一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件的制作方法

本实用新型属于锻造工艺技术领域，具体涉及一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件。

背景技术：

聚变堆是由聚变实验装置的基本组成加上堆的包层/屏蔽部件构成的。包裹着环形堆芯等离子体的是关键的核岛部件；包层和偏滤器，它们处在环形真空室内。套在真空室外面的是多个产生环向磁场约束等离子体的环向场线圈(TFC)。TFC外面围着若干个同轴心的线圈环，它们产生约束等离子体的极向磁场，称为极向场线圈(PFC)。为了便于维修和更换，包层和偏滤器是由多个模件组成的。包层模件通过真空室上端的垂直通道进出，偏滤器模件则经下端的偏滤器抽气通道更换。它们的冷却剂管道主要也要从这些通道进入。磁场线圈采用超导体，需要足够的屏蔽以避免受到来自堆芯过量的辐射损伤，为此设置了TFC的屏蔽层。在聚变堆的周围，布置有等离子体工程系统以维持持续的聚变反应。这些系统包括真空、等离子体加热、电流驱动、聚变燃料添加、燃料余灰排出以及等离子体测量和控制等。今天的聚变等离子体实验装置已经具备这些系统，只是由于聚变堆的等离子体参数更高，需要更强大的等离子体工程系统。

2016年，公司着手推进316LN核聚变设备特种钢材锻造项目，根据贵州航天新力对核聚变支撑方坯锻件的订购需要，2017年末，316LN核聚变反应设备部件第一代锻件产品已完成研发和少量生产，晶粒度4级，达到性能要求。根据2018年1月贵州航天新力向振宏订购的新锻件，核聚变支撑方坯锻件和圆柱体筒管(外径2070内径 1660长1170(mm)、外径1995内径1575长1170(mm))的晶粒度需达4级以上；随着核聚变托卡马克装置从实验到商用的不断推进，高约束模式下超导磁场进一步增大，需要进一步优化不锈钢材料的配方，获得更高力学、机械性能的316LN锻件。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件，晶粒度细小，机械性能优异。

一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件，包括管道A和管道B，所述管道A和管道B的内径相等，管道A和管道B之间通过过渡区连接，所述管道A和管道B通过过渡区连接，所述过渡区的内径与管道A的内径相等，所述管道A和管道B内均设有螺纹形筋条，所述筋条贯穿管道A和管道B的进口和出口。

优选地，所述过渡区的厚度为7-16mm。

一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件，其特征在于采用一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产装置生产粗料，一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产装置包括支架、感应器、锻压机、探伤仪，所述支架上设置有所述感应器，所述感应器上方设置有输送带，所述感应器远离所述输送带的一侧设置有加热炉，所述加热炉外侧设置有下料板，所述锻压机底部设置有锻造台，所述锻压机顶部设置有锻造锤，所述锻造锤下方的所述锻压机上设置有控制器，所述探伤仪设置于车床内部，所述车床内部底端设置有电动机，所述电动机外侧设置有卡盘，所述卡盘远离所述电动机的一侧设置有车刀，所述车床远离所述电动机的一侧设置有气缸，所述车床外侧设置有控制面板。

上述结构中，当工作人员需要进行聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产工作时，将20T冷锭放置在所述输送带上，所述感应器感应到 20T冷锭后，所述加热炉开始加热，当20T冷锭加热到设定温度后，通过所述下料板进入所述锻压机内部，所述控制器控制所述锻造锤工作，所述锻造锤将20T冷锭锻压成设定状态，所述锻造台为20T冷锭提供支撑，所述控制器控制所述锻压机完成预锻、镦粗、拔长、精整工序，待工件温度降低后，工作人员操作所述车床将构件进行进一步的加工，所述车床控制所述电动机工作，所述电动机带动所述卡盘转动，所述卡盘带动所述车刀旋转，工作人员将构件连接在所述气缸靠近所述车刀的一侧，所述车床完成对于构件的尺寸修整，完成聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产工作。

为了进一步提高聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产装置的工作效率，所述支架与所述感应器通过螺钉连接，所述输送带与所述感应器通过轴承连接。

为了进一步提高聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产装置的工作效率，所述加热炉与所述感应器通过螺钉连接，所述下料板与所述加热炉通过螺栓连接。

为了进一步提高聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产装置的工作效率，所述锻压机与所述锻造台通过螺钉连接，所述锻造锤与所述锻压机通过滑槽连接。

为了进一步提高聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产装置的工作效率，所述控制器与所述锻压机通过螺栓连接，所述探伤仪与所述车床通过螺钉连接。

为了进一步提高聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产装置的工作效率，所述电动机与所述车床通过螺钉连接，所述卡盘与所述电动机通过销轴连接。

为了进一步提高聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产装置的工作效率，所述气缸与所述车床通过螺栓连接，所述控制面板与所述车床通过螺钉连接。

优选地，粗料形成后的制造工艺包括以下步骤：

A.粗料胚件表面钢刷除锈：将粗料胚件在线通过钢刷除锈装置，进行钢刷除锈处理掉表面的锈层；

B.在线感应加热预处理：将钢刷除锈后的粗料胚件在线通过感应加热线圈进行感应加热处理，感应加热的温度为400-500摄氏度，在线通过的速度为1-2m/min；

C.电脉冲热处理：将感应加热预处理的粗料胚件在线通过电脉冲装置，进行电脉冲热处理，所述加热的温度为1000-1200摄氏度，通过的电流大小为0.5-1安培；

D.热处理炉全面热处理：1100℃±20℃时保温3小时-3.5小时，保证粗料胚件内部、外部温度烧透、均一，保温时间达到要求后，快速升温到1210±20℃，保温4小时-8小时，其中保温2小时-2.5小时后，粗料胚件翻转一次，保证粗料胚件的每个面加热温度一致；

E.成品整形：沿着径向高度方向锻造，并使锻件断面呈圆形，控制每道次变形量在成品尺寸的3％-10％，反复锻造直到达到成品锻件形状及公差范围之内；

F.成品锻件热处理工艺：锻造后的成品，入热处理炉进行热处理，出炉后入水池快速冷却到室温。

优选地，在步骤B中，感应加热的温度为450摄氏度，在线通过的速度为1.5m/min；

优选地，在步骤C中，进行电脉冲热处理，所述加热的温度为 1100摄氏度，通过的电流大小为0.75安培。

优选地，在步骤D中，1200℃时保温3小时，保证粗料胚件内部、外部温度烧透、均一，保温时间达到要求后，快速升温到1220℃，保温4小时，其中保温2小时后，粗料胚件翻转一次，保证粗料胚件的每个面加热温度一致。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下优点和有益效果：

本实用新型生产的聚变堆用大尺寸细晶粒构件的晶粒度可以达到4级或更细，且表面裂纹很少，即使有裂纹的部位，裂纹深度也小于1.5mm，加工工艺步骤易操作，电脉冲处理，可以疏通粗料胚件内部的组织，改善其机械性能。

附图说明

图1是本实用新型所述一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产装置的整体结构示意图；

图2是本实用新型所述一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产装置的右段结构示意图；

图3是本实用新型所述一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产装置的中段结构示意图。

附图标记说明如下：

1、支架；2、感应器；3、输送带；4、下料板；5、加热炉；6、锻造锤；7、控制器；8、锻压机；9、锻造台；10、卡盘；11、电动机；12、车刀；13、探伤仪；14、控制面板；15、气缸；16、车床。

附图4为本实用新型的聚变堆用大尺寸细晶粒构件的结构示意图。

其中，管道A，管道B，过渡区C。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

在通过以下实施例对本实用新型的目的予以阐明、解释的情形下，所述材料的组分均以重量份为通用标准予以释明。在无特别说明的情况下，为简明起见，本实用新型实施例中所述的“份”与重量份具有相同的意义。

一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件先由一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产装置生产而成粗料，如图1-图3所示，一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产装置，包括支架1、感应器2、锻压机8、探伤仪13，支架1上设置有感应器2，支架1用于支撑设备，感应器 2用于感应控制加热炉5工作，感应器2上方设置有输送带3，输送带3用于输送20T冷锭，感应器2远离输送带3的一侧设置有加热炉 5，加热炉5用于为20T冷锭加热，加热炉5外侧设置有下料板4，下料板4用于引导20T冷锭进入锻压机8，锻压机8底部设置有锻造台9，锻造台9用于锻造构件，锻压机8顶部设置有锻造锤6，锻造锤6用于提供锻造压力，锻造锤6下方的锻压机8上设置有控制器7，控制器7用于控制设备工作，探伤仪13设置于车床16内部，车床 16用于对构件进行精加工，车床16内部底端设置有电动机11，电动机11用于带动卡盘10旋转，电动机11外侧设置有卡盘10，卡盘10 用于卡持车刀12，卡盘10远离电动机11的一侧设置有车刀12，车刀12用于对构件进行切削，车床16远离电动机11的一侧设置有气缸15，气缸15用于带动构件移动，车床16外侧设置有控制面板14，控制面板14用于控制设备工作。

上述结构中，当工作人员需要进行聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产工作时，将20T冷锭放置在输送带3上，感应器2感应到20T 冷锭后，加热炉5开始加热，当20T冷锭加热到设定温度后，通过下料板4进入锻压机8内部，控制器7控制锻造锤6工作，锻造锤6将 20T冷锭锻压成设定状态，锻造台9为20T冷锭提供支撑，控制器7 控制锻压机8完成预锻、镦粗、拔长、精整工序，待工件温度降低后，工作人员操作车床16将构件进行进一步的加工，车床16控制电动机 11工作，电动机11带动卡盘10转动，卡盘10带动车刀12旋转，工作人员将构件连接在气缸15靠近车刀12的一侧，车床16完成对于构件的尺寸修整，完成聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产工作。

为了进一步提高聚变堆用大尺寸细晶粒构件的生产装置的工作效率，支架1与感应器2通过螺钉连接，输送带3与感应器2通过轴承连接，加热炉5与感应器2通过螺钉连接，下料板4与加热炉5通过螺栓连接，锻压机8与锻造台9通过螺钉连接，锻造锤6与锻压机 8通过滑槽连接，控制器7与锻压机8通过螺栓连接，探伤仪13与车床16通过螺钉连接，电动机11与车床16通过螺钉连接，卡盘10 与电动机11通过销轴连接，气缸15与车床16通过螺栓连接，控制面板14与车床16通过螺钉连接。

实施例1

如图1所示，一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件，包括管道A和管道B，所述管道A和管道B的内径相等，管道A和管道B之间通过过渡区连接，所述管道A和管道B通过过渡区连接，所述过渡区的内径与管道A的内径相等，所述管道A和管道B内均设有螺纹形筋条，所述筋条贯穿管道A和管道B的进口和出口。所述过渡区的厚度为 7-16mm。粗料形成后的制造工艺包括以下步骤：

A.粗料胚件表面钢刷除锈：将粗料胚件在线通过钢刷除锈装置，进行钢刷除锈处理掉表面的锈层；

B.在线感应加热预处理：将钢刷除锈后的粗料胚件在线通过感应加热线圈进行感应加热处理，感应加热的温度为400摄氏度，在线通过的速度为1m/min；

C.电脉冲热处理：将感应加热预处理的粗料胚件在线通过电脉冲装置，进行电脉冲热处理，所述加热的温度为1000摄氏度，通过的电流大小为0.5安培；

D.热处理炉全面热处理：1100℃℃时保温3小时小时，保证粗料胚件内部、外部温度烧透、均一，保温时间达到要求后，快速升温到 1210℃，保温4小时小时，其中保温2小时后，粗料胚件翻转一次，保证粗料胚件的每个面加热温度一致；

E.成品整形：沿着径向高度方向锻造，并使锻件断面呈圆形，控制每道次变形量在成品尺寸的3％-10％，反复锻造直到达到成品锻件形状及公差范围之内；

F.成品锻件热处理工艺：锻造后的成品，入热处理炉进行热处理，出炉后入水池快速冷却到室温。

实施例2

一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件，包括管道A和管道B，所述管道A和管道B的内径相等，管道A和管道B之间通过过渡区连接，所述管道A和管道B通过过渡区连接，所述过渡区的内径与管道A的内径相等，所述管道A和管道B内均设有螺纹形筋条，所述筋条贯穿管道A和管道B的进口和出口。所述过渡区的厚度为7-16mm。粗料形成后的制造工艺包括以下步骤：

A.粗料胚件表面钢刷除锈：将粗料胚件在线通过钢刷除锈装置，进行钢刷除锈处理掉表面的锈层；

B.在线感应加热预处理：将钢刷除锈后的粗料胚件在线通过感应加热线圈进行感应加热处理，感应加热的温度为450摄氏度，在线通过的速度为1.5m/min；

C.电脉冲热处理：将感应加热预处理的粗料胚件在线通过电脉冲装置，进行电脉冲热处理，所述加热的温度为1100摄氏度，通过的电流大小为0.75安培；

D.热处理炉全面热处理：1200℃℃时保温3.5小时小时，保证粗料胚件内部、外部温度烧透、均一，保温时间达到要求后，快速升温到1220℃，保温4.5小时小时，其中保温2小时后，粗料胚件翻转一次，保证粗料胚件的每个面加热温度一致；

E.成品整形：沿着径向高度方向锻造，并使锻件断面呈圆形，控制每道次变形量在成品尺寸的3％-10％，反复锻造直到达到成品锻件形状及公差范围之内；

F.成品锻件热处理工艺：锻造后的成品，入热处理炉进行热处理，出炉后入水池快速冷却到室温。

实施例3

一种聚变堆用大尺寸细晶粒构件，包括管道A和管道B，所述管道A和管道B的内径相等，管道A和管道B之间通过过渡区连接，所述管道A和管道B通过过渡区连接，所述过渡区的内径与管道A的内径相等，所述管道A和管道B内均设有螺纹形筋条，所述筋条贯穿管道A和管道B的进口和出口。所述过渡区的厚度为7-16mm。粗料形成后的制造工艺包括以下步骤：

A.粗料胚件表面钢刷除锈：将粗料胚件在线通过钢刷除锈装置，进行钢刷除锈处理掉表面的锈层；

B.在线感应加热预处理：将钢刷除锈后的粗料胚件在线通过感应加热线圈进行感应加热处理，感应加热的温度为500摄氏度，在线通过的速度为1.5m/min；

C.电脉冲热处理：将感应加热预处理的粗料胚件在线通过电脉冲装置，进行电脉冲热处理，所述加热的温度为1200摄氏度，通过的电流大小为1安培；

D.热处理炉全面热处理：1200℃℃时保温3.5小时小时，保证粗料胚件内部、外部温度烧透、均一，保温时间达到要求后，快速升温到1220℃，保温4.5小时小时，其中保温2小时后，粗料胚件翻转一次，保证粗料胚件的每个面加热温度一致；

E.成品整形：沿着径向高度方向锻造，并使锻件断面呈圆形，控制每道次变形量在成品尺寸的3％-10％，反复锻造直到达到成品锻件形状及公差范围之内；

F.成品锻件热处理工艺：锻造后的成品，入热处理炉进行热处理，出炉后入水池快速冷却到室温。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。