[發(fā)明專利]一種具有新型耐磨層結(jié)構(gòu)的鉤爪及其制造方法

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• 申請日: 2016-12-03
• 公開（公告）號: CN108115132A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 劉紅賓;李旺;孫峰;李廣生;潘寶珠
• 申請（專利權(quán)）人: 鑫精合激光科技發(fā)展（北京）有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/24;B22F5/10;B23P15/00;G21C7/14;G21C21/18;B33Y10/00;B33Y80/00
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本發(fā)明公開一種具有新型耐磨層結(jié)構(gòu)的核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)鉤爪及其制造方法。該鉤爪結(jié)構(gòu)為：銷孔的耐磨層外形為方形；鉤齒與基體的結(jié)合面為平面。本發(fā)明采用激光3D打印技術(shù)，制造步驟如下：S1：建立毛坯三維數(shù)模；S2：制定激光沉積制造方案，并對數(shù)模進行切片和激光掃描路徑規(guī)劃；S3：設定制造參數(shù)并編制工藝控制程序；S4：完成制造前準備工作；S5：按照設定的程序進行激光沉積制造；S6：將鉤爪毛坯從基板切割分離，然后進行熱處理；S7：對熱處理后的鉤爪毛坯進行機加工獲得鉤爪成品。本發(fā)明制造的鉤爪具有比氧乙炔堆焊鉤爪更好的力學性能，生產(chǎn)過程完全自動控制，不受操作人員影響，適合批量生產(chǎn)，可以完全替代氧乙炔堆焊鉤爪。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光增材制造領(lǐng)域，涉及用于核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)鉤爪的一種新型結(jié)構(gòu)及制造方法。

背景技術(shù)

控制棒驅(qū)動機構(gòu)是核電站反應堆的關(guān)鍵設備，也是反應堆本體上唯一的動設備。鉤爪組件是控制棒驅(qū)動機構(gòu)中最核心、最關(guān)鍵的零件之一。反應堆的啟動、功率調(diào)節(jié)、功率保持、正常停堆和事故停堆等功能操作，就是依靠兩組鉤爪按照時序運動的擺進擺出方式完成驅(qū)動桿帶動堆芯控制棒的提升、下插動作來實現(xiàn)。

核電技術(shù)的發(fā)展對反應堆系統(tǒng)和設備的安全性、可靠性和經(jīng)濟性都提出了更高的要求。作為易損件，鉤爪的耐磨損、耐熱性、耐腐蝕等特性直接決定整個控制棒驅(qū)動機構(gòu)的使用壽命。堆焊型鉤爪由于其優(yōu)越抗沖擊性、耐腐蝕性，不易崩齒、斷裂和碎裂，含鈷量低和更好的耐磨性而被廣泛采用。但由于其在小孔內(nèi)進行氧乙炔手工堆焊的操作難度高，工藝穩(wěn)定性差、生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品合格率低，國內(nèi)相關(guān)單位的產(chǎn)品沒有實際工程應用價值。國內(nèi)核電工程使用的該種鉤爪幾乎全部采用進口。堆焊型鉤爪、連桿成為控制棒驅(qū)動機構(gòu)中唯一沒有實現(xiàn)批量化國產(chǎn)的零件。

激光增材制造是通過將三維構(gòu)件解構(gòu)為二維后再利用高能激光束進行堆疊制造的技術(shù)。對于復雜構(gòu)件、難熔材料的加工制造具有獨特優(yōu)勢。本發(fā)明就是提供一種具有新型耐磨層結(jié)構(gòu)的鉤爪及其激光沉積制造方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種具有新型耐磨層結(jié)構(gòu)的核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)鉤爪及其激光沉積制造工藝方法。

本發(fā)明提出的核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)鉤爪新型耐磨層結(jié)構(gòu)，其特征是：銷孔的耐磨層為外圓呈鋸齒狀的圓管形；銷孔耐磨層與基體結(jié)合面為鋸齒形；鉤齒與基體的結(jié)合面為鋸齒形。

本發(fā)明提出的具有新型耐磨層結(jié)構(gòu)的核電站控制棒驅(qū)動機構(gòu)鉤爪的激光沉積制造方法，包括如下步驟：

S1：建立鉤爪毛坯三維數(shù)字模型；

S2：制定鉤爪激光沉積制造方案，并對數(shù)模進行切片和激光掃描路徑規(guī)劃；

S3：設定激光沉積制造參數(shù)并編制工藝控制程序；

S4：完成激光沉積制造前準備工作；

S5：按照設定的程序進行激光沉積制造；

S6：將鉤爪毛坯從基板切割分離然，后進行熱處理；

S7：對熱處理后的鉤爪毛坯進行機加工，獲得鉤爪成品。

本發(fā)明所述外圓呈鋸齒狀的圓管形鉤爪銷孔區(qū)耐磨層，其特征是：圓管外直徑不小于10.5mm，不大于19.0mm。

本發(fā)明所述鉤爪激光沉積制造方法S2步驟，其特征在于：

S2-1：采用鉤爪毛坯以鉤齒面中心法線與其軸線所在平面呈水平的側(cè)向平放方式生長；

S2-2：將鉤爪毛坯數(shù)模進行切片；

S2-3：對切片進行分區(qū)，并規(guī)劃每個分區(qū)的激光掃描路徑；

S2-4：編制鉤爪毛坯切片和激光沉積制造程序文件。