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 PDFInfo
- 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
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
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。
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)
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 |
-
2018
- 2018-10-19 CN CN201811221026.3A patent/CN109609949A/zh active Pending
Cited By (1)
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 |