配支耳，对桁条部位筒壁进行局部校形。但由于支耳厚度小，装配式校形模胎胀形量与一体式校形模胎胀形量存在差别，易因支耳胀形量过小造成截面呈花瓣形结构。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

本发明的目的是克服现有应力松弛校形方法无法将桁条内筒壁校形至理想尺寸的缺陷，提供一种桁条结构筒形件的应力松弛校形方法，有效降低桁条结构筒形件的外径椭圆度，消除因胀形不均匀带来的截面花瓣式结构。 

(二)技术方案 

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种桁条结构筒形件的应力松弛校形方法，所述桁条结构筒形件包括筒形壳体和桁条，所述方法包括以下步骤： 

S1、确定装配式校形模胎的尺寸，其中，利用胀形修正系数对所述装配式校形模胎的支耳尺寸采用差别计算法进行计算； 

S2、根据步骤S1的计算结果制备所述装配式校形模胎； 

S3、将符合预设壁厚尺寸要求的板材压成两个半圆，将所述两个半圆焊接成所述筒形壳体，并将桁条焊接到筒形壳体上，在筒形壳体的端面周长符合预设要求，且桁条位置无偏移后，继续执行步骤S4； 

S4、将筒形壳体和装配式校形模胎进行清洗； 

S5、将筒形壳体套入装配式校形模胎，将所述支耳插入桁条中，在室温下放入真空炉； 

S6、在真空度达预设条件后开始升温，升至预设温度后，再保温一段时间； 

S7、在真空条件下随炉冷却，冷至一定温度后出炉，若筒形壳体满足尺寸要求，则与端框进行焊接装配后结束，否则返回步骤S3，直至筒形壳体满足尺寸要求。 

优选地，所述装配式校形膜胎的材料使用ZGlCr18Ni9Ti，经铸造整体成型为圆筒形结构，在8等分位置上加工用于避开桁条的凹槽，装配式校形膜胎的底部装配有可伸至桁条内部的所述支耳，装配式校形膜胎的上部两边焊接两个吊耳，装配式校形膜胎的底部设有底座。 

优选地，步骤S1在确定装配式校形模胎的尺寸的过程中，满足以下条件： 

δ≥ΔD₁-Δd=(D₁×λ₁-d×λ₂)×(T-T₀)／10^-6

δ′≥α(ΔD₂+ΔD₃)-Δd＝[(D₂×λ₂+D₃×λ₃)-d×λ₁]×(T-T₀)／10^-6

其中，δ表示装配式校形模胎整体与筒形壳体间隙； 

δ′表示支耳与筒形壳体间隙； 

α表示所述胀形修正系数； 

D₁表示装配式校形模胎的非桁条部位直径； 

D₂表示桁条部位的装配式校形模胎直径； 

D₃表示支耳厚度； 

d表示圆筒形结构的直径； 

ΔD₁表示装配式校形模胎非桁条部位直径的增大值； 

ΔD₂表示桁条部位的装配式校形模胎直径的增大值； 

ΔD₃表示支耳厚度增大值； 

Δd表示圆筒形结构直径增大值； 

λ₁表示装配式校形模胎线膨胀系数； 

λ₂表示筒形壳体线膨胀系数； 

λ₃表示支耳线膨胀系数； 

T₀表示室温； 

T表示校形温度。 

优选地，所述真空炉的有效加热区的额定温度为1300℃，最大真空度为1×10^-3Pa。 

优选地，所述装配式校形模胎的外径尺寸与焊接件直径、桁条位置、热校形温度有关。 

优选地，所述装配式校形模胎的整体外径为473.8mm±0.1mm， 总高度为150mm，壁厚30mm，所述装配式校形模胎对应8根桁条的位置的所述凹槽有8个，深20mm、宽70mm，每个凹槽底端设有凸台，所述支耳高度为40mm，宽为25mm，厚为10mm，支耳外端面圆弧外径为473.8mm±0.1mm，所述装配式校形模胎整体外径距筒形壳体内壁2.1mm，支耳外径距筒形壳体内壁2.5mm。 

优选地，步骤S4中使用有机溶剂进行所述清洗。 

优选地，所述有机溶剂为丙酮、乙醇或汽油。 

(三)有益效果 

本发明采用适用于装配式校形模胎的尺寸计算方法确定装配式校形模胎尺寸，具体来说，故引入胀形修正系数，对支耳部分采用差别计算(称为差别计算法)，应用差别计算法分别计算了装配式校形模胎的整体尺寸和支耳尺寸，有效降低桁条结构筒形件的外径椭圆度，使支耳胀形量与装配式校形模胎胀形量达到一致，避免了因支耳和装配式校形模胎胀形量不一致而导致的花瓣式截面，将桁条式结构钛合金筒形件校形至理想尺寸。 

附图说明

图1为本发明的方法流程图； 

图2为本发明的方法中使用的膜胎的立体图； 

图3为本发明的方法中使用的膜胎的顶视图； 

图4为本发明的方法中使用的膜胎的侧视图。 

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。 

如图1所示，本发明实施例提供了一种桁条结构筒形件的应力松弛校形方法，该方法需要如图2～图4所示的装配式校形模胎一套， 材料使用ZGlCr18Ni9Ti，经铸造整体成型后，机加成圆筒形结构，在8等分位置上加工凹槽用于避开桁条，模胎底部装配一条支耳，可伸至桁条内部。模胎上部两边焊接两个吊耳，便于校形时吊装，为固定零件，模胎底部加工底座。桁条结构筒形件由筒形壳体和桁条两部分组成，筒形壳体部分采用两块半圆钛合金板材焊接而成，壁厚2mm，筒形壳体内部均匀焊有8根桁条，桁条宽30mm。椭圆度要求±0.2mm。该方法的具体步骤如下： 

步骤S1：确定装配式校形模胎尺寸，因装配式校形模胎胀形量与一体式模胎胀形量存在差别，支耳部位胀形量与装配式校形模胎整体部分存在差别，故引入胀形修正系数，对支耳部分采用差别计算，称为差别计算法(即采用公式(2)进行计算)。在确定装配式校形模胎的尺寸的过程中，满足以下条件： 

δ≥ΔD₁-Δd＝(D₁×λ₁-d×λ₂)×(T-T₀)/10^-6    (1) 

δ′≥α(ΔD₂+ΔD₃)-Δd=[(D₂×λ₂+D₃×λ₃)-d×λ₁]×(T-T₀)/10^-6

                                                       (2) 

式中，δ-装配式校形模胎整体与筒形壳体间隙； 

δ′-支耳与筒形壳体间隙； 

α-胀形修正系数； 

D₁-装配式校形模胎非桁条部位直径； 

D₂-桁条部位的装配式校形模胎直径； 

D₃-支耳厚度； 

d-圆筒直径； 

ΔD₁-装配式校形模胎非桁条部位直径增大值； 

ΔD₂-桁条部位的装配式校形模胎直径增大值； 

ΔD₃-支耳厚度增大值； 

Δd-圆筒直径增大值； 

λ₁-装配式校形模胎线膨胀系数； 

λ₂-筒形壳体线膨胀系数； 

λ₃-支耳线膨胀系数； 

T₀-室温； 

T-校形温度。 

步骤S2：根据步骤S1计算结果制备装配式校形模胎。 

步骤S3：将符合壁厚尺寸要求的钛合金板材热压成两半圆，采用电子束焊接成筒形壳体，并将8根桁条焊接到位，测量端面周长，在不大于1504mm，8根桁条位置均匀，无偏移的情况下，继续执行步骤S4； 

步骤S4：将筒形壳体和装配式校形模胎使用有机溶剂进行清洗，保证零件无油污； 

步骤S5：将筒形壳体套入装配式校形模胎，支耳插入桁条，拧紧螺栓，室温下放入真空炉； 

步骤S6：真空度达1×10^-2Pa后开始升温，升温时间150min，升至800℃保温150min； 

步骤S7：真空条件下随炉冷却，冷至200℃以下出炉，测量筒形壳体，若筒形壳体满足尺寸要求，则与端框进行焊接装配后结束，否 则返回步骤S3，直至筒形壳体满足尺寸要求，再次执行步骤S3～S6，以及步骤S7的冷却步骤时，需要根据实际情况需调整保温温度； 

所述的真空炉的有效加热区φ600×1300，额定温度1300℃，最大真空度1×10^-3Pa。 

所述的装配式校形模胎，外径尺寸与焊接件直径、桁条位置、热校形温度有关，校形模胎整体外径为473.8mm±0.1mm，总高度150mm(其中台阶50mm)，壁厚30mm，模胎对应8根桁条的位置有8个深20mm宽70mm的凹槽，每个凹槽底端加工凸台，支耳高度40mm，宽25mm，厚10mm，支耳外端面圆弧外径为473.8mm±0.1mm。其中装配式校形模胎整体外径距钛合金筒形壳体内壁2.1mm，支耳外径距钛合金筒形壳体内壁2.5mm。 

所述的有机溶剂包括丙酮、乙醇、汽油。 

本发明的上述方法中，因装配式校形模胎胀形量与一体式模胎胀形量存在差别，支耳部位胀形量装配式校形模胎整体部分存在差别，故引入胀形修正系数，对支耳部分采用差别计算，称为差别计算法。应用差别计算法分别计算了装配式校形模胎的整体尺寸和支耳尺寸，使支耳胀形量与装配式校形模胎胀形量达到一致，避免了因支耳和装配式校形模胎胀形量不一致而导致的花瓣式截面，将桁条式结构钛合金筒形件校形至理想尺寸。 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。 

Claims (8)

1.一种桁条结构筒形件的应力松弛校形方法，所述桁条结构筒形件包括筒形壳体和桁条，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、确定装配式校形模胎的尺寸，其中，利用胀形修正系数对所述装配式校形模胎的支耳尺寸采用差别计算法进行计算；

S2、根据步骤S1的计算结果制备所述装配式校形模胎；

S3、将符合预设壁厚尺寸要求的板材压成两个半圆，将所述两个半圆焊接成所述筒形壳体，并将桁条焊接到筒形壳体上，在筒形壳体的端面周长符合预设要求，且桁条位置无偏移后，继续执行步骤S4；

S4、将筒形壳体和装配式校形模胎进行清洗；

S5、将筒形壳体套入装配式校形模胎，将所述支耳插入桁条中，在室温下放入真空炉；

S6、在真空度达预设条件后开始升温，升至预设温度后，再保温一段时间；

S7、在真空条件下随炉冷却，冷至一定温度后出炉，若筒形壳体满足尺寸要求，则与端框进行焊接装配后结束，否则返回步骤S3，直至筒形壳体满足尺寸要求。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装配式校形膜胎的材料使用ZGlCr18Ni9Ti，经铸造整体成型为圆筒形结构，在8等分位置上加工用于避开桁条的凹槽，装配式校形膜胎的底部装配有可伸至桁条内部的所述支耳，装配式校形膜胎的上部两边焊接两个吊耳，装配式校形膜胎的底部设有底座。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S1在确定装配式校形模胎的尺寸的过程中，满足以下条件：

δ≥ΔD₁-Δd=(D₁×λ₁-d×λ₂)×(T-T₀)／10^-6

δ′≥α(ΔD₂+ΔD₃)-Δd=[(D₂×λ₂+D₃×λ₃)-d×λ₁]×(T-T₀)／10^-6

其中，δ表示装配式校形模胎整体与筒形壳体间隙；

δ′表示支耳与筒形壳体间隙；

α表示所述胀形修正系数；

D₁表示装配式校形模胎的非桁条部位直径；

D₂表示桁条部位的装配式校形模胎直径；

D₃表示支耳厚度；

d表示圆筒形结构的直径；

ΔD₁表示装配式校形模胎非桁条部位直径的增大值；

ΔD₂表示桁条部位的装配式校形模胎直径的增大值；

ΔD₃表示支耳厚度增大值；

Δd表示圆筒形结构直径增大值；

λ₁表示装配式校形模胎线膨胀系数；

λ₂表示筒形壳体线膨胀系数；

λ₃表示支耳线膨胀系数；

T₀表示室温；

T表示校形温度。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述真空炉的有效加热区的额定温度为1300℃，最大真空度为1×10^-3Pa。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述装配式校形模胎的外径尺寸与焊接件直径、桁条位置、热校形温度有关。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述装配式校形模胎的整体外径为473.8mm±0.1mm，总高度为150mm，壁厚30mm，所述装配式校形模胎对应8根桁条的位置的所述凹槽有8个，深20mm、宽70mm，每个凹槽底端设有凸台，所述支耳高度为40mm，宽为25mm，厚为10mm，支耳外端面圆弧外径为473.8mm±0.1mm，所述装配式校形模胎整体外径距筒形壳体内壁2.1mm，支耳外径距筒形壳体内壁2.5mm。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中使用有机溶剂进行所述清洗。

8.如权利要求1～7中任一项所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮、乙醇或汽油。

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