机械加工工艺对螺纹套管胀接结构拉脱力的影响研究

机械加工工艺对螺纹套管胀接结构拉脱力的影响研究

王祥槐

延长油田股份有限公司七里村采油厂   陕西延安  717100

摘要：当前，核燃料组件构成为燃料棒与骨架，其中骨架中管类型零部件装配实践中，一般应用薄壁胀接手段。套筒螺钉跟上管座，及其螺纹套管和导向管相关联，都会使用薄壁胀接。然而，核燃料组件工作环境在高热、高压、高辐射循环水中，伴随着辐照时长上升，及其组装应力、热应力等原因干扰，燃料棒、导向管及其骨架等零件势必发生形变。再加上干扰胀接质量的原因非常多，具体包含了管子和套管弹塑性形变能力、管子和套管空隙大小，及其管子与套管外部粗糙情况等。从而得出结论，管类零部件胀接稳定性针对核燃料组件反应堆内平稳运转起到了决定性作用。

关键词：机械加工工艺；螺纹套管胀接结构拉脱力；影响；研究

在核燃料组件装配实践中，一般利用薄壁零件胀接手段实施组装。采用不相同的机械加工技艺针对螺纹套管实施制作，且针对不相同机械加工技艺获得的螺纹套管实施胀接。利用胀接试验与拉伸试验，方才能明确不相同机械加工技艺针对螺纹套管胀接构造拉脱力的具体干扰。

一、具体试验原材料

    核反应堆当中不锈钢零部件原料完全采用铬镍奥氏体不锈钢与少数具备奥氏体组织高镍耐蚀合金。具体试验原材料选取国产AISI 316L不锈钢管料，外径16士0.06mm，壁厚2.1土0.1mm，极限拉伸强度681Mpa，屈服强度574Mpa，延伸率31.6%。此种类型不锈钢在机械加工中困难重重，比如：切削力度大、制作硬化加剧、不易断屑等。

二、具体制作技艺研究

2.1机械加工技艺

螺纹套管划分为螺纹段与薄壁段，薄壁段跟导向管胀接。最薄壁厚度在0.375mm，跟最大外径相比是1:42，跟轴长之比为1:126。然而，螺纹套管算是轴套薄壁零部件，对比壁厚度与本身径向、轴向大小差距非常大，且刚性较差。尤其在车削制作中，切削力、切削热、残余应力及装夹力等原因工作作用，很容易产生形变与振动，造成制作偏差，无法确保零部件精确度高外表面品质。因此，科学筛选工装夹具、刀具及其切削用量，方才使降低零部件形变的手段之一。

    然而，高速切削制作工具呈现出制作效率高、切削力弱、切削温度小、技艺系统形变小、薄壁零件制作形变小、制作精确度强、外表品质高等优势，尤其在薄壁回转体零部件制作中获得普及使用。而走心机被称为数控纵切车床，固定刀具位置借助主轴位移、旋转针对零部件实施制作。其数控纵切车窗车削过程中，棒料借助旋转导套轴向前给，刀具切削点靠近导套口端，减弱了棒料在刀具切削压力影响下的形变，确保了零部件精确度，针对制作细长轴类型零部件有显著优势。

2.2胀接技艺

核燃料零件中螺纹套管和导向管的胀接为各根锆合金导向管顶端套上另一根外径稍粗的不锈钢套管，且机械胀紧方法让二者紧密关联。借助拉杆往后位移，顶起鼓包，针对导向管实施挤压形成弹塑性形变。在原材料形变晶体填满导向管和螺纹套管间空隙，螺纹套管已发生弹塑形变。形变数量至顶峰之后，拉杆再次往前位移，排放挤压力。通常认为，鼓包尺寸增大，章节平稳性越强。然而，核燃料组件当中，需要螺纹套管和导向管胀接结构拉脱力势必不低于4501N。基于此，在试验中，利用万能试验机针对胀接之后导向管和螺纹套管试样实施拉伸，进一步做好拉脱力数据记载。

三、具体试验手段研究

    螺纹套管和导向管胀接产生在薄壁位置，分开利用A、B、C不同制作技艺针对薄壁实施制作，其他特性制作技艺相同。A技艺利用机床主轴实施薄壁段内外径制作。毕竟零部件制作长度超出了44mm，所以则要旋转导套模式实施制作。此会造成外径制作必须一次车削成形，不成功造成导套无扶持效果，且制作实践中产生径向跳动，致使零部件外径尺寸精确度不符合标准。A技艺加工刀具率先从平底钻孔，随后通过内孔刀与外径刀一次车削成形。此技艺用时较少，可减低制作内外径过程中刀具缠屑难题。B技艺在A技艺根本上优化了机床主背轴制作位置，通过机床背轴实施薄壁段内外径制作。B技艺也采取平底钻孔，从内孔刀车削一次外径，需使用六次车削成形，B技艺相比A技艺时间延长，且车削次数增加，刀具缠屑现象非常突出，则要处理刀具缠屑问题。C技艺则是在B技艺根本上不用平底钻，借助内孔刀四次与外径刀七次车削形成。所以，C技艺制作周期最长，内外径撤销数量最多，刀具缠屑问题非常严重，则要及时处理缠屑现象。

四、最终结论与解析

4.1螺纹套管机械加工针对拉脱力的干扰

针对制作样品薄壁段内外径大小及其粗糙度分开检验。三种制作技艺制作而成的螺纹套管，内外径及粗糙程度没有显著区别，观察粗糙度比较样块，粗糙度度R完全没有超出1.7μm。利用内外径千分尺针对此种技艺制作螺纹套管薄壁尺寸实施测量。结果制作的薄壁尺寸完全在公差范畴之内，内径评价尺寸具体为：12.656 mm、12.6601mm、12.6601mm，外径平均尺寸是13.395mm、13.398mm、13.394 mm。因此，三种制作技艺外径尺寸差别可不计算在内，内径尺寸差别在10。最终制作记忆零部件尺寸精确度和外表粗糙程度达到了相关标准需求。

此外，针对三种技艺制作成的螺纹套管实施胀接，随后针对鼓包实施测量。A技艺两个鼓包尺寸平均在14.63mm、14.59 mm， B技艺两个鼓包尺寸平均在14.62mm、14.58 mm，C技艺两个鼓包尺寸平均在14.62mm、14.58 mm。当鼓包尺寸差别不明显状况下，C技艺制作的架构拉脱力显著大于A与B技艺，平均架构拉脱力是5257N。B技艺平均架构拉脱力趋向于标准数值，具体为4411N。A技艺最小大致在3416N。

通过具体探究得出结论，不锈钢精密车削过程中，切削参数针对制作外表面制作硬化程度有直接干扰，制作硬化层能够实现数百微米，制作硬化针对薄壁件干扰非常明显，随后造成薄壁件弹塑性形变能力下降。A技艺内外径制作过程中，使用钻削及其外径整车削成形，钻削所形成的车削力非常大，同时外径制作切削深度强，制作硬化加重，造成螺纹套管弹塑性形变能力下降，残余压力下降，架构拉脱力下降。B技艺在A技艺根本上，优化了外径制作手段，降低单次车削深度，架构拉脱力显著上升，提升至1001N上下。C技艺在B技艺根本上进行改进，不采取钻削，且持续提升外径车削频率，架构拉脱力对比B技艺提升了801N。结果说明，制作螺纹套管进程中，不可只考量外形尺寸与外表粗糙度，且也需考量制作硬化针对零部件力学性能的实际干扰。

4.2螺纹套管和导向管胀接基础原理

螺纹套管和导向管胀接基本原理和锅炉、换热器管道。管板胀接基本原理相同，即为拉杆往后移动，支撑账套，形成鼓包针对导向管内紧实施压延，其在内壁平均受到压力之后形成塑性形变，管径持续上升，导向管外径胀满空隙，导向管外径在胀套影响下直径扩张时，金属顺着轴向形成移动，伴随张胀接上升，内径接触面四瓣先塑性形变，产生塑性形变深凹区，在管外径遭受胀套胀包压力，结果接触应力造成管壁观众间接接触位置也慢慢形成塑性形变，金属形成径向拓展与轴向移动，导向管锆合金晶粒破碎与金属移动形成了晶格畸变，导致导向管胀接位置硬度上升，导向管外径壁面位于弹性与塑性形变时段，随后螺纹套管持续提升导向管管外径压力，形成弹性形变，且发生部分塑性形变，胀接完毕之后，螺纹套管弹性形变回缩，而回缩量超出了导向管外壁面回缩量，所以，跟导向管之间发生了径向剩余压应力。胀接之后拉脱紧固力，通过螺纹套管与导向管外壁之间剩余压应力、胀管轴向长度、摩擦系数等确保，从而提升管相互间剩余接触应力为重中之重。

4.3胀接成型速率针对拉脱力的干扰

探究胀接成型速率针对胀接拉脱力大小的干扰，提升了胀接设施的液压油缸压力，压力数值达到压力阀设置数值之后，通过最大速率胀接，加速了胀包成型速率，把胀包尺寸到中值14.51mm，胀包尺寸平均值14.55mm。获知提升胀接成型速率，胀包拉脱力平均值5335.9N，对比正常胀接速率拉脱力平均值在5113.3N稍微上升，具体原因为在胀接成型速率上升过程中，导向管内壁形成塑性形变速率上升，晶格畸变能上升，晶粒之间黏结力上升，从而提升胀后拉脱力。

    汇总得知，国产螺纹套管与合金导向管胀接，螺纹套管应用很小进给量制作方案B，提升胀套进程尺寸到6.14mm，利用非常快的胀接成型速率状况下，胀接试样拉脱力获得了5301N，很好化解了胀接拉脱力小于4501N的技术难题。通过上述分析获知，针对胀接拉脱力干扰原因为：螺纹套管不相同的制作方案与提升胀套过渡段尺寸大小，从而针对拉脱力干扰有所改变，进而胀接成型速率干扰原因次之。

总结

总而言之，机械制作加工技艺针对螺纹套管此类薄壁零部件的制作硬化干扰非常大，进一步干扰零部件的弹塑性形变能力。基于此，需分批次利用较小车削深度及其小切削力的制作方法实施制作加工。从实验中不难发现，C技艺制作加工出来的螺纹套管胀接架构拉脱力数值在5256N，明显超出设计标准，此技艺制作加工可适用在类似螺纹套管的制作加工实践当中。

参考文献
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