鋯合金管坯壁厚自動超聲檢測與砂帶磨削關鍵技術研究.pdf

1、化學元素鋯具有出色的核性能，以鋯為基體添加其他元素所構成的合金已被廣泛用作核動力水冷反應堆的燃料包殼管材料。作為與反應堆核燃料直接發(fā)生接觸的第一道防護線，鋯合金包殼管承受著異常復雜與惡劣的外部環(huán)境，為防止其因加工缺陷而發(fā)生局部腐蝕破損、延長其使用壽命，實際生產(chǎn)中對其壁厚均勻性和外表面加工質(zhì)量提出了嚴格的要求。
　　針對經(jīng)過熱擠壓和內(nèi)孔珩磨后的鋯合金管坯壁厚分布不均、外表面加工質(zhì)量要求高的加工難題，并在其存在一定的橢圓度（約10％D

2、）與彎曲度（約2.5/1000mm）的情況下，本文以保證鋯合金管坯壁厚的均勻性（壁厚偏差≤0.2mm）和其外表面的光滑性（表面粗糙度Ra≤0.8μm）為研究目的，采用理論研究與實驗驗證的研究方法，對管坯壁厚自動超聲檢測與砂帶磨削關鍵技術進行研究，開發(fā)了一套可自動生成數(shù)控NC磨削加工程序的軟件，實現(xiàn)了對鋯合金管坯壁厚偏差及其表面加工質(zhì)量的自動化加工，顯著的提升了加工效率，為解決因對鋯合金包殼管坯截面壁厚及其表面加工質(zhì)量有著嚴格要求而帶來的

3、自動化加工難題提供指導方案。
　　1．為保證鋯合金管坯壁厚的均勻性，本文主要開展了以下研究工作：
　?。?）首先對管坯壁厚自動超聲波檢測系統(tǒng)方案進行構建，通過超聲波這雙“眼睛”實現(xiàn)了對管坯壁厚值的測量；
　?。?）其次規(guī)劃了管坯壁厚檢測路徑，對所測管坯壁厚值進行了數(shù)據(jù)處理，根據(jù)測點壁厚值、相應角度值及管徑求出了各檢測點的坐標值，并采用三次B樣條曲線對管坯進行模型重構，獲得了整根管坯的壁厚偏差與磨削區(qū)域分布；
　　

4、（3）然后使用C++編程語言將壁厚數(shù)據(jù)處理功能與模型重構功能進行集成，開發(fā)了管坯壁厚檢測與磨削軟件，使得管坯壁厚檢測與磨削軟件這只“大腦”可根據(jù)測點坐標位置信息，自動生成管坯壁厚數(shù)控NC磨削加工程序；
　?。?）最后通過砂帶磨削這“雙手”來完成對管坯壁厚超差區(qū)域的磨削加工，并再次進行壁厚超聲波檢驗，若其壁厚偏差仍然較大，則再次對其進行砂帶磨削，最終可將管坯壁厚偏差控制在0.2mm以下。
　　2．為保證鋯合金管坯外表面的光滑性

5、，在其壁厚均勻的前提下，對其外表面進行整體拋磨加工，主要開展了以下研究工作：
　　（1）首先采用響應曲面法（RSM）建立了與影響鋯合金管坯外表面粗糙度的磨削工藝參數(shù)（砂帶線速度、磨削壓力、砂帶進給速度及管坯旋轉速度）具有映射關系的表面粗糙度分析模型；
　?。?）然后通過研究工藝參數(shù)間的交互效應，得到了各工藝參數(shù)間的最優(yōu)組合；
　?。?）最后使用所得的工藝參數(shù)最優(yōu)組合對管坯進行實際整體拋磨實驗驗證，驗證試驗表明以此最優(yōu)工