專利名稱：高精度方形鋯合金元件盒加工中用的焊接模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于焊接裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高精度方形鋯合金元件盒加工中用 的焊接模具。
背景技術(shù)：
鋯合金元件盒，簡稱“鋯盒”或“元件盒”，是沸水堆(BWR)與低溫核供熱反應(yīng)堆 (NHR)中的主要部件，它由合金板材制成。鋯盒內(nèi)側(cè)為棒束燃料組件，四個(gè)鋯盒在堆內(nèi) 布置構(gòu)成的寬水隙為十字翼控制棒的通道。元件盒的加工精度包括內(nèi)外截面的尺寸公差、 四個(gè)平面的形狀公差(平面度)與位置公差(平行度或垂直度)，為了保證棒束燃料組件順 利地插入元件盒以及十字翼控制棒在反應(yīng)堆全壽期內(nèi)的各種工況下能夠自如地上下運(yùn)動， 元件盒的加工精度必須很高且保證四角的彎曲半徑尤其是外表面圓角應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)設(shè)計(jì)研究院于1989年研制成功的5MW低溫核供熱反 應(yīng)堆(NHR-5)是我國首次使用方形鋯盒的反應(yīng)堆。其加工路線為在算出方形鋯盒所需板 材寬度后下料，然后圍成圓桶后焊接，再經(jīng)過多道次拉拔將圓桶拉拔成方形鋯盒。該工藝為 國內(nèi)外首創(chuàng)，但加工精度有一定的局限，由于拉拔力較大且不完全對中，導(dǎo)致鋯盒的整體扭 轉(zhuǎn)量與鐮刀彎曲量(形狀公差)較大；采用多套拉拔模具與專用機(jī)床，加工周期長、成本高?，F(xiàn)有技術(shù)中有涉及鋯合金元件盒的加工方法，它們均采取將定尺寸板材折彎成型 后，再激光焊接或等離子體焊接成方形鋯盒。這些技術(shù)中，沒有具體的焊接專用模具的設(shè) 計(jì)。焊接是高精度鋯合金元件盒的加工中最重要的工序，焊接質(zhì)量直接影響鋯盒的整體加 工精度，即鋯盒截面尺寸、表面粗糙度、對面平行度等，此外還影響鋯盒焊縫的金相組織與 力學(xué)性能等，焊接質(zhì)量不過關(guān)將直接判為廢品。由于鋯板冷折彎成型后存在回彈，且兩個(gè)U 型鋯槽的尺寸存在誤差，因此二者對焊時(shí)，如不采取有效措施難以保證兩個(gè)U型鋯槽對焊 時(shí)的槽邊間隙量以及焊縫的錯(cuò)邊量、凸凹不平度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。所以為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在 方形鋯合金元件盒加工過程中就需要采用一套專用焊接模具。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種高精度方形鋯合金元件盒加工中用的焊接模具，可 應(yīng)用于高精度方形鋯合金元件盒加工中的焊接，保證方形鋯合金元件盒的整體加工精度。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，高精度方形鋯合金元件盒加工中用的焊接模 具，由鋯盒支撐結(jié)構(gòu)、鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)與模具裝拆機(jī)構(gòu)組成；鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)置在 鋯盒支撐結(jié)構(gòu)外部，定位機(jī)構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面，模具裝拆機(jī)構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓 緊結(jié)構(gòu)的兩端面與鋯盒支撐結(jié)構(gòu)之間；鋯盒支撐結(jié)構(gòu)是包括由上楔狀四棱柱與下楔狀四棱柱組成的組合內(nèi)胎，上楔狀 四棱柱下表面為上楔狀四棱柱結(jié)合面，上楔狀四棱柱結(jié)合面上設(shè)置有鍵槽，下楔狀四棱柱 上表面為下楔狀四棱柱結(jié)合面，下楔狀四棱柱結(jié)合面上設(shè)置有鍵，鍵槽與鍵為小間隙配合； 組合內(nèi)胎的兩端端部設(shè)置有上定位軸與下定位軸，上定位軸在上楔狀四棱柱上設(shè)置，下定位軸在下楔狀四棱柱上設(shè)置；組合內(nèi)胎的上下兩面設(shè)置有上矩形長槽與下矩形長槽；鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)是包括外胎，外胎的上下表面設(shè)置有長孔，外胎內(nèi)還設(shè)置有寬壓板 與窄壓板，外胎的四個(gè)側(cè)面設(shè)置有壓緊螺釘與第一墊圈；定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是包括外胎兩端部設(shè)置的端部壓蓋，端部壓蓋中心設(shè)置有定位 孔，上楔狀四棱柱兩端的上定位軸、下楔狀四棱柱兩端的下定位軸同時(shí)穿出定位孔固定；模具裝拆機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是包括與上楔狀四棱柱兩端連接的第一內(nèi)胎安裝螺桿、第 一內(nèi)胎拆卸螺桿，還包括與下楔狀四棱柱兩端連接的第二內(nèi)胎拆卸螺桿與第二內(nèi)胎安裝螺 桿，第一內(nèi)胎安裝螺桿、第一內(nèi)胎拆卸螺桿、第二內(nèi)胎拆卸螺桿與第二內(nèi)胎安裝螺桿分別穿 出端部壓蓋上的圓孔，并與各自組合內(nèi)胎螺紋聯(lián)接；第一內(nèi)胎安裝螺桿、第一內(nèi)胎拆卸螺 桿、第二內(nèi)胎拆卸螺桿、第二內(nèi)胎安裝螺桿上分別設(shè)置有螺母。本實(shí)用新型的特征還在于，組合內(nèi)胎的四個(gè)角設(shè)置有方形缺口。外胎的兩個(gè)端設(shè)有止口。U型鋯槽與寬壓板之間、U型鋯槽與窄壓板之間分別設(shè)置有橡膠墊。本實(shí)用新型高精度方形鋯合金元件盒加工中用的焊接模具，可以將兩塊U型鋯槽 固定在組合內(nèi)胎外面，再通過鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)壓緊固定，定位機(jī)構(gòu)保證組合內(nèi)胎、外胎及U型 鋯槽間的同軸度，模具裝拆機(jī)構(gòu)用于將焊接后的U型鋯槽從組合內(nèi)胎上取下。本實(shí)用新型 結(jié)構(gòu)新穎、簡單緊湊、易于搬運(yùn)，可應(yīng)用于NHR與BWR用的高精度方形鋯合金元件盒加工中 的焊接。

圖1是本實(shí)用新型焊接模具的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是圖1的左視圖；圖4是圖1的B-B向視圖。圖中，1.U型鋯槽，2.上楔狀四棱柱，2a.鍵槽，2b.第一方形缺口，2c.上楔狀四 棱柱結(jié)合面，2d.上矩形長槽，2e.上定位軸，3.下楔狀四棱柱，3a.鍵，3b.第二方形缺口， 3c.下楔狀四棱柱結(jié)合面，3d.下矩形長槽，3e.下定位軸，4.外胎，4a.焊縫，4b.長孔， 4c.止口，5.寬壓板，6.窄壓板，7.壓緊螺釘，8.第一墊圈，9.橡膠墊，10.端部壓蓋，11.第 一內(nèi)胎安裝螺桿，12.第一螺母，13.第二墊圈，14.第二螺母，15.第一內(nèi)胎拆卸螺桿，16.第 二內(nèi)胎拆卸螺桿，17.第三螺母，18.第三墊圈，19.第四螺母，20.第二內(nèi)胎安裝螺桿。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)用新型高精度方形鋯合金元件盒加工中用的焊接模具的結(jié)構(gòu)如圖1-圖4所 示，包括鋯盒支撐結(jié)構(gòu)、鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、鋯盒表面保護(hù)裝置與模具裝拆機(jī)構(gòu)組成； 鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)置在鋯盒支撐結(jié)構(gòu)外部，鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)與鋯盒支撐結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有待焊接 的U型鋯槽1 ；定位機(jī)構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面，鋯盒表面保護(hù)裝置為在U型鋯槽1 與鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)之間；模具裝拆機(jī)構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面與鋯盒支撐結(jié)構(gòu)上。[0023]具體來說，鋯盒支撐結(jié)構(gòu)包括由上楔狀四棱柱2與下楔狀四棱柱3組成的組合內(nèi) 胎，上楔狀四棱柱2下表面為上楔狀四棱柱結(jié)合面2c，上楔狀四棱柱結(jié)合面2c上設(shè)置有鍵 槽2a，下楔狀四棱柱3上表面為下楔狀四棱柱結(jié)合面3c，下楔狀四棱柱結(jié)合面3c上設(shè)置有 鍵3a，鍵槽2a與鍵3a為小間隙配合；在組合內(nèi)胎沿軸向的四個(gè)角設(shè)置有兩個(gè)第一方形缺 口 2b與兩個(gè)第二方形缺口 3b，兩個(gè)第一方形缺口 2b在上楔狀四棱柱2上設(shè)置，兩個(gè)第二 方形缺口 3b在下楔狀四棱柱3上設(shè)置，目的為了避開U型鋯槽1的四周圓角；在組合內(nèi)胎 的兩端端部設(shè)置有上定位軸2e、下定位軸3e，上定位軸2e在上楔狀四棱柱2上設(shè)置，下定 位軸3e在下楔狀四棱柱3上設(shè)置；組合內(nèi)胎的上下兩面設(shè)置有上矩形長槽2d與下矩形長 槽3d，目的是為了在焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量可以通過上矩形長槽2d與下矩形長槽3d向外部導(dǎo) 出；鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)置在鋯盒支撐結(jié)構(gòu)外部，鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)包括外胎4，外胎4的上下 表面設(shè)置有長孔4b，長孔4b作為焊接操作空間，長孔4b與兩塊U型鋯槽之間的焊縫4a位 置相對；外胎4內(nèi)左右豎直設(shè)置有兩塊寬壓板5，外胎4內(nèi)上下各平行設(shè)置有二塊窄壓板6， 外胎4四個(gè)側(cè)面設(shè)置有壓緊螺釘7與第一墊圈8，壓緊螺釘7施加載荷于寬壓板5與窄壓板 6，并將焊接時(shí)的U型鋯槽1緊緊地壓貼在組合內(nèi)胎上，使被焊接邊間的間隙最小、錯(cuò)邊量最 小。定位機(jī)構(gòu)包括在外胎4兩端部設(shè)置的端部壓蓋10，端部壓蓋10中心設(shè)置有定位 孔，上楔狀四棱柱2兩端的上定位軸2e、下楔狀四棱柱3兩端的下定位軸3e同時(shí)穿出定位 孔固定；外胎4的兩個(gè)端部還設(shè)有止口 4c，從而使得端部壓蓋10、外胎4端部止口 4c、端部 壓蓋10定位孔與組合內(nèi)胎上定位軸2e、下定位軸3e之間配合共同保證組合內(nèi)胎、外胎4及 U型鋯槽1間的同軸度。鋯盒表面保護(hù)裝置為在U型鋯槽1與寬壓板5、U型鋯槽1與窄壓板6之間設(shè)置的 橡膠墊9，起到保護(hù)作用。模具裝拆機(jī)構(gòu)包括兩對螺桿、螺母結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)具體為包括與上楔狀四棱柱2兩 端連接的第一內(nèi)胎安裝螺桿11、第一內(nèi)胎拆卸螺桿15，還包括與下楔狀四棱柱3兩端連接 的第二內(nèi)胎拆卸螺桿16與第二內(nèi)胎安裝螺桿20，第一內(nèi)胎安裝螺桿11、第一內(nèi)胎拆卸螺桿 15、第二內(nèi)胎拆卸螺桿16、第二內(nèi)胎安裝螺桿20分別穿出端部壓蓋10上的圓孔，并與各自 組合內(nèi)胎通過螺紋聯(lián)接；在第一內(nèi)胎安裝螺桿11、第一內(nèi)胎拆卸螺桿15、第二內(nèi)胎拆卸螺 桿16、第二內(nèi)胎安裝螺桿20上分別設(shè)置有第一螺母12、第二螺母14、第三螺母17、第四螺 母19，在第一內(nèi)胎安裝螺桿11、第二內(nèi)胎安裝螺桿20上還分別設(shè)置有第二墊圈13與第三 墊圈18 ；第一內(nèi)胎安裝螺桿11與第一螺母12、第二內(nèi)胎安裝螺桿20與第四螺母19用于組 合內(nèi)胎的安裝，第一內(nèi)胎拆卸螺桿15與第二螺母14、第二內(nèi)胎拆卸螺桿16與第三螺母17 用于組合內(nèi)胎的拆卸。安裝時(shí)，將第二螺母14、第三螺母17擰下；逐步擰緊第一螺母12、第 四螺母19調(diào)整上楔狀四棱柱2、下楔狀四棱柱3的相對位置，使組合內(nèi)胎完全支撐住U型鋯 槽1。焊接完畢后組合內(nèi)胎拆卸時(shí)，先將第一螺母12、第四螺母19擰下，再逐步擰緊第二螺 母14、第三螺母17即可脫開組合內(nèi)胎。本實(shí)用新型高精度方形鋯合金元件盒加工中用的焊接模具的使用過程是，將兩塊 U型鋯槽1固定在組合內(nèi)胎外面，再將U型鋯槽1通過鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)壓緊固定，定位機(jī)構(gòu)保 證組合內(nèi)胎、外胎4及U型鋯槽1間的同軸度，模具裝拆機(jī)構(gòu)用于將焊接后的U型鋯槽1從組合內(nèi)胎上取下。兩個(gè)U型鋯槽1的焊縫4a處與外胎4對接的長孔4b開口處一致。采用 真空電子束對焊縫4a處進(jìn)行焊接. 本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)新穎、簡單緊湊、易于搬運(yùn)，可應(yīng)用于NHR與BWR用的高精度方形 鋯合金元件盒加工中的焊接。
權(quán)利要求一種高精度方形鋯合金元件盒加工中用的焊接模具，其特征在于，由鋯盒支撐結(jié)構(gòu)、鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)與模具裝拆機(jī)構(gòu)組成；所述鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)置在鋯盒支撐結(jié)構(gòu)外部，所述定位機(jī)構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面，所述模具裝拆機(jī)構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面與鋯盒支撐結(jié)構(gòu)之間；所述鋯盒支撐結(jié)構(gòu)是包括由上楔狀四棱柱(2)與下楔狀四棱柱(3)組成的組合內(nèi)胎，所述上楔狀四棱柱(2)下表面為上楔狀四棱柱結(jié)合面(2c)，所述上楔狀四棱柱結(jié)合面(2c)上設(shè)置有鍵槽(2a)，所述下楔狀四棱柱(3)上表面為下楔狀四棱柱結(jié)合面(3c)，所述下楔狀四棱柱結(jié)合面(3c)上設(shè)置有鍵(3a)，鍵槽(2a)與鍵(3a)為小間隙配合；所述組合內(nèi)胎的兩端端部設(shè)置有上定位軸(2e)與下定位軸(3e)，所述上定位軸(2e)在上楔狀四棱柱(2)上設(shè)置，所述下定位軸(3e)在下楔狀四棱柱(3)上設(shè)置；組合內(nèi)胎的上下兩面設(shè)置有上矩形長槽(2d)與下矩形長槽(3d)；所述鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)是包括外胎(4)，外胎(4)的上下表面設(shè)置有長孔(4b)，外胎(4)內(nèi)還設(shè)置有寬壓板(5)與窄壓板(6)，所述外胎(4)的四個(gè)側(cè)面設(shè)置有壓緊螺釘(7)與第一墊圈(8)；所述定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是包括外胎(4)兩端部設(shè)置的端部壓蓋(10)，端部壓蓋(10)中心設(shè)置有定位孔，上楔狀四棱柱(2)兩端的上定位軸(2e)、下楔狀四棱柱(3)兩端的下定位軸(3e)同時(shí)穿出定位孔固定；所述模具裝拆機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是包括與上楔狀四棱柱(2)兩端連接的第一內(nèi)胎安裝螺桿(11)、第一內(nèi)胎拆卸螺桿(15)，還包括與下楔狀四棱柱(3)兩端連接的第二內(nèi)胎拆卸螺桿(16)與第二內(nèi)胎安裝螺桿(20)，所述第一內(nèi)胎安裝螺桿(11)、第一內(nèi)胎拆卸螺桿(15)、第二內(nèi)胎拆卸螺桿(16)與第二內(nèi)胎安裝螺桿(20)分別穿出端部壓蓋(10)上的圓孔，并與各自組合內(nèi)胎螺紋聯(lián)接；所述第一內(nèi)胎安裝螺桿(11)、第一內(nèi)胎拆卸螺桿(15)、第二內(nèi)胎拆卸螺桿(16)、第二內(nèi)胎安裝螺桿(20)上分別設(shè)置有螺母。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接模具，其特征在于，所述組合內(nèi)胎的四個(gè)角設(shè)置有方形 缺口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接模具，其特征在于，所述外胎(4)的兩個(gè)端設(shè)有止口 (4c)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接模具，其特征在于，所述U型鋯槽(1)與寬壓板(5)之 間、U型鋯槽(1)與窄壓板(6)之間分別設(shè)置有橡膠墊(9)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高精度方形鋯合金元件盒加工中用的焊接模具，由鋯盒支撐結(jié)構(gòu)、鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)與模具裝拆機(jī)構(gòu)組成，鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)置在鋯盒支撐結(jié)構(gòu)外部，定位機(jī)構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面，模具裝拆機(jī)構(gòu)設(shè)置在鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)的兩端面與鋯盒支撐結(jié)構(gòu)之間。本實(shí)用新型焊接模具，可以將兩塊U型鋯槽固定在組合內(nèi)胎外面，再通過鋯盒壓緊結(jié)構(gòu)壓緊固定，定位機(jī)構(gòu)保證組合內(nèi)胎、外胎及U型鋯槽間的同軸度，模具裝拆機(jī)構(gòu)用于將焊接后的U型鋯槽從組合內(nèi)胎上取下。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)新穎、簡單緊湊、易于搬運(yùn)，可應(yīng)用于NHR與BWR用的高精度方形鋯合金元件盒加工中的焊接。
文檔編號B23K37/053GK201711728SQ20102026328
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者葉子申, 徐勇, 王德華, 翁忠亮, 蔣躍元, 袁改煥 申請人:國核寶鈦鋯業(yè)股份公司;清華大學(xué)