棒管ig环焊真空室的设计

棒管ig环焊真空室的设计

焊接是用圆弧代替的，国际名称是tig或gtaw。这种焊接方法由于采用惰性气体保护,电弧燃烧相当稳定,焊缝质量十分优异,是高端工业部门焊接制件和精密零部件首选的焊接工艺方法本文研究的TIG焊接真空室用于核工业部812厂核燃料棒管的焊接加工,要求在氦气或氩气的保护下实现核燃料棒管的全自动环焊。在焊接过程中,核燃料棒管的外表面和内表面不能被氧化。另外,被加工的核燃料棒管属于超长的套类零件,环焊时因一端高温熔化易产生变形。因此,核燃料棒管环焊过程中,棒管的两端既要有支撑,又要同步转动。同时,在焊接前需要抽掉真空室内的空气,防止棒管的氧化,以达到高质量的环焊效果。1真空室的设计1.1中央空气具有不排压装置在全自动环焊加工过程中,核燃料棒管一直处于旋转状态,真空室的真空度要求小于10-3乇该结构特点为筒式变形体,两端加O型密封圈,材料选用高弹性的特殊橡胶,使化学、物理性能达到使用的要求。两端O型密封圈的作用既能防止在空气压入作用时变形体滑动,又能保证气囊支架变形腔正压气体不泄漏。筒式变形体采用弹性夹紧元件,在外加压缩空气压力的作用下,不仅可以夹紧不同直径的核燃料棒管工件,而且可以保证棒管不会因夹紧力而导致变形或表面损伤。在生产一段的时间后,如果因为管子端面的毛刺等原因出现气囊的磨损、划伤等损坏情况,只需拧开前段的压紧螺塞(见图2),取出损坏的气囊,即可更换新气囊,安装非常方便。筒式变形体结构简单,成本低廉,经反复试样、试验、改型,完全达到密封抽真空及方便维护的要求。1.2轴的结构模型核燃料棒管TIG环焊加工时,要求在棒管旋转的同时抽出筒式变形体腔内的空气,使内腔达到真空状态。这就要求在环焊过程中,旋转轴匀速平稳的旋转,同时要保证筒式变形体和焊接腔随轴同步转动。否则,棒管会产生扭曲变形,这是加工过程中所不能允许的。因此,旋转轴的同轴度要求很高,决定了旋转轴结构的特殊性。旋转轴的结构如图2所示。筒式变形体在外加压缩空气的作用下夹紧核燃料棒管,旋转轴的尾部设计了密封装置,防止抽真空时外部空气串入。这样,在真空室旋转轴转动时,筒式变形体既保证了核燃料棒管随轴同步转动,同时也防止了空气从前端串入。环焊加工时,旋转轴不能因为湿度等原因而生锈,也不能因为温度等的原因而变形失效。因此,旋转轴的材料选用2Cr13不锈钢,经调质处理,其硬度、刚度均能满足轴类零件的基本要求;同时,在常温下又具备不锈钢的性能。而旋转轴的转速较低,每分钟约一圈左右,故轴的动平衡可以忽略不计,既不影响设备的使用性能,也给研制和加工带来方便。从加工工艺方面考虑,为保证轴具有较高的同轴度及通用机床加工的工艺特性,采用台阶直轴结构以利于精车、精磨,密封槽进行精磨加工以利于密封,旋转轴的左端面采用精车即可达到精度要求。这样既保证了旋转轴的技术要求,同时降低了制造成本。旋转轴的两端选用游隙精度较高的C级滚珠轴承作为支撑件,以保证在旋转过程中较小的轴向跳动,同轴度也得到了很好的保证,安装维护也方便。1.3真空室的结构设计核燃料棒管属于细长的管类零件,且要求真空室能够满足不同长度规格棒管的环焊加工。因此,在焊接加工的过程中,真空室不仅要与焊接室同步旋转,而且能够前后移动并精确定位。另外,在核燃料棒管环焊加工的同时,进行真空室和焊接室的同步抽真空,且环焊加工在棒管的端部操作,因而在棒管的端部以外需要设计一个空腔以利于抽真空,从而增加了核燃料棒管插入真空室时的定位精度。为了保证真空度的精确性,在真空室内部安装了计算机监控的真空传感器。旋转轴的尾部安装了步进电机,且旋转轴与筒式变形体采用螺纹连接,确保真空室与焊接室同步旋转,以及真空室前后移动和精确定位。真空室的整体结构设计尽量对称,这样在旋转和移动的过程中才能保证平稳。为此,将真空室的内腔设计成四方形,前端设计了核燃料棒管的插入口,尾部设计了步进电机安装结构,两侧分别设计了进气孔和真空传感器。整个真空室部件在直线导轨上移动,因此其质量不能太小,否则摇摆;也不能太大,否则惯性大而不易控制。另外,真空室的整体结构必须紧凑,才能保证传动的平稳性。真空室的整体结构如图3所示。真空室材料选用1CR18NI9TI不锈钢,通过锻压、过溶处理,以获得理想的机械性能及较高的抗腐蚀能力,又能在安装时保证其它重要的零件不被损坏。根据棒管环焊的工艺特点,要求真空室与焊接室保持远距离的同轴度,且很多零件都容易损坏,因此在设计时要尽量进行结构细分,不能进行大规模的整体设计。例如,筒式变形体要相对有独立性,在不拆除电机、真空度计等零部件的前提下,能够方便更换内部零件;步进电机也相对的独立,安装维护比较方便。这样设计虽然保证了加工维护的方便,但是各种零件的加工和安装误差很容易造成公差过大,从而导致研制的失败,所以设计时必须考虑整体结构的装配精度。2真空室的加工、安装和调试2.1真空室的加工和攻筒式变形体和旋转轴都是真空室的关键零部件,各零件加工精度要求比较高。根据通用机床加工的工艺特性,筒式变形体的零件采用精车加工,密封结合面采用精磨加工,以保证配合精度。旋转轴具有较高的同轴度要求,采用台阶直轴结构,以利于精车、精磨加工;密封槽进行精磨加工,以保证密封效果;旋转轴的左端面,采用精车即可达到精度要求。真空室的零部件大多数采用不锈钢材料,在零件加工时刀具磨损较大,费时又费力。尤其是加工不锈钢零件上螺纹孔的问题比较突出,特别是M3、M4小螺纹加工的难度较大,攻丝速度慢、丝锥磨损快,并且易断,零件易报废,这样就增加了真空室的研制费用,制造周期较长。针对这些问题,对丝攻切削油进行了更换、试验,采用用进口美孚润滑油和丝攻油混合,又用食用豆油及猪油作攻丝试验,但效果都不明显。最后,采用不脱脂肪酸的食用菜油作试验,结果攻丝轻松,速度明显提高,加工出的内螺纹质量较好,使钳工加工的零件质量得到了保证,又缩短了加工时间。2.2通过定位安装人机器,使旋转轴的旋转精度得到提高在装配真空室的过程时,测出旋转轴的轴颈和壳体孔有些误差。为了保证旋转轴的旋转精度,采用了测量轴承内圈孔的径向跳动的最高点作好标记,测量旋转轴轴颈的径向跳动的最低点作标记;同时,测量轴承外圈的最高点和壳体孔的最低点作好标记,使轴承内圈的最高点与旋转轴轴颈的最低点相对应装配,也使轴承外圈的最高点和壳体孔的最低点相对应装配,抵消了部分相对尺寸的加工误差,保证了旋转轴的装配精度,从而使旋转轴的旋转精度得到了提高。真空室的机体属于框架结构,长度为250CM、高度为185CM、宽度为45CM,机体分上、下二层,可以在地面上移动。上层是操作台,在装配操作台零部件时,发现布局分布不合理,框架头重脚轻,宽度方向移动时重心不稳。对焊机上无关紧要的零部件进行重新设计布局,把操作台上的二只真空泵装在下层两侧,给上层留出空间,使操作维修方便。另外,设计一只工具箱安装在下层中间,使下层的自重增加。这样设计既美观大方,又可以在任何方向平稳移动。2.3真空室前后移动真空室的调试是研制工作的关键。在调试过程中,发现原先设计的压紧螺塞是内圆孔,核燃料棒属于超长棒类零件,用机械手提起零件时,棒管挠度较大,很难将棒管对准插入真空室的孔;而且,还会造成棒管端面的碰撞,产生翻口。这样,就会划伤气囊,使气囊破裂损坏。后来,将压紧螺塞前端设计成一个导向的喇叭孔。一方面,起到引导棒管进入真空室的作用;另一方面,起到支撑棒管的作用,防止在旋转时管子变形过大,从而引起棒管的弯曲变形而不合格。在最初的设计方案中,真空室前后移动依靠汽缸推动。在调试过程中发现,真空室移动较慢,容易产生爬行现象;真空室移动较快,核燃料棒管定位不准确;而且,还会挤压棒管,高温焊接时棒管的表面出现皱纹,影响棒管的焊接质量。因此,改选步进电机驱动真空室的前后移动。但是,在调试中又出现负载大和速度高的情况,造成失步现象。后来,改用精度较高的同步轮传动,将整个真空室安装在同步直线导轨上移动,消除了传动过程中出现的因惯性大而失步的现象,使得真空室的前后移动精确,消除了爬行、定位不准等现象。3取代我国的电子束焊接设备目前,TIG焊接真空室已经在核工业部812厂正式投