专利名称：焊接模具及加工高精度方形锆合金元件盒的方法
技术领域：
本发明属于机械加工技术领域，涉及一种焊接模具，本发明还涉及采用该焊接模 具加工高精度方形锆合金元件盒的方法。
背景技术：
为确保燃料棒的裂变产物在核反应运行过程中不溢出污染回路，对其必须进行隔 离和包裹，锆合金元件盒就是用来包裹燃料棒的一种“容器”。锆合金元件盒，简称“锆盒” 或“元件盒”，是低温核供热反应堆(NHR)和沸水堆(BWR)中的主要部件，它由合金板 材制成。锆盒内侧为棒束燃料组件，四个锆盒在堆内布置构成宽水隙为十字翼控制棒的通 道。为了保证棒束燃料组件顺利地插入锆盒以及十字翼控制棒在反应堆全寿期内的各种工 况下能够自如地上下运动，因此对元件盒的质量和加工精度提出了非常高的要求。锆盒的 加工精度包括内外截面的尺寸公差、四个平面的形状公差(平面度)与位置公差(平行度 或垂直度)，加工精度必须很高，且必须保证四角的弯曲半径尤其是外表面圆角应满足设计 要求。以前我国核电站的主要技术路线为压水堆(PWR)，不使用锆合金元件盒。清华大 学核能与新能源技术设计研究院于1989年研制成功的5MW低温核供热反应堆(NHR-5)是 我国首次使用方形锆盒的反应堆。其锆盒加工工艺步骤为1.计算出方形锆盒的截面周 长即所需的板材宽度后，下料并将锆板的四条边精加工平整，同时保证垂直边间的垂直度； 2.围成圆桶后焊接；3.采用多道次的拉拔成型模具，逐步将圆桶拉拔成方形截面的锆盒。 该工艺路线虽是国内外首创，且加工精度满足了 5MW低温堆的使用要求，但存在以下缺点 锆盒的加工精度仍有一定的局限，尤其是由于拉拔力较大且不完全对中，导致锆盒的整体 扭转量与镰刀弯曲量(形状公差)较大，加工精度不高；使用了多套拉拔模具与专用机床、 加工时间较长，导致成本较高，不适合大批量生产。另外，国外有一些技术涉及到锆合金元 件盒的加工方法，这些技术均采取将定尺寸板材折弯成型后，再激光或等离子体焊接成方 形锆盒。但从这些技术中，没有提到具体的折弯成型的方法，也没有对锆盒精度进行改善的 方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种焊接模具，加工出来的方形锆合金元件盒精度高。本发明的另一目的是采用该焊接模具加工高精度方形锆合金元件盒的方法，加工 时间短，适合大批量生产。本发明所采用的技术方案是，一种焊接模具，由锆盒支撑结构、锆盒压紧结构、定 位机构与模具装拆机构组成；锆盒压紧结构设置在锆盒支撑结构外部，定位机构设置在锆 盒压紧结构的两端面，模具装拆机构设置在锆盒压紧结构的两端面与锆盒支撑结构之间；锆盒支撑结构是包括由上楔状四棱柱与下楔状四棱柱组成的组合内胎，上楔状 四棱柱下表面为上楔状四棱柱结合面，上楔状四棱柱结合面上设置有键槽，下楔状四棱柱上表面为下楔状四棱柱结合面，下楔状四棱柱结合面上设置有键，键槽与键为小间隙配合； 组合内胎的两端端部设置有上定位轴与下定位轴，上定位轴在上楔状四棱柱上设置，下定 位轴在下楔状四棱柱上设置；组合内胎的上下两面设置有上矩形长槽与下矩形长槽；锆盒压紧结构是包括外胎，外胎的上下表面设置有长孔，外胎内还设置有宽压板 与窄压板，外胎的四个侧面设置有压紧螺钉与第一垫圈；定位机构的结构是包括外胎两端部设置的端部压盖，端部压盖中心设置有定位 孔，上楔状四棱柱两端的上定位轴、下楔状四棱柱两端的下定位轴同时穿出定位孔固定；模具装拆机构的结构是包括与上楔状四棱柱两端连接的第一内胎安装螺杆、第 一内胎拆卸螺杆，还包括与下楔状四棱柱两端连接的第二内胎拆卸螺杆与第二内胎安装螺 杆，第一内胎安装螺杆、第一内胎拆卸螺杆、第二内胎拆卸螺杆与第二内胎安装螺杆分别穿 出端部压盖上的圆孔，并与各自组合内胎螺纹联接；第一内胎安装螺杆、第一内胎拆卸螺 杆、第二内胎拆卸螺杆、第二内胎安装螺杆上分别设置有螺母。本发明所采用的另一技术方案是，加工高精度方形锆合金元件盒的方法，具体按 照以下步骤实施步骤1，选取厚度δ为2. 2mm-2. 3mm,粗糙度< 3. 2 μ m的锆板，将锆板采用数控剪切机下 料并精铣，得到长为1100士 1mm，宽为268. 5士0. 03mm的两张精铣后的锆板；保证锆板的四 条边平整，相邻边间的垂直度偏差小于0. 3mm ；步骤2，取步骤1精铣后的两张锆板，采用数控折弯机，将两张锆板分别折弯成U型锆槽 状，定位模具精度为士0. 01mm，成型速度80mm/min-120mm/min、上下模间隙2. Omm-3. 0mm、 载荷50吨-80吨、保压时间5-20秒、折弯冲头的圆角半径6mm、回弹量为0.6° -1° ；步骤3，本步骤3中用到一种焊接模具，由锆盒支撑结构、锆盒压紧结构、定位机构与模具 装拆机构组成；锆盒压紧结构设置在锆盒支撑结构外部，定位机构设置在锆盒压紧结构的 两端面，模具装拆机构设置在锆盒压紧结构的两端面与锆盒支撑结构之间；锆盒支撑结构是包括由上楔状四棱柱与下楔状四棱柱组成的组合内胎，上楔状 四棱柱下表面为上楔状四棱柱结合面，上楔状四棱柱结合面上设置有键槽，下楔状四棱柱 上表面为下楔状四棱柱结合面，下楔状四棱柱结合面上设置有键，键槽与键为小间隙配合； 组合内胎的两端端部设置有上定位轴与下定位轴，上定位轴在上楔状四棱柱上设置，下定 位轴在下楔状四棱柱上设置；组合内胎的上下两面设置有上矩形长槽与下矩形长槽；锆盒压紧结构是包括外胎，外胎的上下表面设置有长孔，外胎内还设置有宽压板 与窄压板，外胎的四个侧面设置有压紧螺钉与第一垫圈；定位机构的结构是包括外胎两端部设置的端部压盖，端部压盖中心设置有定位 孔，上楔状四棱柱两端的上定位轴、下楔状四棱柱两端的下定位轴同时穿出定位孔固定；模具装拆机构的结构是包括与上楔状四棱柱两端连接的第一内胎安装螺杆、第 一内胎拆卸螺杆，还包括与下楔状四棱柱两端连接的第二内胎拆卸螺杆与第二内胎安装螺 杆，第一内胎安装螺杆、第一内胎拆卸螺杆、第二内胎拆卸螺杆与第二内胎安装螺杆分别穿 出端部压盖上的圆孔，并与各自组合内胎螺纹联接；第一内胎安装螺杆、第一内胎拆卸螺杆、第二内胎拆卸螺杆、第二内胎安装螺杆上分别设置有螺母，利用上述焊接模具，实施以 下操作，将步骤2制得的两个U型锆槽将槽口对接，先将两个U型锆槽套在焊接模具组合 内胎的外表面，两个U型锆槽的焊缝处与两个U型框对接的开口处一致，采用真空电子束对 焊缝处进行焊接，对焊缝内外表面刮平，最后将一体的U型锆槽取出；步骤4，将步骤3得到的一体的U型锆槽进行真空热处理矫形，从而对尺寸进行精整先将一体的U型锆槽放置在矫形模具内，再将矫形模具进行真空热处理，热处理 温度为600°C，保温时间2. 5小时，真空度为1. 3 X IO-3Pa ；空冷后将一体的U型锆槽取出；步骤5，将步骤4得到的一体的U型锆槽进行表面处理以及酸洗，酸洗时间为4-6分钟，酸 洗后用软化水冲洗干净，用高纯压缩空气吹干，即得。本发明的有益效果是，先选取锆板对其性能进行检测，然后锆板下料、采用数控折 弯机折弯成型，接着采用特制的焊接模具将两个U型锆槽的槽口对接，组装成一个方形锆 合金元件盒，最后通过真空热处理，表面处理，制造得到的方形锆合金元件盒精度高，加工 时间短，适合大批量生产。
图1是本发明制得的高精度方形锆合金元件盒的结构示意图；图2是图1的右视图；图3是本发明的焊接模具的结构示意图；图4是图3的俯视图；图5是图3的左视图；图6是图3的B-B向视图；图7是本发明的锆合金元件盒加工过程中热处理矫形模具的结构示意图。其中，1.U型锆槽，2.上楔状四棱柱，2a.键槽，2b.第一方形缺口，2c.上楔状四 棱柱结合面，2d.上矩形长槽，2e.上定位轴，3.下楔状四棱柱，3a.键，3b.第二方形缺口， 3c.下楔状四棱柱结合面，3d.下矩形长槽，3e.下定位轴，4.外胎，4a.焊缝，4b.长孔， 4c.止口，5.宽压板，6.窄压板，7.压紧螺钉，8.第一垫圈，9.橡胶垫，10.端部压盖，11.第 一内胎安装螺杆，12.第一螺母，13.第二垫圈，14.第二螺母，15.第一内胎拆卸螺杆，16.第 二内胎拆卸螺杆，17.第三螺母，18.第三垫圈，19.第四螺母，20.第二内胎安装螺杆，21.方 形锆合金元件盒，22.角棒，23.内胎；L为方形锆合金元件盒的长，W为方形锆合金元件盒的 外表面边长，Wj*方形锆合金元件盒的内表面边长，δ为方形锆合金元件盒的厚度，r为方 形锆合金元件盒四个圆角的半径。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明高精度方形锆合金元件盒的加工流程是选取锆板及性能复验，锆板下料， 折弯成型，焊接，真空热处理，表面处理等几个过程。高精度方形锆合金元件盒的加工方法，具体包括以下步骤步骤1，选取厚度δ为2. 2mm-2. 3mm,粗糙度彡3. 2 μ m的锆板，且锆板的机械性能满足表 1中的要求，表 将取得的锆板采用数控剪切机下料并精铣，得到长为1100士 1mm，宽为 268. 5士0. 03mm的两张精铣后的锆板；保证锆板的四条边平整，相邻边间的垂直度偏差小 于 0. 3mm ；步骤2，取步骤1精铣后的两张锆板，采用数控折弯机，将两张锆板分别折弯成U型锆 槽状，其中定位模具精度为士0.01mm，具体过程包括沿板材纵向折弯，成型速度为80mm/ min-120mm/min、上下模间隙为2. Omm-3. 0mm、载荷为50吨-80吨、保压时间为5_20秒、折弯 冲头的圆角半径6mm(折弯冲头的圆角半径同最后制得的锆合金元件盒的内圆角半径)、回 弹量为0.6° -1° ；步骤3，将步骤2制得的两个U型锆槽利用焊接工装将两个U型锆槽的槽口对接，组装成 一个方形锆合金元件盒，方形锆合金元件盒的结构如图1、图2所示，两个U型锆槽1对接处 作为焊缝4a，制得的方形锆合金元件盒21长L为1100 士1mm，厚度δ为2. 2mm_2. 3mm，方形 锆合金元件盒21的外表面边长W为140. 3 士 0. 4mm，方形锆合金元件盒21的内表面边长Wj 为135. 9士0. 3mm，方形锆合金元件盒21四个圆角的半径r为6mm。在焊接过程中采用到焊接模具，焊接模具的结构如图3-图6所示，包括锆盒支撑 结构、锆盒压紧结构、定位机构、锆盒表面保护装置与模具装拆机构组成；锆盒压紧结构设 置在锆盒支撑结构外部，锆盒压紧结构与锆盒支撑结构之间设置有待焊接的U型锆槽1 ；定 位机构设置在锆盒压紧结构的两端面，锆盒表面保护装置为在U型锆槽1与锆盒压紧结构 之间；模具装拆机构设置在锆盒压紧结构的两端面与锆盒支撑结构上。具体来说，锆盒支撑结构包括由上楔状四棱柱2与下楔状四棱柱3组成的组合内 胎，上楔状四棱柱2下表面为上楔状四棱柱结合面2c，上楔状四棱柱结合面2c上设置有键 槽2a，下楔状四棱柱3上表面为下楔状四棱柱结合面3c，下楔状四棱柱结合面3c上设置有 键3a，键槽2a与键3a为小间隙配合；在组合内胎沿轴向的四个角设置有两个第一方形缺 口 2b与两个第二方形缺口 3b，两个第一方形缺口 2b在上楔状四棱柱2上设置，两个第二方 形缺口 3b在下楔状四棱柱3上设置，目的为了避开U型锆槽1的四周圆角；在组合内胎的 两端端部设置有上定位轴2e、下定位轴3e，上定位轴2e在上楔状四棱柱2上设置，下定位
轴3e在下楔状四棱柱3上设置；组合内胎的上下两面设置有上矩形长槽2d与下矩形长槽 3d，目的是为了在焊接时产生的热量可以通过上矩形长槽2d与下矩形长槽3d向外部导出。
锆盒压紧结构设置在锆盒支撑结构外部，锆盒压紧结构包括外胎4，外胎4的上下 表面设置有长孔4b，长孔4b作为焊接操作空间，长孔4b与两块U型锆槽之间的焊缝4a位 置相对；外胎4内左右竖直设置有两块宽压板5，外胎4内上下各平行设置有二块窄压板6， 外胎4四个侧面设置有压紧螺钉7与第一垫圈8，压紧螺钉7施加载荷于宽压板5与窄压板 6，并将焊接时的U型锆槽1紧紧地压贴在组合内胎上，使被焊接边间的间隙最小、错边量最定位机构包括在外胎4两端部设置的端部压盖10，端部压盖10中心设置有定位 孔，上楔状四棱柱2两端的上定位轴2e、下楔状四棱柱3两端的下定位轴3e同时穿出定位 孔固定；外胎4的两个端部还设有止口 4c，从而使得端部压盖10、外胎4端部止口 4c、端部 压盖10定位孔与组合内胎上定位轴2e、下定位轴3e之间配合共同保证组合内胎、外胎4及 U型锆槽1间的同轴度。锆盒表面保护装置为在U型锆槽1与宽压板5、U型锆槽1与窄压板6之间设置的 橡胶垫9，起到保护作用。模具装拆机构包括两对螺杆、螺母结构，其结构具体为包括与上楔状四棱柱2两 端连接的第一内胎安装螺杆11、第一内胎拆卸螺杆15，还包括与下楔状四棱柱3两端连接 的第二内胎拆卸螺杆16与第二内胎安装螺杆20，第一内胎安装螺杆11、第一内胎拆卸螺杆 15、第二内胎拆卸螺杆16、第二内胎安装螺杆20分别穿出端部压盖10上的圆孔，并与各自 组合内胎通过螺纹联接；在第一内胎安装螺杆11、第一内胎拆卸螺杆15、第二内胎拆卸螺 杆16、第二内胎安装螺杆20上分别设置有第一螺母12、第二螺母14、第三螺母17、第四螺 母19，在第一内胎安装螺杆11、第二内胎安装螺杆20上还分别设置有第二垫圈13与第三 垫圈18 ；第一内胎安装螺杆11与第一螺母12、第二内胎安装螺杆20与第四螺母19用于组 合内胎的安装，第一内胎拆卸螺杆15与第二螺母14、第二内胎拆卸螺杆16与第三螺母17 用于组合内胎的拆卸。安装时，将第二螺母14、第三螺母17拧下；逐步拧紧第一螺母12、第 四螺母19调整上楔状四棱柱2、下楔状四棱柱3的相对位置，使组合内胎完全支撑住U型锆 槽1。焊接完毕后组合内胎拆卸时，先将第一螺母12、第四螺母19拧下，再逐步拧紧第二螺 母14、第三螺母17即可脱开组合内胎。焊接成方形锆合金元件盒的具体过程是，将两块U型锆槽1固定在组合内胎外面， 再将U型锆槽1通过锆盒压紧结构压紧固定，定位机构保证组合内胎、外胎4及U型锆槽1 间的同轴度，模具装拆机构用于将焊接后的U型锆槽1从组合内胎上取下，两个U型锆槽1 的焊缝4a处与外胎4对接的长孔4b开口处一致。采用真空电子束对焊缝4a处进行焊接， 焊接流程包括点焊、预热焊、正式焊与精整焊；对焊缝内外表面刮平；最后将一体的U型锆 槽取出；步骤4，将步骤3得到的一体的U型锆槽进行真空热处理矫形，从而对尺寸进行精整先将一体的U型锆槽放置在矫形模具内，其中，矫形模具的结构如图7所示，包括长方体的内胎23，内胎23沿长度方向的4 个棱角上开有方形的凹槽，在4个凹槽处分别设置有一角棒22。将两个一体的U型锆槽套在内胎23的外表面。角棒22的半径与U型锆槽1的内圆角半径一致。再将矫形模具进行真空热处理，热处理温度为600°C，保温时间2. 5小时，真空度 为1. 3X 10_3Pa ；空冷后将一体的U型锆槽取出；步骤5，将步骤4得到的一体的U型锆槽进行表面处理以及酸洗，酸洗时间为4-6分钟， 酸洗后用软化水冲洗干净，用高纯压缩空气吹干，即得到本发明的高精度方形锆合金元件
.品. 酸洗过程中用到的酸液为，按照体积百分比，其组分为，3% 的 HF，30% 的 HNO3,67% 的软化水。本发明中，尺寸精度是核用锆方盒的一个关键的质量特征，也是本发明中重点解 决的环节，最终尺寸实际上是通过下料工序的精确计算、数控精细铣边以及焊接模具来保 证的，留给矫形整形工序的尺寸余地不能超过0. 5mm,否则矫形模具将无法装入，这也是本 发明的制备方法能保证尺寸精度及大幅度提升成品率的原因。实施例1选取厚度为2. 2mm,粗糙度< 3. 2 μ m的符合要求的锆板，将锆板采用数控剪切机 下料并精铣，得到两张精铣后的锆板；锆板相邻边间的垂直度偏差小于0. 3mm ；取精铣后 的两张锆板，采用数控折弯机，将两张锆板分别折弯成U型锆槽状，其中定位模具精度为 士0. 01mm，具体过程包括沿板材纵向折弯，成型速度为SOmm/min、上下模间隙为2. Omm、载 荷为50吨、保压时间为5秒、折弯冲头的圆角半径6mm、回弹量为0. 6° ；将两个U型锆槽利 用焊接工装将两个U型锆槽的槽口对接，组装成一个方形锆合金元件盒，制得的方形锆合 金元件盒长L为1100mm，厚度δ为2. 2mm,方形锆合金元件盒的外表面边长W为140. 3mm, 方形锆合金元件盒的内表面边长Wj为135. 9mm，方形锆合金元件盒四个圆角的半径r为 6mm ；将一体的U型锆槽进行真空热处理矫形，先将一体的U型锆槽放置在矫形模具内，再将 矫形模具进行真空热处理，热处理温度为600°C，保温时间2. 5小时，真空度为1. 3 X IO-3Pa, 空冷后将一体的U型锆槽取出；将一体的U型锆槽进行表面处理以及酸洗，酸洗时间为4分 钟，酸洗后用软化水冲洗干净，用高纯压缩空气吹干，即得到本发明的高精度方形锆合金元 件盒。实施例2选取厚度为2. 3mm,粗糙度< 3. 2 μ m的符合要求的锆板，将锆板采用数控剪切机 下料并精铣，得到两张精铣后的锆板；锆板相邻边间的垂直度偏差小于0. 3mm ；取精铣后 的两张锆板，采用数控折弯机，将两张锆板分别折弯成U型锆槽状，其中定位模具精度为 士0. 01mm，具体过程包括沿板材纵向折弯，成型速度为120mm/min、上下模间隙为3. Omm、载 荷为80吨、保压时间为20秒、折弯冲头的圆角半径6mm、回弹量为1 ° ；将两个U型锆槽 利用焊接工装将两个U型锆槽的槽口对接，组装成一个方形锆合金元件盒，制得的方形锆 合金元件盒长L为llOOmm+lmm，厚度δ为2. 3mm，方形锆合金元件盒的外表面边长W为 140. 3mm+0. 4mm，方形锆合金元件盒的内表面边长Wj为135. 9mm+0. 3mm，方形锆合金元件盒 四个圆角的半径r为6mm ；将一体的U型锆槽进行真空热处理矫形，先将一体的U型锆槽放 置在矫形模具内，再将矫形模具进行真空热处理，热处理温度为600°C，保温时间2. 5小时， 真空度为1. 3X IO-3Pa,空冷后将一体的U型锆槽取出；将一体的U型锆槽进行表面处理以
9及酸洗，酸洗时间为6分钟，酸洗后用软化水冲洗干净，用高纯压缩空气吹干，即得到本发 明的高精度方形锆合金元件盒。实施例3选取厚度为2. 25mm,粗糙度< 3. 2 μ m的符合要求的锆板，将锆板采用数控剪切 机下料并精铣，得到两张精铣后的锆板；锆板相邻边间的垂直度偏差小于0. 3mm ；取精铣后 的两张锆板，采用数控折弯机，将两张锆板分别折弯成U型锆槽状，其中定位模具精度为 士0. 01mm，具体过程包括沿板材纵向折弯，成型速度为lOOmm/min、上下模间隙为2. 5mm、载 荷为60吨、保压时间为10秒、折弯冲头的圆角半径6mm、回弹量为0.8° ；将两个U型锆槽 利用焊接工装将两个U型锆槽的槽口对接，组装成一个方形锆合金元件盒，制得的方形锆 合金元件盒长L为llOOmm-lmm，厚度δ为2. 25mm,方形锆合金元件盒的外表面边长W为 140. 3mm-0. 4mm，方形锆合金元件盒的内表面边长Wj为135. 9mm_0. 3mm，方形锆合金元件盒 四个圆角的半径r为6mm ；将一体的U型锆槽进行真空热处理矫形，先将一体的U型锆槽放 置在矫形模具内，再将矫形模具进行真空热处理，热处理温度为600°C，保温时间2. 5小时， 真空度为1. 3X IO-3Pa,空冷后将一体的U型锆槽取出；将一体的U型锆槽进行表面处理以 及酸洗，酸洗时间为5分钟，酸洗后用软化水冲洗干净，用高纯压缩空气吹干，即得到本发 明高精度方形锆合金元件盒。
权利要求
一种焊接模具，其特征在于，由锆盒支撑结构、锆盒压紧结构、定位机构与模具装拆机构组成；所述锆盒压紧结构设置在锆盒支撑结构外部，所述定位机构设置在锆盒压紧结构的两端面，所述模具装拆机构设置在锆盒压紧结构的两端面与锆盒支撑结构之间；所述锆盒支撑结构是包括由上楔状四棱柱(2)与下楔状四棱柱(3)组成的组合内胎，所述上楔状四棱柱(2)下表面为上楔状四棱柱结合面(2c)，所述上楔状四棱柱结合面(2c)上设置有键槽(2a)，所述下楔状四棱柱(3)上表面为下楔状四棱柱结合面(3c)，所述下楔状四棱柱结合面(3c)上设置有键(3a)，键槽(2a)与键(3a)为小间隙配合；所述组合内胎的两端端部设置有上定位轴(2e)与下定位轴(3e)，所述上定位轴(2e)在上楔状四棱柱(2)上设置，所述下定位轴(3e)在下楔状四棱柱(3)上设置；组合内胎的上下两面设置有上矩形长槽(2d)与下矩形长槽(3d)；所述锆盒压紧结构是包括外胎(4)，外胎(4)的上下表面设置有长孔(4b)，外胎(4)内还设置有宽压板(5)与窄压板(6)，所述外胎(4)的四个侧面设置有压紧螺钉(7)与第一垫圈(8)；所述定位机构的结构是包括外胎(4)两端部设置的端部压盖(10)，端部压盖(10)中心设置有定位孔，上楔状四棱柱(2)两端的上定位轴(2e)、下楔状四棱柱(3)两端的下定位轴(3e)同时穿出定位孔固定；所述模具装拆机构的结构是包括与上楔状四棱柱(2)两端连接的第一内胎安装螺杆(11)、第一内胎拆卸螺杆(15)，还包括与下楔状四棱柱(3)两端连接的第二内胎拆卸螺杆(16)与第二内胎安装螺杆(20)，所述第一内胎安装螺杆(11)、第一内胎拆卸螺杆(15)、第二内胎拆卸螺杆(16)与第二内胎安装螺杆(20)分别穿出端部压盖(10)上的圆孔，并与各自组合内胎螺纹联接；所述第一内胎安装螺杆(11)、第一内胎拆卸螺杆(15)、第二内胎拆卸螺杆(16)、第二内胎安装螺杆(20)上分别设置有螺母。
2.根据权利要求1所述的焊接模具，其特征在于，所述U型锆槽(1)与宽压板(5)、U型 锆槽(1)与窄压板(6)之间设置有橡胶垫(9)。
3.一种如权利要求1或2所述采用该焊接模具加工高精度方形锆合金元件盒的制备方 法，其特征在于，具体包括以下步骤步骤1，选取厚度δ为2.2mm-2.3mm，粗糙度<3.2μπι的锆板，将锆板采用数控剪切机下料并 精铣，得到长为1100士 1mm，宽为268. 5士0. 03mm的两张精铣后的锆板；保证锆板的四条边 平整，相邻边间的垂直度偏差小于0. 3mm ；步骤2，取步骤1精铣后的两张锆板，采用数控折弯机，将两张锆板分别折弯成U型锆槽状，定 位模具精度为士0. 01mm，成型速度80mm/min-120mm/min、上下模间隙2. Omm-3. 0mm、载荷50 吨-80吨、保压时间5-20秒、折弯冲头的圆角半径6mm、回弹量为0.6° -1° ；步骤3，本步骤3中用到一种焊接模具，由锆盒支撑结构、锆盒压紧结构、定位机构与模具装拆 机构组成；所述锆盒压紧结构设置在锆盒支撑结构外部，所述定位机构设置在锆盒压紧结 构的两端面，所述模具装拆机构设置在锆盒压紧结构的两端面与锆盒支撑结构之间；所述锆盒支撑结构是包括由上楔状四棱柱(2)与下楔状四棱柱(3)组成的组合内胎，所述上楔状四棱柱(2)下表面为上楔状四棱柱结合面(2c)，所述上楔状四棱柱结合面(2c) 上设置有键槽(2a)，所述下楔状四棱柱(3)上表面为下楔状四棱柱结合面(3c)，所述下楔 状四棱柱结合面(3c)上设置有键(3a)，键槽(2a)与键(3a)为小间隙配合；所述组合内 胎的两端端部设置有上定位轴(2e)与下定位轴(3e)，所述上定位轴(2e)在上楔状四棱柱 (2)上设置，所述下定位轴(3e)在下楔状四棱柱(3)上设置；组合内胎的上下两面设置有 上矩形长槽(2d)与下矩形长槽(3d)；所述锆盒压紧结构是包括外胎(4)，外胎(4)的上下表面设置有长孔(4b)，长孔(4b) 与两块U型锆槽之间的焊缝(4a)位置相对；外胎⑷内还设置有宽压板(5)与窄压板(6)， 所述外胎(4)的四个侧面设置有压紧螺钉(7)与第一垫圈(8)；所述定位机构的结构是包括外胎(4)两端部设置的端部压盖(10)，端部压盖(10)中 心设置有定位孔，上楔状四棱柱(2)两端的上定位轴(2e)、下楔状四棱柱(3)两端的下定位 轴(3e)同时穿出定位孔固定；所述模具装拆机构的结构是包括与上楔状四棱柱(2)两端连接的第一内胎安装螺杆 (11)、第一内胎拆卸螺杆(15)，还包括与下楔状四棱柱(3)两端连接的第二内胎拆卸螺杆 (16)与第二内胎安装螺杆(20)，所述第一内胎安装螺杆(11)、第一内胎拆卸螺杆(15)、第 二内胎拆卸螺杆(16)与第二内胎安装螺杆(20)分别穿出端部压盖(10)上的圆孔；所述第 一内胎安装螺杆(11)、第一内胎拆卸螺杆(15)、第二内胎拆卸螺杆(16)、第二内胎安装螺 杆(20)上分别设置有螺母，利用上述焊接模具，实施以下操作，将步骤2制得的两个U型锆槽将槽口对接，先将两个U型锆槽套在焊接模具组合内胎 的外表面，两个U型锆槽的焊缝处与两个U型框对接的开口处一致，采用真空电子束对焊缝 处进行焊接，对焊缝内外表面刮平，最后将一体的U型锆槽取出； 步骤4，将步骤3得到的一体的U型锆槽进行真空热处理矫形，从而对尺寸进行精整 先将一体的U型锆槽放置在矫形模具内，再将矫形模具进行真空热处理，热处理温度 为600°C，保温时间2. 5小时，真空度为1. 3X 10_3Pa ；空冷后将一体的U型锆槽取出； 步骤5，将步骤4得到的一体的U型锆槽进行表面处理以及酸洗，酸洗时间为4-6分钟，酸洗后 用软化水冲洗干净，用高纯压缩空气吹干，即得。
4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述U型锆槽(1)与宽压板(5)、U型 锆槽(1)与窄压板(6)之间设置有橡胶垫(9)。
5.根据权利要求3或4所述的加工方法，其特征在于，所述步骤4中的矫形模具的结 构，包括长方体的内胎(23)，内胎(23)沿长度方向的4个棱角上开有方形的凹槽，在4个凹 槽处分别设置有角棒(22)，角棒(22)的半径与U型锆槽的内圆角半径一致。
全文摘要
本发明公开了一种焊接模具，锆盒压紧结构设置在锆盒支撑结构外部，锆盒压紧结构与锆盒支撑结构之间设置有待焊接的U型锆槽；定位机构设置在锆盒压紧结构的两端面，锆盒表面保护装置为在U型锆槽与锆盒压紧结构之间；模具装拆机构设置在锆盒压紧结构的两端面与锆盒支撑结构上。本发明还公开了一种高精度方形锆合金元件盒的加工方法，加工步骤为选取锆板及性能复验、锆板下料、折弯成型、利用焊接模具焊接、真空热处理矫形与表面处理。本发明的有益效果是，采用特制的焊接模具将两个U型锆槽的槽口对接，组装成一个方形锆合金元件盒，制造得到的方形锆合金元件盒精度高，加工时间短，适合大批量生产。
文档编号B23P15/00GK101905405SQ20101023094
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者刘敏, 张亚军, 徐勇, 李恒羽, 王德华, 蒋跃元, 袁改焕 申请人:国核宝钛锆业股份公司;清华大学