胀形间隙对核主泵转子屏蔽套真空热胀形的影响

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1、第27卷第4期中国有色金属学报2017年4月Volume27Number4TheChineseJournalofNonferrousMetalsApril2017DOI：10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.04.016胀形间隙对核主泵转子屏蔽套真空热胀形的影响朱智，张立文，崔岩，张驰，李瑞琴(大连理工大学材料科学与工程学院，大连116023)摘要：利用非线性有限元软件MSC.Marc建立转子屏蔽套真空热胀形过程的二维轴对称热力耦合有限元模型，计算并分析真空热胀形过程中转子屏蔽套和模具的径向

2、位移变化，预测转子屏蔽套的胀形量和胀形后内径。此外，基于建立的有限元模型研究胀形间隙对转子屏蔽套胀形量和胀形后内径的影响。结果表明：对于确定的工艺，在其胀形能力范围内，随着胀形间隙的增大，转子屏蔽套的胀形量线性减小，且胀形后的内径不随胀形间隙的变化而变化。开展转子屏蔽套的真空热胀形实验，验证建立的有限元模型。关键词：HastelloyC-276合金；转子屏蔽套；真空热胀形；胀形间隙文章编号：1004-0609(2017)-04-0789-06中图分类号：TG146.1文献标志码：A转子屏蔽套是AP1000核主泵的关

3、键部件之一，真空热胀形的本质是蠕变成形，目前，国内外学将其套装在转子外面，可以防止转子与泵内的冷却剂者已经针对铝合金和钛合金零件的蠕变成形做了大量[4−12]接触，避免转子受到冷却剂的侵蚀，转子屏蔽套的制的研究，并且将其成功应用于航空航天领域，然[3,13]造和装配精度及质量将直接影响核主泵的正常运而，对转子屏蔽套真空热胀形的研究却很少。[1]转。AP1000核主泵转子屏蔽套具有超薄大径厚比，在实际转子屏蔽套的焊接过程中，由于焊缝附近其制造和装配难度非常大。核主泵转子屏蔽套采用各处膨胀和收缩不均匀，使得焊接后转子屏

4、蔽套沿轴HastelloyC-276合金薄板经过剪切和焊接工艺制造而向各处的内径不同，从而导致了真空热胀形时转子屏成，在装配前，AP1000转子屏蔽套的直径公差为蔽套各处的胀形间隙不同，研究胀形间隙对转子屏蔽[1]±0.076mm，对制造工艺的精度要求非常高。焊接后，套真空热胀形的影响有助于深刻理解采用真空热胀形转子屏蔽套的表面特别是焊缝区附近会产生凹凸不平技术对焊接后的转子屏蔽套进行误差治理的过程，而的褶皱，即使采用精密剪切和精密焊接，也难以满足且为真空热胀形工艺参数的优化奠定基础。精密装配前对转子屏蔽套的高精度

5、要求，而且转子屏本文作者利用有限元软件MSC.Marc对核主泵转蔽套的内部产生较大的残余应力，严重影响后续热套子屏蔽套的真空热胀形过程进行有限元模拟，计算并装工艺的精度和质量。分析真空热胀形过程中转子屏蔽套和模具的径向位移针对剪裁、焊接后转子屏蔽套的精度很难达到套变化，预测转子屏蔽套真空热胀形的胀形量和胀形后装前高精度的难点，提出了采用精密真空蠕变热胀形的内径，研究转子屏蔽套和模具之间不同的胀形间隙技术对焊接后的转子屏蔽套进行误差治理。该技术利尺寸对转子屏蔽套真空热胀形的影响规律，开展真空用模具和转子屏蔽套间的热膨

6、胀系数差异，在加热及热胀形工艺实验验证模拟结果的准确性。保温过程中，依靠模具的热膨胀力使转子屏蔽套发生永久的塑性及蠕变变形，转子屏蔽套内表面与高精度1真空热胀形有限元模型模具外表面紧密贴合，冷却后转子屏蔽套的尺寸能够达到装配前的高精度要求。由于高温蠕变使转子屏蔽套内部的应力得到松弛，在胀形后，转子屏蔽套内部本文作者采用的真空热处理设备是IPsen公司生[2−3]的残余应力也可以得到消除。产的v6072型立式真空热处理炉，建模时将转子屏蔽基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(2015CB057305)收稿日期：

7、2015-01-30；修订日期：2015-10-30通信作者：张立文，教授，博士；电话：0411-84706087；E-mail:commat@mail.dlut.edu.cn790中国有色金属学报2017年4月套、模具和真空热处理炉简化成具有轴对称特性的实因此，在模拟转子屏蔽套的真空热胀形过程时，需要体，基于有限元软件MSC.Marc建立核主泵转子屏蔽建立能用来描述材料应力松弛行为的蠕变本构模型。套真空热胀形过程的二维轴对称有限元模型，如图1为此，利用应力松弛实验建立HastelloyC-276合金的[14]所示

8、。为了提高模拟精度和计算效率，在金属隔热屏蠕变本构方程：的最内层加密单元，外层则保持稀疏网格。⎧ε&creep=+ABσσσ,≤low在真空热胀形过程中，真空热处理炉的水冷套内⎪⎪&n⎨εcreep=+CDE(sinhσσ)σ+F,low<σ<σhigh壁的外表面与循环水发生对流换热，炉体内部各层金⎪属隔热屏、加热元件、监控热电偶、转子屏蔽套和模⎪⎩ε&cr