鋯合金管坯壁厚自動(dòng)超聲檢測(cè)與砂帶磨削關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、化學(xué)元素鋯具有出色的核性能，以鋯為基體添加其他元素所構(gòu)成的合金已被廣泛用作核動(dòng)力水冷反應(yīng)堆的燃料包殼管材料。作為與反應(yīng)堆核燃料直接發(fā)生接觸的第一道防護(hù)線，鋯合金包殼管承受著異常復(fù)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(zhǎng)其使用壽命，實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)其壁厚均勻性和外表面加工質(zhì)量提出了嚴(yán)格的要求。
　　針對(duì)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的研究方法，對(duì)管坯壁厚自動(dòng)超聲檢測(cè)與砂帶磨削關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，開發(fā)了一套可自動(dòng)生成數(shù)控NC磨削加工程序的軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋯合金管坯壁厚偏差及其表面加工質(zhì)量的自動(dòng)化加工，顯著的提升了加工效率，為解決因?qū)︿喓辖鸢鼩す芘鹘孛姹诤窦捌浔砻婕庸べ|(zhì)量有著嚴(yán)格要求而帶來的

3、自動(dòng)化加工難題提供指導(dǎo)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：
　　（1）首先對(duì)管坯壁厚自動(dòng)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)方案進(jìn)行構(gòu)建，通過超聲波這雙“眼睛”實(shí)現(xiàn)了對(duì)管坯壁厚值的測(cè)量；
　?。?）其次規(guī)劃了管坯壁厚檢測(cè)路徑，對(duì)所測(cè)管坯壁厚值進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，根據(jù)測(cè)點(diǎn)壁厚值、相應(yīng)角度值及管徑求出了各檢測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，并采用三次B樣條曲線對(duì)管坯進(jìn)行模型重構(gòu)，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(yǔ)言將壁厚數(shù)據(jù)處理功能與模型重構(gòu)功能進(jìn)行集成，開發(fā)了管坯壁厚檢測(cè)與磨削軟件，使得管坯壁厚檢測(cè)與磨削軟件這只“大腦”可根據(jù)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)位置信息，自動(dòng)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(duì)管坯壁厚超差區(qū)域的磨削加工，并再次進(jìn)行壁厚超聲波檢驗(yàn)，若其壁厚偏差仍然較大，則再次對(duì)其進(jìn)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(duì)其外表面進(jìn)行整體拋磨加工，主要開展了以下研究工作：
　?。?）首先采用響應(yīng)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(jìn)給速度及管坯旋轉(zhuǎn)速度）具有映射關(guān)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(yīng)，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(duì)管坯進(jìn)行實(shí)際整體拋磨實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證試驗(yàn)表明以此最優(yōu)工