CN109609949A - 一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法 - Google Patents

一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109609949A
CN109609949A CN201811221026.3A CN201811221026A CN109609949A CN 109609949 A CN109609949 A CN 109609949A CN 201811221026 A CN201811221026 A CN 201811221026A CN 109609949 A CN109609949 A CN 109609949A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cladding
auto
hook
pin hole
driving mechanism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811221026.3A
Other languages
English (en)
Inventor
黄仲佳
张联合
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningguo Hengcasting New Mstar Technology Ltd
Original Assignee
Ningguo Hengcasting New Mstar Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningguo Hengcasting New Mstar Technology Ltd filed Critical Ningguo Hengcasting New Mstar Technology Ltd
Priority to CN201811221026.3A priority Critical patent/CN109609949A/zh
Publication of CN109609949A publication Critical patent/CN109609949A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C21/00—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
    • G21C21/18—Manufacture of control elements covered by group G21C7/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

本发明属于自动化机械技术领域，具体涉及一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法，所述钩爪包括销孔和钩齿，利用电子束粉末自动熔覆堆焊技术对销孔内熔覆耐磨层，在熔覆耐磨层时分别由销孔的两侧向销孔中心进行熔覆；所述电子束粉末自动熔覆堆焊技术包括自动熔覆***、熔覆材料以及熔覆方法；自动熔覆***包括3D图像跟踪控制装置、激光熔覆装置、熔覆控制***。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中利用温度控制装置解决了基体温度低于堆焊层开裂的矛盾，进一步降低钴基熔覆层开裂倾向，调整钼元素含量，能够提高钴基熔覆层的硬度，并降低焊接裂纹；提高生产效率和产品合格率。

Description

一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法
技术领域
本发明属于自动化机械技术领域，具体涉及一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法。
背景技术
控制棒驱动机构是核电站反应堆中回路***的关键设备之一，是反应堆本体上具有动动摩擦的设备，钩爪组件作为其动作部件，依靠两组钩爪按时序运动的摆进摆出，从而完成驱动杆带动堆芯控制棒提升、下插动作，实现反应堆启动、功率调节、功率保持、正常停堆和事故停堆等功能。
钩爪的工作环境要求其具有耐磨、耐热、耐蚀等特性，特别是高温耐磨、高温耐蚀性能要求较高。因此，钩爪的耐磨、耐热及耐蚀性能直接决定整个控制棒驱动机构的使用寿命。钩爪基体采用核级304L不锈钢进行成型，具有良好的力学性能，但其耐热、耐磨、耐腐蚀性能达不到要求，因此驱动机构的钩爪表面和销孔等通常堆焊钴基材料，使得钩爪具有耐磨、耐热、耐蚀等特性。
在钩爪表面堆焊钴基过程中，要求钩爪基体温度不能高于400℃，以避免钩爪基体304不锈钢析出脆性相，导致钩爪力学性能达不到要求。但由于钩爪的内小孔直径很小，只有8mm；另外堆焊层单边厚度达到2mm，内孔长度32mm。内孔的尺寸导致内壁堆焊难度极大，送丝困难。目前，通常采用人工进行氧乙炔火焰堆焊，虽然勉强能获得成型。
但存在很多弊端：1、火焰堆焊时，304不锈钢基体温度无法控制，焊接过程中基体温度超过500℃以上；2、填丝不均匀，堆焊层厚度极为不均，经常出现厚度小于2mm的凹洼段，导致零件报废；3、对造作工人的要求极高，生产效率极慢，合格率低于50%；4、火焰堆焊的材料只能采用焊丝，而焊丝的材料成分调整不够灵活。以上这些弊端导致钩爪的成本居高不下。
激光熔覆技术是一种新型的零件加工与表面改型技术，具有较低稀释率、热影响区小、与基面形成冶金结合、熔覆件扭曲变形比较小、过程易于实现自动化等优点，激光熔覆中的过程参数主要有激光功率、光斑直径、离焦量、送粉速度、扫描速度、熔池温度等，这些过程参数对熔覆层的稀释率、裂纹、表面粗糙度以及熔覆零件的致密性都有着很大的影响，同时，各参数之间也互相影响；随着控制技术以及计算机技术的发展，激光熔覆技术越来越向智能化、自动化方向前进，能够实现直线、旋转的一维激光熔覆，也可实现经过X和Y两个方向同时运动的二维熔覆，以及三维同时运动熔覆构造金属临建发展，如今，已经把激光器、五轴联动数控激光加工机、外光路***、自动化可调合金粉末输送***（也可送丝）、专用CAD/CAM软件和全过程参数检测***，集成构筑了闭环控制***，直接制造出金属零件。
发明内容
本发明的目的是针对现有问题，提供了一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法。
本发明通过温度控制装置保证钩爪基体温度，从而保证其力学性能不受影响，但由于钩爪基体的温度低，估计材料硬度达到HRC40，焊接温度低于450℃容易产生焊层开裂，解决钩爪基体温度低与堆焊层开裂的矛盾，利用3D图像跟踪控制的优势，采用跳跃式扫描间断熔覆方法，优化熔覆工艺，得到致密、无裂纹的钴基熔覆层。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法，所述钩爪包括贯穿钩爪基体的销孔和设于钩爪一侧的钩齿，利用电子束粉末自动熔覆堆焊技术对销孔内熔覆耐磨层，所述销孔以销孔中心面两侧对称，形成两个圆台形销孔，两个圆台形销孔的小半径底面重合，在熔覆耐磨层时分别由销孔的两侧向销孔中心进行熔覆；所述电子束粉末自动熔覆堆焊技术包括自动熔覆***、熔覆材料以及熔覆方法；
其中，自动熔覆***包括3D图像跟踪控制装置、激光熔覆装置、熔覆控制***；
所述熔覆材料为钴基粉，钴基粉中碳重量含量不大于0.15%；
所述熔覆方法为跳跃式扫描熔覆方法包括以下内容：
（1）由销孔中心面处向销孔外进行熔覆，根据熔覆顺序，前后两个熔覆点设为一组，每组两个熔覆点之间的间隔大于5mm，后一个熔覆点熔覆完成后，在前一个熔覆点后侧进行下一组熔覆；
（2）当后一个熔覆点位于销孔最外侧位置时，此时按照上述熔覆方向依次进行熔覆，相邻两次熔覆之间设置熔覆间隔时间。
作为对上述方案的进一步改进，所述自动熔覆***还包括温度控制装置，控制钩爪基体温度不超过400℃，有效避免钩爪基体析出脆相，保证钩爪力学性能不受影响。
作为对上述方案的进一步改进，所述温度控制装置为冷却模具，冷却模具的内腔结构与钩爪的外形形状相同，在工作时，冷却模具套设在钩爪外周，冷却模具中设有随型冷却水路，能够保证冷却模具能够长时间连续工作。
作为对上述方案的进一步改进，所述冷却模具为铜材冷却模具。
作为对上述方案的进一步改进，所述铜材冷却模具在熔覆过程中进行全程监控，铜材冷却模具的温度不超过200℃。
作为对上述方案的进一步改进，所述3D图像跟踪控制装置由精密3D扫描仪实时成像，反馈至熔覆控制***，熔覆控制***控制激光熔覆装置根据实时成像自动控制熔覆。
作为对上述方案的进一步改进，所述钴基粉中钼重量含量为28-32%。
作为对上述方案的进一步改进，所述钴基粉按重量百分比，包括以下成分碳0.1%-0.15%，铬28-33%，硅1.0%-1.5%，钨3.5-4.5%，铁小于3%，钼28-32%，镍2.5-3.5%，锰0.5-1%，钴余量。
作为对上述方案的进一步改进，所述激光熔覆装置的工艺参数为激光功率500W，扫描速度800mm/s，光斑大小0.2mm。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中利用温度控制装置解决了基体温度低于堆焊层开裂的矛盾，采用跳跃式扫描间断熔覆方法，避免连续扫描熔覆时输入量大，形成钴基热裂，合理设计每组熔覆点间距，保证前个熔覆点温度传到冷却；改进钴基粉元素配比，降低碳含量进一步降低钴基熔覆层开裂倾向，调整钼元素含量，能够提高钴基熔覆层的硬度，并降低焊接裂纹；提高生产效率和产品合格率。
附图说明
图1是本发明的侧视图。
图2是熔覆过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
本发明最关键的构思在于：通过温度控制装置保证钩爪基体温度，从而保证其力学性能不受影响，但由于钩爪基体1的温度低，估计材料硬度达到HRC40，焊接温度低于450℃容易产生焊层开裂，解决钩爪基体1温度低与堆焊层开裂的矛盾，利用3D图像跟踪控制的优势，采用跳跃式扫描间断熔覆方法，优化熔覆工艺，得到致密、无裂纹的钴基熔覆层。
如图1-2中所示，一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法，所述钩爪包括贯穿钩爪基体1的销孔3和设于钩爪一侧的钩齿2，利用电子束粉末自动熔覆堆焊技术对销孔内熔覆耐磨层，所述销孔3以销孔3中心面两侧对称，形成两个圆台形销孔，两个圆台形销孔的小半径底面重合，在熔覆耐磨层时分别由销孔的两侧向销孔中心进行熔覆；所述电子束粉末自动熔覆堆焊技术包括自动熔覆***、熔覆材料以及熔覆方法；
其中，自动熔覆***包括3D图像跟踪控制装置、激光熔覆装置、熔覆控制***、温度控制装置；
所述温度控制装置控制钩爪基体1温度不超过400℃；所述温度控制装置为冷却模具，冷却模具的内腔结构与钩爪的外形形状相同，在工作时，冷却模具套设在钩爪外周，冷却模具中设有随型冷却水路，能够保证冷却模具能够长时间连续工作；所述冷却模具为铜材冷却模具；所述铜材冷却模具在熔覆过程中进行全程监控，铜材冷却模具的温度不超过200℃；
所述3D图像跟踪控制装置由精密3D扫描仪实时成像，反馈至熔覆控制***，熔覆控制***控制激光熔覆装置根据实时成像自动控制熔覆；
所述熔覆材料为钴基粉，所述钴基粉按重量百分比，包括以下成分碳0.1%-0.15%，铬28-33%，硅1.0%-1.5%，钨3.5-4.5%，铁小于3%，钼28-32%，镍2.5-3.5%，锰0.5-1%，钴余量；
所述熔覆方法为跳跃式扫描熔覆方法包括以下内容：
（1）由销孔中心面处向销孔外进行熔覆，根据熔覆顺序，前后两个熔覆点设为一组，每组两个熔覆点之间的间隔大于5mm，后一个熔覆点熔覆完成后，在前一个熔覆点后侧进行下一组熔覆；
在图2中，熔覆点一61和熔覆点二62为一组熔覆点，激光熔覆装置的熔覆头在位置一4时对熔覆点一进行熔覆，完成后跳跃至位置二40对熔覆点二62进行熔覆，完成后，再到熔覆点一61的后侧对熔覆点三63进行熔覆，重复；
（2）当后一个熔覆点位于销孔3最外侧位置时，此时按照上述熔覆方向依次进行熔覆，相邻两次熔覆之间设置熔覆间隔时间。
其中，所述激光熔覆装置的工艺参数为激光功率500W，扫描速度800mm/s，光斑大小0.2mm。
本发明中利用温度控制装置解决了基体温度低于堆焊层开裂的矛盾，采用跳跃式扫描间断熔覆方法，避免连续扫描熔覆时输入量大，形成钴基热裂，合理设计每组熔覆点间距，保证前个熔覆点温度传到冷却；改进钴基粉元素配比，降低碳含量进一步降低钴基熔覆层开裂倾向，调整钼元素含量，能够提高钴基熔覆层的硬度，并降低焊接裂纹；提高生产效率和产品合格率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法，所述钩爪包括贯穿钩爪基体的销孔和设于钩爪一侧的钩齿，其特征在于，利用电子束粉末自动熔覆堆焊技术对销孔内熔覆耐磨层，所述销孔以销孔中心面两侧对称，形成两个圆台形销孔，两个圆台形销孔的小半径底面重合，在熔覆耐磨层时分别由销孔的两侧向销孔中心进行熔覆；所述电子束粉末自动熔覆堆焊技术包括自动熔覆***、熔覆材料以及熔覆方法；
其中，自动熔覆***包括3D图像跟踪控制装置、激光熔覆装置、熔覆控制***；
所述熔覆材料为钴基粉，钴基粉中碳重量含量不大于0.15%；
所述熔覆方法为跳跃式扫描熔覆方法包括以下内容：
（1）由销孔中心面处向销孔外进行熔覆，根据熔覆顺序，前后两个熔覆点设为一组，每组两个熔覆点之间的间隔大于5mm，后一个熔覆点熔覆完成后，在前一个熔覆点后侧进行下一组熔覆；
（2）当后一个熔覆点位于销孔最外侧位置时，此时按照上述熔覆方向依次进行熔覆，相邻两次熔覆之间设置熔覆间隔时间。
2.一种如权利要求1所述核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法，其特征在于，所述自动熔覆***还包括温度控制装置，控制钩爪基体温度不超过400℃。
3.如权利要求1或2所述一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法，其特征在于，所述温度控制装置为冷却模具，冷却模具的内腔结构与钩爪的外形形状相同，在工作时，冷却模具套设在钩爪外周，冷却模具中设有随型冷却水路。
4.如权利要求3所述一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法，其特征在于，所述冷却模具为铜材冷却模具。
5.如权利要求4所述一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法，其特征在于，所述铜材冷却模具在熔覆过程中进行全程监控，铜材冷却模具的温度不超过200℃。
6.如权利要求1或2所述一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法，其特征在于，所述3D图像跟踪控制装置由精密3D扫描仪实时成像，反馈至熔覆控制***，熔覆控制***控制激光熔覆装置根据实时成像自动控制熔覆。
7.如权利要求1或2所述一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法，其特征在于，所述钴基粉中钼重量含量为28-32%。
8.如权利要求7所述一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法，其特征在于，所述钴基粉按重量百分比，包括以下成分碳0.1%-0.15%，铬28-33%，硅1.0%-1.5%，钨3.5-4.5%，铁小于3%，钼28-32%，镍2.5-3.5%，锰0.5-1%，钴余量。
9.如权利要求1或2所述一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法，其特征在于，所述激光熔覆装置的工艺参数为激光功率500W，扫描速度800mm/s，光斑大小0.2mm。
CN201811221026.3A 2018-10-19 2018-10-19 一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法 Pending CN109609949A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811221026.3A CN109609949A (zh) 2018-10-19 2018-10-19 一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811221026.3A CN109609949A (zh) 2018-10-19 2018-10-19 一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109609949A true CN109609949A (zh) 2019-04-12

Family

ID=66002019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811221026.3A Pending CN109609949A (zh) 2018-10-19 2018-10-19 一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109609949A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113981276A (zh) * 2021-10-29 2022-01-28 江苏新航合金科技有限公司 一种耐磨堆焊用钴基合金材料

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113981276A (zh) * 2021-10-29 2022-01-28 江苏新航合金科技有限公司 一种耐磨堆焊用钴基合金材料

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106425490B (zh) 一种增减材复合加工设备及其应用
WO2016070776A1 (zh) 核电站压力容器筒体电熔成形方法
CN106001571B (zh) 一种金属零件激光选区合金化增材制造方法
CN101709468A (zh) 激光感应复合熔覆快速制备梯度金属陶瓷复合材料的方法
CN106001569B (zh) 一种曲面薄壳层结构金属增材制备方法
CN107931781A (zh) 双金属复合材料电弧增材制造装置及其制造方法
WO2016070779A1 (zh) 核电站稳压器筒体电熔成形方法
WO2016070777A1 (zh) 核电站蒸发器筒体电熔成形方法
CN111545870A (zh) 一种功能梯度材料双丝双电弧增材制造***与方法
US12036605B2 (en) Manufacturing additively manufactured article, and additively manufactured article
CN112894087B (zh) 一种管板镍基合金双钨极单热丝自动钨极氩弧焊堆焊工艺
EP2551376A1 (en) Method for forming metal membrane
CN108165982A (zh) 一种超高速率激光熔覆制备镍基耐磨耐蚀涂层的方法
CN110919135B (zh) 一种曲面轴瓦表面巴氏合金复合焊接制备方法
CN108339984B (zh) 基于丝材3d打印的铸锻件表面生长复杂结构的方法
CN105200420A (zh) 一种铸铁气缸盖鼻梁区激光熔覆工艺
CN107598402A (zh) 控制棒驱动机构异种金属厚壁对接焊缝一次成型焊接工艺
CN110449760A (zh) 一种冲击式转轮精焊方法及结构
CN109609949A (zh) 一种核反应堆控制驱动机构钩爪的自动熔覆方法
CN114833352B (zh) 用于梯度功能金属零件的同步送丝送粉激光增材制造方法
CN103924238A (zh) 在Q550钢上激光熔覆Ni基合金+B4C增强相的方法
CN108115132A (zh) 一种具有新型耐磨层结构的钩爪及其制造方法
CN110977347A (zh) 一种曲面轴瓦表面巴氏合金复合焊接制备方法
CN107858680A (zh) 一种减小激光熔覆金属涂层残余应力的方法
CN108115133A (zh) 一种具有新型耐磨层结构的钩爪及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190412