塑性工程学报:二次胀形工艺对核主泵转子屏蔽套上环状鼓包的治理能力分析
2022-03-28【作 者】 崔岩;张立文;张驰;李飞;申文飞
【引 言】
转子屏蔽套是屏蔽式核主泵中的关键部件之一，将之套装在转子上可以将转子与核电一回路中的冷却介质分隔开，从而避免转子受到一回路中冷却液的侵蚀，延长转子的寿命。AP1000核主泵转子屏蔽套的内半径大于Φ275 mm，壁厚小于0．7 mm，由于其薄壁、大径厚比的特点，屏蔽套的加工难度非常大。目前AP1000核主泵转子屏蔽套多由Hastelloy c276薄板经裁剪、滚圆、焊接制得，AP1000核主泵转子屏蔽套的半径公差只有0．038 mm【1】，即使采用精密剪裁和精密焊接也难以将屏蔽套加工到要求尺寸。同时，焊接后由于焊缝处膨胀和收缩的不均匀在屏蔽套表面可能会产生凹凸不平的褶皱，影响后续的装配过程。因此，在焊接后需要对屏蔽套进行矫形，使其尺寸精度和形状符合要求。
真空热胀形是一种利用工件与模具间热膨胀系数的差异，通过加热条件下模具对工件的热膨胀力使工件成形的工艺，其本质就是蠕变时效成形，可用于薄壁筒件的精密成形。目前国内外学者已经对真空热胀形工艺做了大量研究，sallahM等将蠕变时效成形过程划分为加载、时效松弛和回弹3个阶段，并用非线性理论分析了蠕变时效成形的应力松弛阶段，Ho K C等考虑了微观组织演化，建立了铝合金蠕变的本构方程并通过有限元计算得到了板材蠕变时效成形过程中的应力应变分布和变形量。王春燕应用Matlab软件研究了不同因素对BT20钛合金筒形件热胀形精度的影响。
本文利用MSC．Marc有限元软件模拟了带有环状鼓包的核主泵转子屏蔽套的二次胀形过程，提出了两次胀形过程中模具半径选择的方案，分别计算了两次胀形后屏蔽套上的温度场、径向位移场和应力场，预测了屏蔽套的胀后半径和环状鼓包的胀后高度，并将计算结果与单次胀形工艺对相同屏蔽套治理结果进行了对比，分析了二次胀形过程的优势。
【结 论】
(1)基于MSC．Marc有限元软件建立了带有环状鼓包的核主泵转子屏蔽套二次胀形过程的有限元模型，通过有限元模型模拟了核主泵转子屏蔽套的二次胀形过程，计算了二次胀形过程中第1次胀形和第2次胀形后屏蔽套上的半径分布，结果表明在两次胀形后屏蔽套上的环状鼓包高度均有明显降低，而第2次胀形后屏蔽套鼓包区域的内半径分布均匀性有了明显提高。
(2)将带有环状鼓包的核主泵转子屏蔽套二次胀形的内半径分布计算结果与相同屏蔽套单次胀形后的结果进行了对比，发现单次胀形后的屏蔽套半径最大值出现在鼓包中心处，且其值超过了要求的尺寸精度范围。二次胀形后半径最大值出现在鼓包中靠近鼓包边缘一点处，且二次胀形后屏蔽套内半径始终在尺寸精度要求范围内。相比单次胀形，二次胀形后屏蔽套鼓包区域附近内半径分布均匀性有了明显提升。
以下是正文：
