一种电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装及焊接方法技术

一种电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装及焊接方法，属于核聚变工程实验堆领域，包括两根平行设置的转轴和沿其轴向分布的若干U形加强筋，在U形加强筋的外侧壁分布有支撑各段分体内壁面的若干基准块，基准块的外侧与第一壁分体的内壁面形状一致，转轴能够与变位机连接，并由变位机带动U形加强筋及固定在基准块上的各段分体做同步翻转，在翻转过程中完成电子束焊接。本发明专利技术的工装和焊接方法，能够有效地满足电子束焊接时的平面度及间隙等工艺要求，同时也能够保证焊接后整个第一壁的装配要求及加工精度要求，大幅度提高了装夹效率和焊接效率。率和焊接效率。率和焊接效率。

【技术实现步骤摘要】
一种电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装及焊接方法


[0001]本专利技术涉及到核聚变工程实验堆的水冷陶瓷包层，具体的说是一种电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装及焊接方法。

技术介绍

[0002]水冷陶瓷包层是聚变工程实验堆的核心部件之一，具有结构复杂，尺寸较大、各部件安装精度要求高等特点，其结构主要由第一壁FW、上下盖板、冷凝管和联箱等部件组成，其中，第一壁由于表面附有钨铜片、内部具有环向流道，而且还需要满足高性能要求，现有技术无法一次性成型制造第一壁。第一壁材料为低活化铁素体/马氏体钢。
[0003]现有第一壁的制作，一般是按照环向流道方向进行分割，将第一壁从环向平均分成9个组件，即FW1
‑
FW9，每个组件宽度132mm，9个组件共形成8 条电子束焊缝，在焊接时，先将四个组件和五个组件单独焊接形成两部分，再将两部分通过电子束焊接形成全尺寸第一壁组焊。
[0004]但是现有的电子束焊接方法存在如下问题：
[0005]1)9个组件成型后无法满足电子束焊接装配要求，即错边量＜1mm，间隙＜1mm；
[0006]2)焊后整体变形大，无法满足第一壁尺寸公差要求；
[0007]3)电子束焊接时产生冷隔和钉尖等高能束流焊接特有缺陷；
[0008]4)每条电子束焊缝带有两个转角，其难以通过一次焊接实现整条焊缝的电子束焊接，而每条焊缝多次焊接势必会将电子束起弧和收弧缺陷引入。
[0009]5)第一壁中间外表面附有大量钨铜片，8条焊缝焊接时，焊接热源均从钨铜片之间的间隙(4mm)穿过，并且焊透20mm的低活化铁素体/马氏体钢。在不影响钨铜片的情况下，现有焊接技术难以实现。

技术实现思路

[0010]为了解决现有第一壁在电子束焊接时存在的工装夹具难以达到满意的约束效果的问题，本专利技术提供了一种电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装及焊接方法，通过本专利技术的工装及焊接方法，能够适当调整局部间隙和错边，保证良好对接；有效约束电子束焊接变形，保证焊后产品尺寸精度；将电子束焊接缺陷引入至衬垫中，焊接完成后去除衬垫；保证各焊接分段之间的重合部分实现全焊透，从而保证焊接质量；而且在焊接过程中，电子束也不会对第一壁表面附有的钨铜片造成影响。
[0011]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，包括两根平行设置的转轴和沿其轴向分布的若干U 形加强筋，且在每条U形加强筋的外侧壁分布有支撑各段分体内壁面的若干基准块，每条U形加强筋上的基准块的外侧面与拼接成第一壁的若干段分体的内壁面形状一致，所述转轴能够与变位机连接，并由变位机带动U形加强筋及固定在基准块上的各段分体做同步翻转。
[0012]上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，所述两根转
轴依次穿过所述U形加强筋的两个拐角处，每一条所述U形加强筋间隔固定在两根转轴上。
[0013]上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，所述U形加强筋的数量为9条，且其数量与拼接成第一壁的各段分体的数量对应。
[0014]上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，相邻两个所述U形加强筋之间的缝隙内设置有若干约束筋。
[0015]上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，每一根所述约束筋上设置有两个供螺栓穿过的固定孔，且这两个固定孔处于相邻两个第一壁分体的拼接缝两侧；在每个固定孔内插入螺栓，且螺栓的端部与焊接在第一壁分体内壁面的螺母配合，实现第一壁分体与U形加强筋的连接固定，以及两个相邻第一壁分体对接面的错边量调整。
[0016]上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，所述U形加强筋的开口处设置有底部加强筋。
[0017]上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，贯穿所述U形加强筋设置有若干横筋。
[0018]上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，每一条所述U形加强筋上的基准块包括处于U形加强筋两侧壁的侧边段、处于U 形加强筋顶部的中间段和处于U形加强筋两个拐角上的弧形段，其中，侧边段和中间段的外表面与第一壁各段分体的三条平直段内侧壁贴合，弧形段的外表面与第一壁各段分体的拐角内壁面贴合。
[0019]上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装的另一种优化方案，所述弧形段与第一壁拐角内壁的接触面大于侧边段或中间段与第一壁平直段的接触面。
[0020]电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁的方法，包括如下步骤：
[0021]S1、将组成第一壁的第一段分体和第二段分体按照顺序依次放置在所述工装一侧的基准块上并固定，形成一个U形待焊接焊缝；
[0022]S2、在第一段分体和第二段分体形成的U形待焊接焊缝背面焊接衬垫，之后在衬垫的两端均设置引出板，且两块引出板紧贴U形待焊接焊缝的两个端部，之后利用电子束焊机对U形待焊接焊缝进行焊接，完成第一段分体和第二段分体的焊接连接；
[0023]S3、去除衬垫和引出板，并加工第二段分体与第三段分体形成焊缝的表面，以保证电子束焊接平面度和间隙要求；
[0024]S4、按照步骤S2的焊接方法，将第三段分体焊接在第二段分体的一侧；
[0025]S5、依次按照步骤S3和步骤S2的方法，将第四段分体焊接在第三段分体的一侧，将第五段分体焊接在第四段分体的一侧，形成组成第一壁的多部；
[0026]S6、将第九段分体和第八段分体依照顺序依次放置在所述工装远离第一段分体一侧的基准块上并固定；
[0027]S7、按照步骤S2的方法，实现第九段分体和第八段分体的焊接连接；
[0028]S8、依次按照步骤S3和步骤S2的焊接方法，将第七段分体焊接在第八段分体的一侧，将第六段分体焊接在第七段分体的一侧，形成组成第一壁的少部，且此时，第六段分体和第五段分体之间形成最后一条U形待焊接焊缝；
[0029]S9、按照步骤S2的焊接方法，完成第六段分体和第五段分体的焊接连接，之后，去除衬垫和所有的引出板，即完成第一壁的焊接。
[0030]上述电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁的方法的一种优化方案，所述步骤S2中利用电子束焊机对U形待焊接焊缝进行焊接的具体操作为：
[0031]1)将U形待焊接焊缝人为定义成对称的第一段焊缝和第二段焊缝，每一段焊缝均由所述工装中靠近该段焊缝的转轴带动其旋转；将两段焊缝的连接处定义为第一段焊缝的焊接起始点，该段焊缝处于该侧引出板自由端的一端定义为焊接终止点，第二段焊缝靠处于该侧引出板自由端的一端定义为焊接终止点；
[0032]2)先将第一段焊缝对应的转轴作为旋转中心装夹在电子束焊机的变位机上，并使第一段焊缝的焊接起始点保持水平，从焊接起始点开始焊接，至第一段焊缝的圆弧段时，转轴开始转动，圆弧段焊接结束时，转轴停止转动，从而保持焊缝表面始终处于水平状态，直至焊接终止点完成第一段焊缝的焊接；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：包括两根平行设置的转轴(1)和沿其轴向分布的若干U形加强筋(2)，且在每条U形加强筋(2)的外侧壁分布有支撑各段分体内壁面的若干基准块(5)，每条U形加强筋(2)上的基准块(5)的外侧面与拼接成第一壁的若干段分体的内壁面形状一致，所述转轴(1)能够与变位机连接，并由变位机带动U形加强筋(2)及固定在基准块(5)上的各段分体做同步翻转。2.根据权利要求1所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：所述两根转轴(1)依次穿过所述U形加强筋(2)的两个拐角处，每一条所述U形加强筋(2)间隔固定在两根转轴(1)上。3.根据权利要求1所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：所述U形加强筋(2)的数量为9条，且其数量与拼接成第一壁的各段分体的数量对应。4.根据权利要求1所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：相邻两个所述U形加强筋(2)之间的缝隙内设置有若干约束筋(6)。5.根据权利要求4所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：每一根所述约束筋(6)上设置有两个供螺栓穿过的固定孔(8)，且这两个固定孔(8)处于相邻两个第一壁分体的拼接缝(7)两侧；在每个固定孔(8)内插入螺栓，且螺栓的端部与焊接在第一壁分体内壁面的螺母配合，实现第一壁分体与U形加强筋(2)的连接固定以及相邻两个第一壁分体对接面的错边量调整。6.根据权利要求1所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：所述U形加强筋(2)的开口处设置有底部加强筋(4)。7.根据权利要求1所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：贯穿所述U形加强筋(2)设置有若干横筋(3)。8.根据权利要求1所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：每一条所述U形加强筋(2)上的基准块(5)包括处于U形加强筋(2)两侧壁的侧边段(501)、处于U形加强筋(2)顶部的中间段(503)和处于U形加强筋(2)两个拐角上的弧形段(502)，其中，侧边段(501)和中间段(503)的外表面与第一壁各段分体的三条平直段内侧壁贴合，弧形段(502)的外表面与第一壁各段分体的拐角内壁面贴合。9.根据权利要求8所述的电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁用工装，其特征在于：所述弧形段(502)与第一壁拐角内壁的接触面大于侧边段(501)或中间段(503)与第一壁平直段的接触面。10.电子束分段焊接水冷陶瓷包层第一壁的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将组成第一壁的第一段分体(FW
‑
1)和第二段分体(FW
‑
2)依照顺序依次放置在权利要求1
‑
9中任意一项所述工装一侧的基准块(5)上并固定，形成一个U形待焊接焊缝；S2、在第一段分体(FW
‑
1)和第二段分体(FW
‑
2)形成的U形待焊接焊缝背面焊接衬垫(9)，之后在衬垫(9)的两端均设置引出板(10)，且两块引出板(10)紧贴U形待焊接焊缝的两个端部，之后利用电子束焊机对U形待焊接焊缝进行焊接，完成第一段分体(FW
‑
1)和第二段分体(FW
‑
2)的焊接连接；S3、去除衬垫(9)和引出板(10)，并加工第二段分体(FW
‑
2)与第三段分体(FW
‑
3)形成焊缝的表面，以保证电子束焊接平面度和间隙要求；S4、按照步骤S2的焊接方法，将第三段分体(FW
‑
3)焊接在第二段分体(FW
‑
2)的一侧；
S5、依次按照步骤S3和步骤S2的方法，将第四段分体(FW
‑
4)焊接在第三段分体(FW
‑
3)的一侧，将第五段分体(FW
‑
5)焊接在第四段分体(FW
‑
4)的一侧，形成组成第一壁(FW)的多部；S6、将第九段分体(FW
‑
9)和第八段分体(FW
‑
8)按照顺序依次放置在权利要求1
‑
9中任意一项所述工装远离第一段分体(FW
‑
1)一侧的基准块(5)上并固定；S7、按照步骤S2的方法，实现第九段分体(FW
‑
9)和第八段分体(FW
‑
8)的焊接连接；S8、依次按照步骤S3和步骤S2的焊接方法，将第七段分体(FW
‑
7)焊接在第八段分体(FW
‑
8)的一侧，将第六段分体(FW
‑
6)焊接在第七段分体(FW
‑
7)的一侧，形成组成第一壁(FW)的少部，且此时，第六段分体(FW
‑
6)和第五段分体(FW
‑
5)之间形成最后一条U形待焊接焊缝；S9、按照步骤S2的焊接方法，完成第六段分体(FW
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建国，张勇，刘志宏，刘振飞，吴杰峰，吉海标，范小松，王锐，慕香红，邓浩祥，汪志勇，
申请(专利权)人：合肥聚能电物理高技术开发有限公司淮南新能源研究中心，
类型：发明
国别省市：