CN111673387A - 一种空间核动力装置用薄壁管制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空间核动力装置用薄壁管制造工艺，包括管坯制作工艺流程A、管内孔加工工艺流程B和管外圆加工流程C，所述的管坯制作工艺流程A包括以下步骤车床→磨削芯轴→芯轴检测→热装→车削→磨削→外圆检测→真空稳定→线切割。本发明能够使得空间核动力装置用薄壁管力学性能较好，零件精度达到要求，实现规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢薄壁管制造领域，具体为一种空间核动力装置用薄壁管制造工艺。
背景技术
不锈钢管具有力学性能好、耐腐蚀性强和生产工艺性能良好等特点在电力、化工和核工业等领域得到广泛地应用。在空间核动力装置的最核心最关键组件——堆芯本体上一般采用不锈钢管中的薄壁管，堆芯内部分布的58根发电元件由同心套管组成，而内外套管均由0.3mm厚的薄壁管制成，一般要求同心套管的直线度为0.025mm，且内、外套管的同心偏差要求也较高。
目前，制作空间核动力装置用薄壁管有以下几个难题：1)空间核动力装置用薄壁管为典型的低刚性高精度难加工零件，结构刚性差，装夹难度大，需设计专用工艺装备进行装夹，装夹力易造成零件变形，直线度难以达到0.025mm；2)零件的精度要求高，加工过程中产生的应力及热处理内应力的存在，影响精度的保证；3)零件的力学性能较差，难以保证空间核动力装置的要求；4)零件的整体加工难度大，难以实现规模化生产。
发明的内容
本发明提供了一种空间核动力装置用薄壁管制造工艺，解决了在制造过程中难以装夹、易变形导致直线度难以满足要求、精度无法达到要求、切削性能差和整体加工难度大难以实现规模化生产的技术难题。
为实现上述目的，本发明供了一种空间核动力装置用薄壁管制造工艺，包括管坯制作工艺流程A、管内孔加工工艺流程B和管外圆加工工艺流程C，所述的管坯制作工艺流程A包括以下步骤：
A1)下料：对钢锭进行下料；
A2)锻造：将钢锭锻造成圆钢坯；
A3)酸洗：对圆钢坯表面进行酸洗，去除锈皮；
A4)轧制：对酸洗后的圆钢坯进行轧制；
A5)热处理：对轧制后的圆钢坯进行固溶热处理；
A6)取样：对热处理后的圆钢坯进行取样；
A7)物理性能：检测样品的物理性能；
A8)超声波：对圆钢坯进行超声波探伤；
A9)取样：对圆钢坯进行取样；
A10)金相：对样品进行金相分析，
所述的管内孔加工工艺流程B包括：
B1)下料：利用带锯床进行下料得到圆钢坯毛料；
B2)钻孔：利用深孔钻对圆钢坯毛料进行钻孔；
B3)车削：对钻孔后的圆钢坯毛料进行外圆车削；
B4)珩磨内孔：利用珩磨机对车削后的圆钢坯毛料的内孔进行珩磨，得到圆管坯；
B5)测量内孔：利用气动量仪测量圆管坯的内孔尺寸，
所述的管外圆加工工艺流程C包括以下步骤：
C1)车削：在车床上车削芯轴；
C2)磨削芯轴：对芯轴进行磨削；
C3)芯轴检测：对芯轴进行检测；
C4)热装：芯轴检测合格后套上弹性套，利用热装的方式将套上弹性套的芯轴装在圆管坯内孔中，然后对圆管坯进行装夹；
C5)车削：对圆管坯进行外圆车削；
C6)磨削：对车削后的圆管坯进行磨削；
C7)外圆检测：检测磨削后的圆管坯的外圆尺寸；
C8)真空稳定：对外圆检测后的圆管坯进行真空稳定处理；
C9)线切割：对圆管坯进行线切割，去除芯轴得到薄壁管。
作为优选的技术方案，所述的步骤A2锻造中，在锻造时将电渣锭加热至1200℃，时间为6小时，钢锭的开锻温度≥1200℃，终锻温度≥850℃，保温时间≥90分钟，采用40MN、60MN快锻机。
作为优选的技术方案，所述的步骤A4轧制中，加热温度1050℃，保温时间3h。
作为优选的技术方案，所述的步骤A5热处理中，固溶温度为1050～1150℃；加热保温时间：1.2min/mm左右，冷却方式为水冷。
作为优选的技术方案，所述的步骤C4中的芯轴包括芯轴本体，所述的芯轴本体包括左端部、中间段和右端部，所述的左端部、中间段和右端部均为圆柱体，左端部的直径和右端部的直径相等且小于中间段的直径；所述的左端部设置有左紧固螺母，所述的右端部设置有右紧固螺母，所述的弹性套包括内弹性套和外弹性套，所述的内弹性套同轴套装在芯轴本体上，所述的外弹性套同轴套装在内弹性套上，所述的芯轴本体两端设置有锥形孔。
作为优选的技术方案，所述的管外圆加工工艺流程C后还包括有试验及检测流程D，所述的试验及检测流程D包括以下步骤：
D1)涡流：对薄壁管进行涡流检测；
D2)水压：对薄壁管进行水压检测，测试圆管坯的爆裂压力和耐压时间；
D3)扩口压扁：对薄壁管进行扩口压扁破坏性试验；
D4)气动检测：利用气动量仪测量薄壁管的内孔尺寸。
本发明的有益效果：1)通过优化的管坯制作工艺流程A提升管坯的各项性能，并且进行分析检测，能够使得最后制造的薄壁管的力学性能和加工性能更好，并且通过优选的步骤A2、A4和A5使晶粒度级差在两个以内，控制晶粒度尺寸，提高延伸率；2)通过优化的管内孔加工工艺流程B使得薄壁管内孔的直线度和同心度达到技术要求；3)通过优化的管外圆加工工艺流程C，设置芯轴，提高加工精度，减少装夹变形对薄壁管的影响，使其更易于加工，最终薄壁管壁厚为0.3mm，满足发电元件的同心度和精度要求；4)通过试验及检测流程D检查最终的薄壁管成品的各项性能是否达标，确保出厂成品的各项性能指标最佳及合格率；5)将零件整体工艺模块化，降低了零件的制造难度，能够实现规模化生产。
附图说明
图1为本发明的实施流程图；
图2为本发明优选的实施流程图
图3为本发明的芯轴结构图。
在图1-3中，1.芯轴本体、1-1.左端部、1-2.中间段、1-3.右端部、1-4.锥形孔、2.圆管坯、3.内弹性套、4.外弹性套、5.左紧固螺母、6.右紧固螺母。
具体实施方式
本发明提供了一种空间核动力装置用薄壁管制造工艺，包括管坯制作工艺流程A、管内孔加工工艺流程B和管外圆加工流程C，所述的管坯制作工艺流程A包括以下步骤：
A1)下料：对钢锭进行下料；
A2)锻造：将钢锭锻造成圆钢坯；
A3)酸洗：对圆钢坯表面进行酸洗，去除锈皮；
A4)轧制：对酸洗后的圆钢坯进行轧制；
A5)热处理：对轧制后的圆钢坯进行固溶热处理；
A6)取样：对热处理后的圆钢坯进行取样；
A7)物理性能：检测样品的物理性能；
A8)超声波：对圆钢坯进行超声波探伤；
A9)取样：对圆钢坯进行取样；
A10)金相：对样品进行金相分析；
通过优化的管坯制作工艺流程A提升管坯的各项性能，并且进行分析检测，能够使得最后制造的薄壁管的力学性能和加工性能更好；
所述的管内孔加工工艺流程B包括：
B1)下料：利用带锯床进行下料得到圆钢坯毛料；
B2)钻孔：利用深孔钻对圆钢坯毛料进行钻孔；
B3)车削：对钻孔后的圆钢坯毛料进行外圆车削；
B4)珩磨机珩磨内孔：利用珩磨机对车削后的圆钢坯毛料的内孔进行珩磨，得到圆管坯，珩磨机珩磨内孔使零件的内孔精度达到要求；
B5)气动量仪检测内孔：利用气动量仪测量圆管坯的内孔尺寸，
所述的管外圆加工工艺流程C包括以下步骤：
C1)车床：在车床上加工芯轴；
C2)磨削芯轴：对芯轴进行磨削；
C3)芯轴检测：对芯轴进行检测；
C4)热装：芯轴检测合格后利用热装的方式将芯轴装在圆管坯内孔中，然后对圆管坯进行装夹；
C5)车削：对圆管坯进行外圆车削；
C6)磨削：对车削后的圆管坯进行磨削；
C7)外圆检测：检测磨削后的圆管坯的外圆尺寸；
C8)真空稳定：对外圆检测后的圆管坯进行真空稳定处理，消除不良应力；
C9)线切割：对圆管坯进行线切割，去除芯轴得到薄壁管；
通过优化的管坯制作工艺流程A提升管坯的各项性能，并且进行分析检测，能够使得最后制造的薄壁管的力学性能和加工性能更好；通过优化的管内孔加工工艺流程B使得薄壁管内孔的直线度和同心度达到技术要求；通过优化的管外圆加工工艺流程C，设置芯轴，减少装夹变形对薄壁管的影响，使其更易于加工；将零件整体工艺模块化，降低了零件的制造难度，能够实现规模化生产。
具体的，步骤A2锻造中，采用40MN、60MN快锻机对钢锭进行锻造，在锻造时将电渣锭加热至1200℃，时间为6小时，钢锭的开锻温度≥1200℃，终锻温度≥850℃，保温时间≥90分钟，在锻造温度选择时，要保证不锈钢的塑性，温度太低会产生锻造裂纹，选择不低于850℃，优选的，开锻温度为1200℃，终锻温度为850℃，保温时间为90分钟，或者开锻温度为1225℃，终锻温度为900℃，保温时间为90分钟，或者开锻温度为1250℃，终锻温度为925℃，保温时间为90分钟，在此温度范围内能控制晶粒度的尺寸和均匀度，改善力学性能。
具体的，步骤A4轧制中，加热温度1050℃，保温时间3h，轧制时加热温度大于1100℃时，铁素体相占比上升，加热温度比较低时，在轧制中易出现铬、氮等元素的析出，从而削弱了不锈钢的热塑性，可能产生轧制裂纹，1050℃为最佳温度。
具体的，所述的步骤A5热处理中，固溶温度为1050～1150℃；加热保温时间：1.2min/mm，冷却方式为水冷，优选的，固溶温度为1075℃，或者固溶温度为1100℃，或者固溶温度为1150℃，此处理方式可以使各元素在奥氏体中充分溶解，控制晶粒度尺寸，提高不锈钢的延伸率，使延伸率A≥40％，采用水冷的方式使得奥氏体不锈钢表面硬度更高，且水冷后表面有残余压应力，对其他力学性能也有利。
具体的，在图3中，所述的步骤C4中的芯轴包括芯轴本体1，所述的芯轴本体1包括左端部1-1、中间段1-2和右端部1-3，所述的左端部1-1、中间段1-2和右端部1-3均为圆柱体，左端部1-1的直径和右端部1-3的直径相等且小于中间段1-2的直径，所述的左端部1-1设置有左紧固螺母5，所述的右端部1-3设置有右紧固螺母6，所述的芯轴本体1同轴设置有若干节弹性套，所述的弹性套包括内弹性套3和外弹性套4，所述的内弹性套3同轴套装在芯轴本体1上，所述的外弹性套4同轴套装在内弹性套3上，所述的芯轴本体1两端设置有锥形孔1-4，套上弹性套的芯轴安装在圆管坯2中，在机加工时，利用芯轴能够支撑圆管坯2，通过拧紧左紧固螺母5和右紧固螺母6对芯轴完成装夹，减轻圆管坯2的装夹变形；锥形孔1-4可以提高圆管坯2的定位精度；拧紧左紧固螺母5和右紧固螺母6还可以调节弹性套的变形量，使得零件的加工精度达到技术要求。
具体的，所述的管外圆加工工艺流程C后还包括有试验及检测流程D，所述的试验及检测流程D包括以下步骤：
D1)涡流：对薄壁管进行涡流检测，检测圆管坯；
D2)水压：对薄壁管进行水压检测，测试圆管坯的爆裂压力和耐压时间；
D3)扩口压扁：对薄壁管进行扩口压扁破坏性试验；
D4)气动检测：利用气动量仪测量薄壁管的内孔尺寸；
由于空间核动力装置用薄壁管对于各项性能要求较高，利用多项检测确保薄壁管满足各项性能指标。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的描述，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种空间核动力装置用薄壁管制造工艺，包括管坯制作工艺流程A、管内孔加工工艺流程B和管外圆加工工艺流程C，其特征在于，所述的管坯制作工艺流程A包括以下步骤：
A1)下料：对钢锭进行下料；
A2)锻造：将钢锭锻造成圆钢坯；
A3)酸洗：对圆钢坯表面进行酸洗，去除锈皮；
A4)轧制：对酸洗后的圆钢坯进行轧制；
A5)热处理：对轧制后的圆钢坯进行固溶热处理；
A6)取样：对热处理后的圆钢坯进行取样；
A7)物理性能：检测样品的物理性能；
A8)超声波：对圆钢坯进行超声波探伤；
A9)取样：对圆钢坯进行取样；
A10)金相：对样品进行金相分析，
所述的管内孔加工工艺流程B包括：
B1)下料：利用带锯床进行下料得到圆钢坯毛料；
B2)钻孔：利用深孔钻对圆钢坯毛料进行钻孔；
B3)车削：对钻孔后的圆钢坯毛料进行外圆车削；
B4)珩磨内孔：利用珩磨机对车削后的圆钢坯毛料的内孔进行珩磨，得到圆管坯；
B5)测量内孔：利用气动量仪测量圆管坯的内孔尺寸，
所述的管外圆加工工艺流程C包括以下步骤：
C1)车削：在车床上车削芯轴；
C2)磨削芯轴：对芯轴进行磨削；
C3)芯轴检测：对芯轴进行检测；
C4)热装：芯轴检测合格后套上弹性套，利用热装的方式将套上弹性套的芯轴装在圆管坯内孔中，然后对圆管坯进行装夹；
C5)车削：对圆管坯进行外圆车削；
C6)磨削：对车削后的圆管坯进行磨削；
C7)外圆检测：检测磨削后的圆管坯的外圆尺寸；
C8)真空稳定：对外圆检测后的圆管坯进行真空稳定处理；
C9)线切割：对圆管坯进行线切割，去除芯轴得到薄壁管。
2.根据权利要求1所述的一种空间核动力装置用薄壁管制造工艺，其特征在于，所述的步骤A2锻造中，在锻造时将电渣锭加热至1200℃，时间为6小时，钢锭的开锻温度≥1200℃，终锻温度≥850℃，保温时间≥90分钟，采用40MN、60MN快锻机。
3.根据权利要求1所述的一种空间核动力装置用薄壁管制造工艺，其特征在于，所述的步骤A4轧制中，加热温度1050℃，保温时间3h。
4.根据权利要求1所述的一种空间核动力装置用薄壁管制造工艺，其特征在于，所述的步骤A5热处理中，固溶温度为1050～1150℃；加热保温时间：1.2min/mm左右，冷却方式为水冷。
5.根据权利要求1所述的一种空间核动力装置用薄壁管制造工艺，其特征在于，所述的步骤C4中的芯轴包括芯轴本体(1)，所述的芯轴本体(1)包括左端部(1-1)、中间段(1-2)和右端部(1-3)，所述的左端部(1-1)、中间段(1-2)和右端部(1-3)均为圆柱体，左端部(1-1)的直径和右端部(1-3)的直径相等且小于中间段(1-2)的直径；所述的左端部(1-1)设置有左紧固螺母(5)，所述的右端部(1-3)设置有右紧固螺母(6)，所述的弹性套包括内弹性套(3)和外弹性套(4)，所述的内弹性套(3)同轴套装在芯轴本体(1)上，所述的外弹性套(4)同轴套装在内弹性套(3)上，所述的芯轴本体(1)两端设置有锥形孔(1-4)。
6.根据权利要求1-5所述的任意一种空间核动力装置用薄壁管制造工艺，其特征在于，所述的管外圆加工工艺流程C后还包括有试验及检测流程D，所述的试验及检测流程D包括以下步骤：
D1)涡流：对薄壁管进行涡流检测；
D2)水压：对薄壁管进行水压检测，测试圆管坯的爆裂压力和耐压时间；
D3)扩口压扁：对薄壁管进行扩口压扁破坏性试验；
D4)气动检测：利用气动量仪测量薄壁管的内孔尺寸。
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