CN108247283B - 一种超长超细异形多流道冷却板的加工制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及国际热核聚变实验堆设计技术，具体公开了一种超长超细异形多流道冷却板的加工制造方法。冷却板加工原料准备之后利用电火花打孔，之后切割异形孔道，将矩形长条进行焊接加工，将加工好盲孔的各个原材料板固定，焊接成一个整体板，再次电火花打孔，将钼丝穿过上述通孔，以小孔中心为正中心，将小孔切成流道长宽为2.5mm和4.5mm的方孔。该加工工艺中所采用的焊接方法和无损检测简单，易操作，有效的保证了超长超细异形多流道冷却板的加工质量，提高了加工成功率。

Description

一种超长超细异形多流道冷却板的加工制造方法

技术领域

本发明涉及国际热核聚变实验堆设计技术，具体涉及一种超长超细异形多流道冷却板的加工制造方法。

背景技术

氚增殖包层模块(TBM)是国际热核聚变实验堆(ITER)上的关键部件，是ITER参与各国享有自主知识产权的实验模块。其主要目标是验证产氚能力和载热能力，为未来聚变电站核岛的设计提供重要的技术支持。目前，欧盟、印度、韩国、日本等国都在积极进行各自氚增殖包层模块的研制，中国进行技术筛选后，决定开展中国固态增殖包层模块(HCCBTBM)的研制。

在氚增殖包层中，冷却板是氚增殖包层模块中的一个关键部件，其目的用于带走包层功能材料产生的大量核热。为达到冷却目的，各国设计的冷却板流道均非常狭窄，而且很密集。以中国固态增殖剂包层为例，其冷却板流道长宽分别为2.5mm和4.5mm，流道之间的距离仅为1.85mm，整个冷却板长度长为710mm。同时，由于冷却板是承压部件，冷却板流道内充有8MPa高压氦气冷却剂，冷却板内外侧压差达到8MPa。由于冷却板流道细小，同时又是高压承压部件，因而其加工技术要求非常严苛。

目前，国内外对多流道冷却板，尤其是超细异形多流道冷却板的加工主要有两种：一种是采用焊接加工成型，包括扩散焊(DWP)、激光(LB)和电子束焊(EB)技术，之后对该焊接成型的部件进行无损检测，保证冷却板作为承压部件的要求。目前，国内外已经开展了很多方案的真空扩散焊、激光和电子束加工试验，通过该方法加工成型的冷却板焊缝数量众多，工序繁杂，其精度和质量稳定性差。此外，需要对所有焊缝以及热影响区进行无损检测，以保证冷却板满足承压部件的要求。由于焊接焊缝数量众多，冷却板流道间距和流道尺寸细小，使得无损检测异常困难，当前尚无针对此类似结构的无损检测方案。另一种是采用机加工成型的方法，具体做法是采用电火花打孔或者深孔转等打孔技术进行打孔，之后采用线切割技术将其加工成型。该方法有效的避免了对冷却板进行无损检测的难题，然而目前成熟的打孔工艺能够达到的有效打孔深度为500mm，无法加工出所需的710mm长的冷却板。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超长超细异形多流道冷却板的加工制造方法，其能够保证超长超细异形多流道冷却板的加工质量，提高加工成功率。

本发明的技术方案如下：

一种超长超细异形多流道冷却板的加工制造方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、冷却板加工原料准备

将原材料板沿流道方向均匀分割成N个；

步骤二、电火花打孔

将分割好的各个原材料板分别固定；

利用电火花打孔，沿流道排列方向分别对各个原材料依次打孔，打孔位置为冷却板厚度上的中心位置，孔间距为6.35±0.02mm；

步骤三、切割异形孔道

利用钼丝将小孔切成流道方孔，小孔的中心即为方孔的中心，所述的方孔长宽分别为2.5±0.02mm和4.5±0.02mm；

步骤四、矩形长条焊接加工

在所述的流道方孔中焊接矩形长条，矩形长条的尺寸为与方孔尺寸相同，矩形长条的高度为50～100mm，材质与原材料板相同；

将各个原材料板的矩形长条的一端余料切除；

步骤五、对焊及无损检测

将加工好盲孔的各个原材料板固定，是其厚度和宽度方向误差不超过正负0.05mm，将其全部焊接成一个整体板；

步骤六、再次电火花打孔

将盲孔位置利用电火花打成通孔；

步骤七、

将钼丝穿过上述通孔，以小孔中心为正中心，将小孔切成流道长宽为2.5mm和4.5mm的方孔。

在上述的一种超长超细异形多流道冷却板的加工制造方法中：所述的步骤四中的矩形长条粗糙度为0～2μm。

在上述的一种超长超细异形多流道冷却板的加工制造方法中：所述步骤五中，对整体板的对焊处进行超声检测；

在上述的一种超长超细异形多流道冷却板的加工制造方法中：所述的钼丝直径为0.18mm。

在上述的一种超长超细异形多流道冷却板的加工制造方法中：当N为3时，先将其中两段按照权利要求1所述步骤加工，待其成为一个整体后，在与第三块一起按照权利要求1所述步骤加工，以此类推。

本发明的显著效果在于：首先将冷却板分割成多段，每段采用机加工的方法加工成型；之后，将每段一端加工成盲孔，在盲孔处进行对焊，然后对对焊处进行无损检测。最后，通过机加工的方法打通盲孔焊接处。采用重复类似的方法即可加工成所需长度的冷却板。这种方法将大量减少了焊缝数量，保证冷却板加工质量。仅盲孔对焊处需要进行无损检测，所需无损检测简便、易行，有效避免了焊接加工所面临的无损检测困难，同时解决了机加工所面临的打孔深度不够等问题。此外，该加工工艺中所采用的焊接方法和无损检测简单，易操作，有效的保证了超长超细异形多流道冷却板的加工质量，提高了加工成功率。

附图说明

图1为冷却板原材料准备示意图；

图2为电火花打孔示意图；

图3为切割方形流道示意图；

图4为盲孔焊接加工示意图；

图5为对焊及无损检测示意图；

图6为再次电火花打孔示意图；

图7为切割矩形流道示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

步骤一、冷却板加工原料准备

步骤1.1：原材料长宽厚分别为800mm、80mm和7mm，原材料要求平面度为0.1mm，流道方向为原材料长度方向；

步骤1.2：如图1所示，沿流道方向分割成A、B两块，切割后每块沿流道方向长度为400mm；

步骤二、电火花打孔

步骤2.1：将原材料A和B分别固定在夹具上；

步骤2.2：如图2所示，采用数控电火花打孔机沿流道排列方向分别对A和B依序打孔。打孔位置为冷却板厚度上的中心位置，孔间距为6.35mm。电极采用1.0mm铜管；

步骤三：切割方形孔道

步骤3.1：取下步骤二的原材料A和B，并固定于线切割机夹具上；

步骤3.2：如图3所示，分别将0.18mm钼丝穿过A和B的小孔，以小孔为正中心，将小孔切成流道长宽为2.5mm和4.5mm的方孔。依照此方法，依序加工剩余小孔。

步骤四：矩形长条焊接加工

步骤4.1：如图4所示，将长宽分别为2.5mm和4.5mm，高为50mm矩形长条分别塞入A和B的端部，塞入的长条需部分露出孔道。矩形长条要求粗糙度小于2μm。采用电子束焊将矩形长条分别与A和B焊接成整体。矩形长条材质与原材料材质相同，以便于A和B成型后对其进行无损检测。

步骤4.2：将A和B分别固定在机加工夹具上，采用切割机将A和B中焊接矩形长条的一端从外向里5-10mm之间的某处沿着流道垂直方向切开。对切除了余料的A和B的焊接部位进行无损检测，保证无裂缝、气泡等缺陷。

步骤五：对焊及无损检测

步骤5.1：如图5所示，固定A、B在高精度夹具上，保证A、B在厚度和宽度方向误差不超过0.05mm。通过对焊方式将两块冷却板焊接成一个整体C。对C的对焊处进行超声检测。无损检测后，对焊接表面进行加工，保证板材平面度。

步骤六：再次电火花打孔

将C固定于电火花打孔机夹具上；在流道中心孔位置，使用1.0mm电极将流道盲孔打成通孔。依次将其余盲孔打成通孔。

步骤七：切割矩形流道

将0.18mm钼丝穿过小孔，以小孔中心为正中心，将小孔切成流道长宽为2.5mm和4.5mm的方孔，其误差不得超过0.05mm。

Claims (4)

1.一种超长超细异形多流道冷却板的加工制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、冷却板加工原料准备

将原材料板沿流道方向均匀分割成N个，N＝3；

步骤二、电火花打孔

将分割好的各个原材料板分别固定；

利用电火花打孔，沿流道排列方向分别对各个原材料依次打孔，打孔位置为冷却板厚度上的中心位置，孔间距为6.35±0.02mm；

步骤三、切割异形孔道

利用钼丝将小孔切成流道方孔，小孔的中心即为方孔的中心，所述的方孔长宽分别为2.5±0.02mm和4.5±0.02mm；

步骤四、矩形长条焊接加工

在所述的流道方孔中焊接矩形长条，矩形长条的尺寸为与方孔尺寸相同，矩形长条的高度为50～100mm，材质与原材料板相同；

将各个原材料板的矩形长条的一端余料切除；

步骤五、对焊及无损检测

将加工好盲孔的各个原材料板固定，使其厚度和宽度方向误差不超过正负0.05mm，将其全部焊接成一个整体板；

步骤六、再次电火花打孔

将盲孔位置利用电火花打成通孔；

步骤七、切割矩形流道

将钼丝穿过上述通孔，以小孔中心为正中心，将小孔切成流道长宽为2.5mm和4.5mm的方孔。

2.如权利要求1所述的一种超长超细异形多流道冷却板的加工制造方法，其特征在于：所述的步骤四中的矩形长条粗糙度为0～2μm。

3.如权利要求1所述的一种超长超细异形多流道冷却板的加工制造方法，其特征在于：所述步骤五中，对整体板的对焊处进行超声检测。

4.如权利要求1所述的一种超长超细异形多流道冷却板的加工制造方法，其特征在于：所述的钼丝直径为0.18mm。

Images