[发明专利]一种大型双层薄壁D型截面真空室扇形段成环工艺方法

说明书

本发明属于磁约束受控热核聚变真空设备制造领域，具体涉及一种大型双层薄壁D型截面真空室扇形段成环工艺方法。具体而言，本发明通过D型段焊接内支撑工装，解决了内壳组对固定、检测和各段拼焊背面氩气保护问题，保证了20个扇形段尺寸一致性；利用激光投线仪和槽钢划线样板保证各条槽钢分布线位置的准确；采用机械消除应力方法降低了内壳与槽钢焊接应力，控制了内壳变形；通过对称跳焊塞焊外壳与槽钢，后拼焊外壳各瓣，控制了外壳塞焊变形和塞焊时外壳窜动错位；通过制作外壳检测工装，控制了塞焊过程外壳变形，检测外壳整体型面尺寸；通过振动时效，平衡了应力分布，稳定了型面尺寸。

技术领域

本发明属于磁约束受控热核聚变真空设备制造领域，具体涉及一种大型双层薄壁D型截面真空室扇形段成环工艺方法。

背景技术

真空室扇形段用于制造磁约束热核聚变装置中的主体部件真空室，根据国内外热核聚变研究现状设计的新型真空室中，扇形段是真空室的二十分之一，为空间双层双曲面D型截面薄壁结构，由内壳、流道槽钢和外壳焊接而成，主体材料为镍基合金N06625。

内壳、流道槽钢及外壳焊接结构刚性差，扇形段内外布置有大量支撑结构和线圈，型面精度要求很高，扇形段是真空室成环的基础。因此双层薄壁D型截面真空室扇形段成环难点在于内壳拼焊成环、组焊流道槽钢、塞焊外壳与流道槽钢、焊接应力的消除及20个扇形段一致性保证。现阶段亟需研制一种大型双层薄壁D型截面真空室扇形段成环工艺方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大型双层薄壁D型截面真空室扇形段成环工艺方法，以解决真空室中单个D型扇形段成环制造过程中的成形、组焊、形面尺寸控制等技术问题，使其各项尺寸精度、形面精度满足设计要求，进一步寻求实现扇形段批量化制造方法，以期提高效率、降低成本。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种大型双层薄壁D型截面真空室扇形段成环工艺方法，20个扇形段依次相连组成真空环，每个扇形段的横截面为D型、两个侧面之间的圆心角为18°；每个扇形段均为空间双层双曲面薄壁结构，由内壳、槽钢和外壳焊接而成，包括①直段、②上下对称的两个半径为375mm，圆心角为78.7°的R375段、③上下对称的两个半径为895mm，圆心角为55.56°的R895段、④半径为1910mm，圆心角为70.68°的R1910段四部分；其中直段的上端和下端分别与上下两个R375段相切，上下两个R375段的另一端分别与上下R895段相内切，上下两个R895段的另一端分别与R1910段的上端和下端相内切；

包括以下步骤：

1)设计并制作内支撑工装

内支撑工装由上部组件、中部组件和下部组件组成，各部件之间通过连接板和螺栓连接一体；

上部组件由三块厚度为20mm的环板一组成，每块环板一依次包括①上直线段、②半径为375mm，圆心角为78.7°的R375上段、③半径为895mm，圆心角为55.56°的R895上段、④半径为1910mm，圆心角为7°的R1910上段四部分；其中上直线段与R375上段在连接处相切，R895上段与R375上段在连接处相内切，R895上段与R1910上段在连接处相内切；相邻的两块环板一之间的圆心角为9°；在上直线段下部和R1910上段下部之间设置上加强板；三块环板一通过筋板组焊一体；

在每块环板一的上直线段与R375上段相切位置和R895上段与R1910上段相内切位置处设置缺口作为焊接时的氩气保护槽，在缺口处设置螺栓连接的带缺口的支撑板；

中部组件由三块厚度为20mm的中直线段和三块厚度为20mm的环板二组成，每块环板二是半径为1910mm，圆心角为56.68°的R1910中段；相邻的两块环板二之间的圆心角为9°；三块环板二通过筋板组焊一体；