AP1000核电转子线圈端部整组成形工艺及相关工具的设计

谭国威

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨　150040)

AP1000核电转子线圈端部整组成形工艺及相关工具的设计

谭国威

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040)

摘要：介绍了AP1000核电转子线圈的整组成形工艺过程，以及为实现这些工艺过程所设计的相关模具的主要结构、设计原理、使用效果等。阐述了在核电转子线圈制造中遇到的一些工艺上的难题，以及解决这些难题的方法，详细地介绍了自制的转子线圈端部整形检测一体设备及其使用效果，还介绍了转子线圈直线部分与端部焊接的专用工具。使得AP1000核电转子线圈顺利制造完工。

关键词：AP1000核电；转子线圈；铜排扁绕；整组检测；整组整形；对焊

0引言

AP1000核电转子线圈应用三菱公司技术设计而成。线圈的制造工艺按三菱公司的文件要求进行。包括线圈的定位、成型、检测方法。

由于没有三菱公司的转子线圈制造用的专用设备，因而在制造的过程中面临很多难以解决的问题。要保证图纸要求，只能采用模具和工具来达到核电转子线圈制造要求和标准。因而在线圈的成型、检测、焊接等工艺过程中均设计制造了专用模具，以保证制造出来的转子线圈达到核电要求的标准。

1AP1000核电转子线圈的特点

AP1000转子线圈铜排截面尺寸多样、最大的铜排厚度达到12.15 mm，宽度 51.7 mm。

按照核电生产工艺要求，铜排在弯形生产过程中不能退火，这样会使得铜排弯形后留有过多应力，导致很大的硬化变形难以克服，而最终的下线尺寸要求又很严格。

线圈的端弧尺寸与对焊接头精度要求高，对检测方式与检测精确度有明确的书面文件要求。

线圈端弧部的主要生产工艺过程为：下料—扁弯—通风槽及励端线圈过渡厚度加工—倒圆R5—端弧滚R—端弧检测—端弧舌头的加工—铆接挡风块。图1为转子线圈励端部图。

图1　转子线圈励端

2主要工艺过程及采取的相关措施

2.1　转子线圈的扁绕与检测

2.1.1按照三菱公司的核电工艺文件进行各种模具的设计与制造

对转子线圈的形状与最终的下线质量起重要作用的是端部弧形的形状与精度。单匝铜排在滚弧机上滚弧完成后，进行修弧并叠加成整组线圈，然后安放在端弧检测样板上进行检测与微修整。

单匝线圈在滚弧机滚弧后要用弧部检测样板进行每匝弧形的检测,用0.02 mm塞尺测量铜线与R规间的间隙。如果不能使间隙小于塞尺，则再需手工微调端弧。完成与R规贴合后，再上滚弧机滚出后半段圆弧。重复以上的过程，直至与R规完全吻合。下一匝铜排重复上一匝的过程，不过是以上一匝线圈的外弧面为基准，直至一个槽内的线圈全部加工完成。对于励端线圈来说，如果不能完全贴合在检测样板上，则使用手工修弧的工具修整，手工修弧工具如图2所示。

图2　手工修弧工具

三菱公司专用的弯形设备，上压力最大值93 t，侧压力最大110 t，扁弯扭转力为2 t·m，能同时扁绕两个转角，对扁弯转角的控制非常准确。实际生产中由于没有与三菱公司相同的设备，我们应用的扁绕设备，其系统压强18 MPa,而且只能单侧扁弯。如图3与图4。

图3　线圈的扁绕

图4　线圈的扁绕

2.1.2端部整组检测工具

线圈冲孔、扁弯、滚弧后，要把单匝线圈组合成整组线圈上检测工具进行检测。端部整组检测工具一开始按核电文件要求只具备检测功能，如图5。开放端可以对单匝铜排的节距进行手工微整形。更适合专用设备制造的线圈如图6所示。

图5　检测工具

图6　手工微整形

2.1.3未经整形的线圈会导致检测工具发生形变

图7　检测工具示意图

图8　线圈与测尺的间隙

图7为检测工具设计原理示意图。δ值理论上为0时，线圈的节距值达到理想状态，测尺边缘距线圈边缘的间隙为6 mm。然而由于AP1000核电铜排截面大、扁弯后不退火等原因，检测结果却非常不理想。不但出现了δ值，而且间隙δ还是不均匀的，呈现出上小下大的状态。说明在这种情况下线圈的变形十分复杂，已经不单是节距变小的问题，两端中心线的夹角也出现了严重的误差。实际检测的间隙状况如图8所示。

2.1.4分析查找发生形变的原因

为了进一步查找问题所在，做出了扁弯后的90°角度样板进行与一根实物线圈的比照，如图9。

图9　样板与实物比照图

图9中实线为线圈的转角处的理论状态，虚线为线圈的实际状态，可以看出偏差值在顶端为2.172 mm。检测后发现线圈的主要问题集中在以下四个方面：

1) 转子线圈的端弧部与靠规之间有间隙，说明线圈端弧R691.0存在较大偏差。

2) 节距存在偏差。

3) 向心角度偏差存在。

4) 扁绕后的线圈转角不是90°。

2.2　设计转子线圈整形检测模具

2.2.1整形检测模具的作用

1) 修整R691.0大弧。

2) 修整向心角度。

3) 修整节距尺寸。

4) 修整扁弯后的90°转角。

教师在上课之前应该备自己的学生，明确课堂的主体是学生，课堂有效性应体现于学生。一堂课学生要有所发展，首先要明白学生的起点在何处，有哪些已有的知识，有哪些已会的技能。学生的知识基础是有差异的，当全面了解学情后，我们应精心设计合理的教学环节，组织活动，有针对性的让学生选择自主学习、接受式学习、合作及探究学习等丰富的学习方式，引导学生能够态度积极、兴趣浓厚、精力集中的有序高效的完成学习目标。并充分肯定学生的观点，尊重学生，充分的保证学生的发言权，不讥讽学生。别林斯基说过，“你的教鞭下有瓦特，你的冷眼里有牛顿，你的讥笑中有爱迪生”。并以此来告诫别人，也严格要求自己，以宽厚仁爱去包容、尊重、热爱学生。

2.2.2模具的特点与结构

整形检测模具可以同时实现两个功能，一是转子线圈端部铜排滚弧后进行整组整形，去除应力，修整转角形状；二是检测整形后的线圈精度尺寸。

整形检测模具的主件是一个弧形胎板。弧胎以外R定位，内R加垫条顶紧。注意留出引出线定位块的位置，并以定位销钉固定。

模具的胎板上按各组线圈的向心角度刻线，并刻出线圈的中心对称线。使用时，线圈按不同的向心角安放在胎体上，使线圈的中心线与胎体的中心对称线对齐。用压条与顶紧螺栓加侧向力，然后用压板把线圈压紧并与胎体面紧密贴合。安装测尺，并测量测尺与线圈内侧的间隙值，设计给定的间隙值为6 mm。如果此值不为6 mm或间隙不平行，则用移动液压缸修形，直至间隙均匀数值为6 mm。整形与检测模具图片如图10。

为了保证模具使用过程中的强度与刚性满足线圈的生产要求，对该模具的各部件进行了强度计算，并进行了整体一次性的数控加工。装配精度在测尺处达到了±0.02 mm，强度与精度完全满足检测要求。

图10　新结构的整形检测一体模具

2.3　对比应用整形检测模具前后一组转子线圈的实际效果

现以一组线圈为例，对比前后的效果。图11为实施整形前，线圈与测尺的间隙，未经整形前的转子线圈内侧面与测尺之间的间隙值远超过核电工艺文件要求，且与测尺所代表的理论向心角线有明显的角度差。向心角度差值达到±3°，达不到核电转子线圈的检测要求。图12为应用整形检测工具整过形的线圈，转子线圈的内侧面与测尺之间的平行度非常好。转子线圈的向心角准确，与测尺的间隙值在6±0.6 mm(根据核电技术文件要求公差值在±0.8 mm)，而且线圈内侧边与测尺所代表的理论向心角线平行。

图11　整形前线圈与测尺间隙

图12　整形后线圈与测尺的间隙

由于应用了移动液压缸，整形效率提高，可以有效克服铜线在扁弯过程中产生的硬化现象与回弹，对线圈在整组合并后的外弧R进行有效修整。

2.4　整形与检测结束后，直线与转角铜排进行对焊

图13为转子线圈直线与端部焊接工具的示意图，直线与转角铜排对焊。焊接胎具把端弧的R中心移动在工作面上方，使得模具结构更适应焊接设备，提高焊接质量。线圈的直线部分用固定夹体固定，端弧部则可以伸缩调节的活动夹体固定，通过凸轮手柄控制弧部轴向移动，添加焊片并固位。

图13　转子线圈直线与端部焊接工具

3结语

经以上过程的研究后，核电转子线圈在扁绕与滚弧后产生的应力变形与回弹问题得到了解决。增加相应的制造整形工序并设计制造了整形工具后，

转子线圈的形状精度很好，有效地去除了变形与回弹，完全满足生产要求。经过我们自行攻关研制出的模具，完成可以实现AP1000核电转子线圈的国产化制造。

1) 核电文件要求线圈在接头处的形状公差值应在±0.8 mm以内符合要求，经研制后，线圈在此处的公差值可以控制在±0.6 mm以内，达到并超过了文件对转子线圈制造精度的要求。

2) 解决了线圈在扁绕与滚弧后产生的应力变形问题。

3) 完全符合核电的生产要求与过程检测的文件要求。经三菱公司相关专家到场检测后，得到确认。

4) 对转子线圈外弧形进行了有效控制，端弧R尺寸、向心角度、节距值都达到了图纸要求，使得接头对焊质量很好。

作者简介：