CN111185722B - 一种非对称带流道平板u形弯曲成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于成形方法，具体涉及一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法。种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，包括下述步骤：(1)多孔直板流道填充；(2)多次弯曲成形；(3)弯曲后热处理；(4)外形机械加工。本发明的显著效果是：采用本弯曲工艺方案，能够减少弯曲流道变形、降低弯曲开裂失效概率，控制外壁厚度，保证工件材料性能。

Description

一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法

技术领域

本发明属于成形方法，具体涉及一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法。

背景技术

核聚变是一种用之不竭的、清洁的、安全的新能源而备受关注。产氚包层是聚变反应堆中实现等离子体包容、氚增值和能量提取的关键核心部件。包层结构中，第一壁是包层外侧直接面对等离子体的部件，在离子体，在高温、高压，辐照等苛刻的工况服役，其形状、材料质量、成型精度等直接决定着包层的功能和安全性能。

第一壁内部包含多个冷却流道，整体外部形状为U形(附图1)。为保证其外壁换热和内壁承压性能，其外壁厚度一般控制在3～4mm，内壁厚度在11～13mm，中间流道尺寸约为12×13mm，总厚度约为30mm，整体为流道偏外壁的U形结构，U形内R角直径约为20mm。同时，为保证外壁的质量稳定性，要求U形外部前端面不允许有焊缝。现今，第一壁的一种可行的制造路线为非对称的平板加工后弯曲成形。弯曲成型工艺直接决定第一壁外形尺寸、流道尺寸，是关键的工序。但由于第一壁的厚度大、弯曲半径小，造成弯曲整体变形量大，容易产生弯曲开裂，产品报废；而且内部含流道，且流道靠弯曲外侧，厚度方向为非对称结构，造成弯曲过程中流道外壁塌陷，流道变形大、外壁减薄严重，流道和外壁尺寸难以保证等问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法。

发明内容：一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，包括下述步骤：

(1)多孔直板流道填充；

(2)多次弯曲成形；

(3)弯曲后热处理；

(4)外形机械加工。

如上所述的一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其中，所述(1)中，流道填充材料强度于弯曲材料强度。

如上所述的一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其中，所述(1)中，流道厚度方向间隙小于流道尺寸公差的一半。

如上所述的一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其中，所述(2)中，弯曲变形预热温度250℃～400℃，保温大于1h。

如上所述的一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其中，所述(2)中，所述的多次弯曲成型为四次弯曲，1和2次弯曲R角控制在100～135°；3和4次弯曲角度控制在88～90°。

如上所述的一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其中，所述(2)中，2次和3次弯曲中间进行一次真空退火热处理，热处理温度控制在700℃～800℃之间，保温时间大于1h。

如上所述的一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其中，所述(2)中，所有弯曲过程中，工件温度大于250℃。

如上所述的一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其中，所述(3)中，弯曲后热处理包含两个热处理工序，第一个工序为在定型工装的保护下进行真空热处理，加热温度700℃～750℃之间，保温时间大于2h，炉冷到200℃下出炉，拆除定型工装,加热过程中，控制加热速度小于60℃/h，第二道工序为真空热处理，加热温度960～1000℃，保温1～2h，炉内强制冷却，2h以内冷却到300℃以下，冷却到200℃以下出炉；随后进行730℃～750℃保温大于2h的真空回火热处理，随炉冷却到200℃下出炉。

如上所述的一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其中，所述(4)中，外形机械加工为去除加工余量。

本发明的显著效果是：采用本弯曲工艺方案，能够减少弯曲流道变形、降低弯曲开裂失效概率，控制外壁厚度，保证工件材料性能。

附图说明

图1是一种非对称带流道平板U形弯曲的结构示意图。

具体实施方式

一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，包括下述步骤：

(1)多孔直板流道填充；

(2)多次弯曲成形；

(3)弯曲后热处理；

(4)外形机械加工。

所述(1)中，流道填充材料强度需要低于弯曲材料强度，以保证填充材料能够有一定的变形能力，降低弯曲外壁变形量。

所述(1)中，流道宽度方向填充间隙越小越好，厚度方向间隙应小于流道尺寸公差的一半，以控制弯曲后流道形状和尺寸精度。

所述(2)中，弯曲变形预热温度250℃～400℃，保温大于1h，一方面加强材料变形能力，另一方面，温度太高会造成弯曲时温度不均匀增大，造成变形不均匀，同时也会造成氧化加剧。

所述(2)中，多次弯曲成型共包含四次弯曲，1和2次弯曲R角控制在100～135°；3和4次弯曲角度控制在88～90°，以保证弯曲回弹后的尺寸。防止开裂

所述(2)中，2次和3次弯曲中间需要进行一次真空退火热处理，热处理温度控制在700℃～800℃之间，保温时间大于1h，消除弯曲应力和材料强化，恢复材料变形能力。恢复材料韧性

所述(2)中，所有弯曲过程中，工件温度应大于250℃，以保证材料的塑性变形能力，降低开裂风险。

所述(3)中，弯曲后热处理包含两个热处理工序。第一个工序为在定型工装的保护下进行真空热处理，加热温度700℃～750℃之间，保温时间大于2h，炉冷到200℃下出炉，拆除定型工装，防止工件加热氧化，消除弯曲应力，稳定工件尺寸。加热过程中，控制加热速度小于60℃/h，以防止加热不均匀变形。第二道工序为真空热处理，加热温度960～1000℃，保温1～2h，炉内强制冷却，2h以内冷却到300℃以下，冷却到200℃以下出炉；随后进行730℃～750℃保温大于2h的真空回火热处理，随炉冷却到200℃下出炉。稳定尺寸

所述(4)中，外形机械加工为去除加工余量，保证外形尺寸和表面粗糙度。

下面给出一个具体的例子。

1.在第一壁直板流道中塞入填充材料，填充的厚度方向的总间隙控制在0.2mm，宽度方向间隙控制在0.1mm。

2.将填充好的板坯平放入加热炉中，缓慢加热到260～300℃，保温1h。

3.将板坯放入弯曲模具，首先弯曲一个R角到115`120°，然后弯曲另一侧R角到115～120°。弯曲过程中，温度保持在250℃温度以上。

4.把板坯放入真空热处理炉中，缓慢加热到700～720°，保温时间80～100min，炉冷到200℃以下出炉。

5.将板坯放入加热炉中，缓慢加热到290～310℃，保温1h。

6.分别进行第3次和4次弯曲，弯曲完R角控制在89°。

7.拆卸弯曲模具，取出工件，空冷到室温。

8.装配热处理定形工装，将R角定位到90°。

9.带工装一起放入真空热处理炉中进行700℃～750℃之间，保温时于2h，炉冷到200℃下出炉的稳定化退火热处理。

10.拆除定形工装。

11.在真空热处理炉中进行960～1000℃，保温1～2h，炉内强制冷却，2h以内冷却到300℃以下，随后冷却到200℃以下出炉；

12.随后进行730℃～750℃保温大于2h的真空回火热处理，随炉冷却到200℃下出炉。

13.采用线切割、铣加工等手段去除加工余量，保证外形尺寸和表面粗糙度。

采用本发明的弯曲成形工艺，成功制备一批聚变堆包层第一壁部件，弯曲过程未发生弯曲开裂报废，成功控制了弯曲流道变形、外壁尺寸和工件形位公差，工件形状和尺寸满足使用要求。

Claims (8)

1.一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)多孔直板流道填充；

(2)多次弯曲成型 ；

(3)弯曲后热处理；

(4)外形机械加工；

所述(3)中，弯曲后热处理包含两个热处理工序，第一个工序为在定型工装的保护下进行真空热处理，加热温度700℃～750℃之间，保温时间大于2h，炉冷到200℃下出炉，拆除定型工装,加热过程中，控制加热速度小于60℃/h，第二道工序为真空热处理，加热温度960～1000℃，保温1～2h，炉内强制冷却，2h以内冷却到300℃以下，冷却到200℃以下出炉；随后进行730℃～750℃保温大于2h的真空回火热处理，随炉冷却到200℃下出炉。

2.如权利要求1所述的一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其特征在于：所述(1)中，流道填充材料强度低于弯曲材料强度。

3.如权利要求2所述的一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其特征在于：所述(1)中，流道厚度方向间隙小于流道尺寸公差的一半。

4.如权利要求1所述的一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其特征在于：所述(2)中，弯曲变形预热温度250℃～400℃，保温大于1h。

5.如权利要求4所述的一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其特征在于：所述(2)中，所述的多次弯曲成型 为四次弯曲，1和2次弯曲R角控制在100～135°；3和4次弯曲角度控制在88～90°。

6.如权利要求5所述的一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其特征在于：所述(2)中，2次和3次弯曲中间进行一次真空退火热处理，热处理温度控制在700℃～800℃之间，保温时间大于1h。

7.如权利要求4所述的一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其特征在于：所述(2)中，所有弯曲过程中，工件温度大于250℃。

8.如权利要求1所述的一种非对称带流道平板U形弯曲成形方法，其特征在于：所述(4)中，外形机械加工为去除加工余量。

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