AP1000核電轉(zhuǎn)子線圈端部整組成形工藝及相關(guān)工具的設(shè)計(jì)

譚國威

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱　150040)

AP1000核電轉(zhuǎn)子線圈端部整組成形工藝及相關(guān)工具的設(shè)計(jì)

譚國威

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150040)

摘要：介紹了AP1000核電轉(zhuǎn)子線圈的整組成形工藝過程，以及為實(shí)現(xiàn)這些工藝過程所設(shè)計(jì)的相關(guān)模具的主要結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原理、使用效果等。闡述了在核電轉(zhuǎn)子線圈制造中遇到的一些工藝上的難題，以及解決這些難題的方法，詳細(xì)地介紹了自制的轉(zhuǎn)子線圈端部整形檢測一體設(shè)備及其使用效果，還介紹了轉(zhuǎn)子線圈直線部分與端部焊接的專用工具。使得AP1000核電轉(zhuǎn)子線圈順利制造完工。

關(guān)鍵詞：AP1000核電；轉(zhuǎn)子線圈；銅排扁繞；整組檢測；整組整形；對焊

0引言

AP1000核電轉(zhuǎn)子線圈應(yīng)用三菱公司技術(shù)設(shè)計(jì)而成。線圈的制造工藝按三菱公司的文件要求進(jìn)行。包括線圈的定位、成型、檢測方法。

由于沒有三菱公司的轉(zhuǎn)子線圈制造用的專用設(shè)備，因而在制造的過程中面臨很多難以解決的問題。要保證圖紙要求，只能采用模具和工具來達(dá)到核電轉(zhuǎn)子線圈制造要求和標(biāo)準(zhǔn)。因而在線圈的成型、檢測、焊接等工藝過程中均設(shè)計(jì)制造了專用模具，以保證制造出來的轉(zhuǎn)子線圈達(dá)到核電要求的標(biāo)準(zhǔn)。

1AP1000核電轉(zhuǎn)子線圈的特點(diǎn)

AP1000轉(zhuǎn)子線圈銅排截面尺寸多樣、最大的銅排厚度達(dá)到12.15 mm，寬度 51.7 mm。

按照核電生產(chǎn)工藝要求，銅排在彎形生產(chǎn)過程中不能退火，這樣會使得銅排彎形后留有過多應(yīng)力，導(dǎo)致很大的硬化變形難以克服，而最終的下線尺寸要求又很嚴(yán)格。

線圈的端弧尺寸與對焊接頭精度要求高，對檢測方式與檢測精確度有明確的書面文件要求。

線圈端弧部的主要生產(chǎn)工藝過程為：下料—扁彎—通風(fēng)槽及勵(lì)端線圈過渡厚度加工—倒圓R5—端弧滾R—端弧檢測—端弧舌頭的加工—鉚接擋風(fēng)塊。圖1為轉(zhuǎn)子線圈勵(lì)端部圖。

圖1　轉(zhuǎn)子線圈勵(lì)端

2主要工藝過程及采取的相關(guān)措施

2.1　轉(zhuǎn)子線圈的扁繞與檢測

2.1.1按照三菱公司的核電工藝文件進(jìn)行各種模具的設(shè)計(jì)與制造

對轉(zhuǎn)子線圈的形狀與最終的下線質(zhì)量起重要作用的是端部弧形的形狀與精度。單匝銅排在滾弧機(jī)上滾弧完成后，進(jìn)行修弧并疊加成整組線圈，然后安放在端弧檢測樣板上進(jìn)行檢測與微修整。

單匝線圈在滾弧機(jī)滾弧后要用弧部檢測樣板進(jìn)行每匝弧形的檢測,用0.02 mm塞尺測量銅線與R規(guī)間的間隙。如果不能使間隙小于塞尺，則再需手工微調(diào)端弧。完成與R規(guī)貼合后，再上滾弧機(jī)滾出后半段圓弧。重復(fù)以上的過程，直至與R規(guī)完全吻合。下一匝銅排重復(fù)上一匝的過程，不過是以上一匝線圈的外弧面為基準(zhǔn)，直至一個(gè)槽內(nèi)的線圈全部加工完成。對于勵(lì)端線圈來說，如果不能完全貼合在檢測樣板上，則使用手工修弧的工具修整，手工修弧工具如圖2所示。

圖2　手工修弧工具

三菱公司專用的彎形設(shè)備，上壓力最大值93 t，側(cè)壓力最大110 t，扁彎扭轉(zhuǎn)力為2 t·m，能同時(shí)扁繞兩個(gè)轉(zhuǎn)角，對扁彎轉(zhuǎn)角的控制非常準(zhǔn)確。實(shí)際生產(chǎn)中由于沒有與三菱公司相同的設(shè)備，我們應(yīng)用的扁繞設(shè)備，其系統(tǒng)壓強(qiáng)18 MPa,而且只能單側(cè)扁彎。如圖3與圖4。

圖3　線圈的扁繞

圖4　線圈的扁繞

2.1.2端部整組檢測工具

線圈沖孔、扁彎、滾弧后，要把單匝線圈組合成整組線圈上檢測工具進(jìn)行檢測。端部整組檢測工具一開始按核電文件要求只具備檢測功能，如圖5。開放端可以對單匝銅排的節(jié)距進(jìn)行手工微整形。更適合專用設(shè)備制造的線圈如圖6所示。

圖5　檢測工具

圖6　手工微整形

2.1.3未經(jīng)整形的線圈會導(dǎo)致檢測工具發(fā)生形變

圖7　檢測工具示意圖

圖8　線圈與測尺的間隙

圖7為檢測工具設(shè)計(jì)原理示意圖。δ值理論上為0時(shí)，線圈的節(jié)距值達(dá)到理想狀態(tài)，測尺邊緣距線圈邊緣的間隙為6 mm。然而由于AP1000核電銅排截面大、扁彎后不退火等原因，檢測結(jié)果卻非常不理想。不但出現(xiàn)了δ值，而且間隙δ還是不均勻的，呈現(xiàn)出上小下大的狀態(tài)。說明在這種情況下線圈的變形十分復(fù)雜，已經(jīng)不單是節(jié)距變小的問題，兩端中心線的夾角也出現(xiàn)了嚴(yán)重的誤差。實(shí)際檢測的間隙狀況如圖8所示。

2.1.4分析查找發(fā)生形變的原因

為了進(jìn)一步查找問題所在，做出了扁彎后的90°角度樣板進(jìn)行與一根實(shí)物線圈的比照，如圖9。

圖9　樣板與實(shí)物比照圖

圖9中實(shí)線為線圈的轉(zhuǎn)角處的理論狀態(tài)，虛線為線圈的實(shí)際狀態(tài)，可以看出偏差值在頂端為2.172 mm。檢測后發(fā)現(xiàn)線圈的主要問題集中在以下四個(gè)方面：

1) 轉(zhuǎn)子線圈的端弧部與靠規(guī)之間有間隙，說明線圈端弧R691.0存在較大偏差。

2) 節(jié)距存在偏差。

3) 向心角度偏差存在。

4) 扁繞后的線圈轉(zhuǎn)角不是90°。

2.2　設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子線圈整形檢測模具

2.2.1整形檢測模具的作用

1) 修整R691.0大弧。

2) 修整向心角度。

3) 修整節(jié)距尺寸。

4) 修整扁彎后的90°轉(zhuǎn)角。

教師在上課之前應(yīng)該備自己的學(xué)生，明確課堂的主體是學(xué)生，課堂有效性應(yīng)體現(xiàn)于學(xué)生。一堂課學(xué)生要有所發(fā)展，首先要明白學(xué)生的起點(diǎn)在何處，有哪些已有的知識，有哪些已會的技能。學(xué)生的知識基礎(chǔ)是有差異的，當(dāng)全面了解學(xué)情后，我們應(yīng)精心設(shè)計(jì)合理的教學(xué)環(huán)節(jié)，組織活動，有針對性的讓學(xué)生選擇自主學(xué)習(xí)、接受式學(xué)習(xí)、合作及探究學(xué)習(xí)等豐富的學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生能夠態(tài)度積極、興趣濃厚、精力集中的有序高效的完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。并充分肯定學(xué)生的觀點(diǎn)，尊重學(xué)生，充分的保證學(xué)生的發(fā)言權(quán)，不譏諷學(xué)生。別林斯基說過，“你的教鞭下有瓦特，你的冷眼里有牛頓，你的譏笑中有愛迪生”。并以此來告誡別人，也嚴(yán)格要求自己，以寬厚仁愛去包容、尊重、熱愛學(xué)生。

2.2.2模具的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)

整形檢測模具可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，一是轉(zhuǎn)子線圈端部銅排滾弧后進(jìn)行整組整形，去除應(yīng)力，修整轉(zhuǎn)角形狀；二是檢測整形后的線圈精度尺寸。

整形檢測模具的主件是一個(gè)弧形胎板?；√ヒ酝釸定位，內(nèi)R加墊條頂緊。注意留出引出線定位塊的位置，并以定位銷釘固定。

模具的胎板上按各組線圈的向心角度刻線，并刻出線圈的中心對稱線。使用時(shí)，線圈按不同的向心角安放在胎體上，使線圈的中心線與胎體的中心對稱線對齊。用壓條與頂緊螺栓加側(cè)向力，然后用壓板把線圈壓緊并與胎體面緊密貼合。安裝測尺，并測量測尺與線圈內(nèi)側(cè)的間隙值，設(shè)計(jì)給定的間隙值為6 mm。如果此值不為6 mm或間隙不平行，則用移動液壓缸修形，直至間隙均勻數(shù)值為6 mm。整形與檢測模具圖片如圖10。

為了保證模具使用過程中的強(qiáng)度與剛性滿足線圈的生產(chǎn)要求，對該模具的各部件進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算，并進(jìn)行了整體一次性的數(shù)控加工。裝配精度在測尺處達(dá)到了±0.02 mm，強(qiáng)度與精度完全滿足檢測要求。

圖10　新結(jié)構(gòu)的整形檢測一體模具

2.3　對比應(yīng)用整形檢測模具前后一組轉(zhuǎn)子線圈的實(shí)際效果

現(xiàn)以一組線圈為例，對比前后的效果。圖11為實(shí)施整形前，線圈與測尺的間隙，未經(jīng)整形前的轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)側(cè)面與測尺之間的間隙值遠(yuǎn)超過核電工藝文件要求，且與測尺所代表的理論向心角線有明顯的角度差。向心角度差值達(dá)到±3°，達(dá)不到核電轉(zhuǎn)子線圈的檢測要求。圖12為應(yīng)用整形檢測工具整過形的線圈，轉(zhuǎn)子線圈的內(nèi)側(cè)面與測尺之間的平行度非常好。轉(zhuǎn)子線圈的向心角準(zhǔn)確，與測尺的間隙值在6±0.6 mm(根據(jù)核電技術(shù)文件要求公差值在±0.8 mm)，而且線圈內(nèi)側(cè)邊與測尺所代表的理論向心角線平行。

圖11　整形前線圈與測尺間隙

圖12　整形后線圈與測尺的間隙

由于應(yīng)用了移動液壓缸，整形效率提高，可以有效克服銅線在扁彎過程中產(chǎn)生的硬化現(xiàn)象與回彈，對線圈在整組合并后的外弧R進(jìn)行有效修整。

2.4　整形與檢測結(jié)束后，直線與轉(zhuǎn)角銅排進(jìn)行對焊

圖13為轉(zhuǎn)子線圈直線與端部焊接工具的示意圖，直線與轉(zhuǎn)角銅排對焊。焊接胎具把端弧的R中心移動在工作面上方，使得模具結(jié)構(gòu)更適應(yīng)焊接設(shè)備，提高焊接質(zhì)量。線圈的直線部分用固定夾體固定，端弧部則可以伸縮調(diào)節(jié)的活動夾體固定，通過凸輪手柄控制弧部軸向移動，添加焊片并固位。

圖13　轉(zhuǎn)子線圈直線與端部焊接工具

3結(jié)語

經(jīng)以上過程的研究后，核電轉(zhuǎn)子線圈在扁繞與滾弧后產(chǎn)生的應(yīng)力變形與回彈問題得到了解決。增加相應(yīng)的制造整形工序并設(shè)計(jì)制造了整形工具后，

轉(zhuǎn)子線圈的形狀精度很好，有效地去除了變形與回彈，完全滿足生產(chǎn)要求。經(jīng)過我們自行攻關(guān)研制出的模具，完成可以實(shí)現(xiàn)AP1000核電轉(zhuǎn)子線圈的國產(chǎn)化制造。

1) 核電文件要求線圈在接頭處的形狀公差值應(yīng)在±0.8 mm以內(nèi)符合要求，經(jīng)研制后，線圈在此處的公差值可以控制在±0.6 mm以內(nèi)，達(dá)到并超過了文件對轉(zhuǎn)子線圈制造精度的要求。

2) 解決了線圈在扁繞與滾弧后產(chǎn)生的應(yīng)力變形問題。

3) 完全符合核電的生產(chǎn)要求與過程檢測的文件要求。經(jīng)三菱公司相關(guān)專家到場檢測后，得到確認(rèn)。

4) 對轉(zhuǎn)子線圈外弧形進(jìn)行了有效控制，端弧R尺寸、向心角度、節(jié)距值都達(dá)到了圖紙要求，使得接頭對焊質(zhì)量很好。

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