专利名称：高精度方形锆合金元件盒加工中用的焊接模具的制作方法
技术领域：
本实用新型属于焊接装置技术领域，涉及一种高精度方形锆合金元件盒加工中用 的焊接模具。
背景技术：
锆合金元件盒，简称“锆盒”或“元件盒”，是沸水堆(BWR)与低温核供热反应堆 (NHR)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 布置构成的宽水隙为十字翼控制棒的通道。元件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)，为了保证棒束燃料组件顺 利地插入元件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， 元件盒的加工精度必须很高且保证四角的弯曲半径尤其是外表面圆角应满足设计要求。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。其加工路线为在算出方形锆盒所需板 材宽度后下料，然后围成圆桶后焊接，再经过多道次拉拔将圆桶拉拔成方形锆盒。该工艺为 国内外首创，但加工精度有一定的局限，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；采用多套拉拔模具与专用机床，加工周期长、成本高。现有技术中有涉及锆合金元件盒的加工方法，它们均采取将定尺寸板材折弯成型 后，再激光焊接或等离子体焊接成方形锆盒。这些技术中，没有具体的焊接专用模具的设 计。焊接是高精度锆合金元件盒的加工中最重要的工序，焊接质量直接影响锆盒的整体加 工精度，即锆盒截面尺寸、表面粗糙度、对面平行度等，此外还影响锆盒焊缝的金相组织与 力学性能等，焊接质量不过关将直接判为废品。由于锆板冷折弯成型后存在回弹，且两个U 型锆槽的尺寸存在误差，因此二者对焊时，如不采取有效措施难以保证两个U型锆槽对焊 时的槽边间隙量以及焊缝的错边量、凸凹不平度达到设计要求。所以为了达到设计要求，在 方形锆合金元件盒加工过程中就需要采用一套专用焊接模具。
发明内容本实用新型的目的是提供一种高精度方形锆合金元件盒加工中用的焊接模具，可 应用于高精度方形锆合金元件盒加工中的焊接，保证方形锆合金元件盒的整体加工精度。本实用新型所采用的技术方案是，高精度方形锆合金元件盒加工中用的焊接模 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。本实用新型的特征还在于，组合内胎的四个角设置有方形缺口。外胎的两个端设有止口。U型锆槽与宽压板之间、U型锆槽与窄压板之间分别设置有橡胶垫。本实用新型高精度方形锆合金元件盒加工中用的焊接模具，可以将两块U型锆槽 固定在组合内胎外面，再通过锆盒压紧结构压紧固定，定位机构保证组合内胎、外胎及U型 锆槽间的同轴度，模具装拆机构用于将焊接后的U型锆槽从组合内胎上取下。本实用新型 结构新颖、简单紧凑、易于搬运，可应用于NHR与BWR用的高精度方形锆合金元件盒加工中 的焊接。
图1是本实用新型焊接模具的结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是图1的左视图；图4是图1的B-B向视图。图中，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。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。本实用新型高精度方形锆合金元件盒加工中用的焊接模具的结构如图1-图4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。[0023]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 小。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。本实用新型高精度方形锆合金元件盒加工中用的焊接模具的使用过程是，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. 本实用新型结构新颖、简单紧凑、易于搬运，可应用于NHR与BWR用的高精度方形 锆合金元件盒加工中的焊接。
权利要求一种高精度方形锆合金元件盒加工中用的焊接模具，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，所述组合内胎的四个角设置有方形 缺口。
3.根据权利要求1所述的焊接模具，其特征在于，所述外胎(4)的两个端设有止口 (4c)。
4.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)之 间、U型锆槽(1)与窄压板(6)之间分别设置有橡胶垫(9)。
专利摘要本实用新型公开了一种高精度方形锆合金元件盒加工中用的焊接模具，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。本实用新型焊接模具，可以将两块U型锆槽固定在组合内胎外面，再通过锆盒压紧结构压紧固定，定位机构保证组合内胎、外胎及U型锆槽间的同轴度，模具装拆机构用于将焊接后的U型锆槽从组合内胎上取下。本实用新型结构新颖、简单紧凑、易于搬运，可应用于NHR与BWR用的高精度方形锆合金元件盒加工中的焊接。
文档编号B23K37/053GK201711728SQ20102026328
公开日2011年1月19日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者叶子申, 徐勇, 王德华, 翁忠亮, 蒋跃元, 袁改焕 申请人:国核宝钛锆业股份公司;清华大学