[發明專利]一種提高核主泵惰轉飛輪結構完整性的加工方法

在審

• 申請號: 202010547951.6
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111690893A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 潘學民;雷明凱;李夢啟;蔡龍;朱寶;王桂芹;朱小鵬;李昱鵬;李玉閣
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;哈爾濱電氣動力裝備有限公司
• 主分類號: C23C8/36
• 分類號: C23C8/36;C22F1/18
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 楊翠翠;花向陽

一種提高核主泵飛輪結構完整性的加工方法，屬于核電裝備設計與制造領域。本方法采用飛輪表面超聲沖擊+等離子體源滲氮復合處理工藝，首先利用超聲沖擊處理飛輪形成塑性變形表面，然后再進行等離子體源滲氮處理，超聲沖擊導致塑性變形增強滲氮效果，形成10?50μm耐腐蝕穩定的ε相+γ＇相滲氮層同時具有900?1200 MPa表面殘余壓應力，有效改善飛輪抗應力腐蝕疲勞性能，提高了使役過程飛輪結構完整性。采用此方法是在飛輪基體表面生成高壓應力耐蝕層，不改變現有結構設計，無需另行加裝保護套，處理方法簡單易行。

技術領域

本發明涉及一種提高核主泵惰轉飛輪結構完整性的加工方法，屬于核電裝備設計與制造領域。

背景技術

惰轉飛輪是百萬千瓦級核主泵關鍵的非能動安全保障部件，極端工況下提供高慣性，確保反應堆余熱排除，防止堆芯熔化災難事故。核主泵現階段設計壽命 60年，并已計劃延壽至80年。大質量、高轉速惰轉飛輪運行時輪盤承受過盈裝配和高速旋轉引起的機械應力，長期處于高溫高輻照使役環境中，容易發生應力腐蝕疲勞斷裂失效，破壞飛輪結構完整性。惰轉飛輪輪盤一旦破裂，將造成核主泵劇烈振動，產生的高能飛射物可損壞泵殼等壓力邊界。飛輪輪盤斷裂是造成核主泵破壞導致放射性工質水泄露的最嚴重失效形式。飛輪結構完整性設計要求在額定轉速及設計轉速下輪盤承受最大應力不超過規定允許限值，即在正常運轉過程和事故工況下能夠保證輪盤強度滿足應力要求（原子能科學技術，2007年，第41卷4期：463-467頁）。飛輪的結構完整性除了與輪盤所選材料的強度有關，還與飛輪使役過程輪盤抗應力腐蝕性能息息相關。

核主泵主要有屏蔽式、軸封式和濕繞組式，均采用純非能動理念設計，具有優化結構和性能協同的高可靠性要求（電力通用機械，2015年，第9期：79-81頁）。屏蔽式、濕繞組式核主泵惰轉飛輪浸泡在高壓反應堆冷卻劑中，受到空間結構的限制故采用有效增加轉動慣量的高密度重金屬鎢合金作為填充物的復合飛輪，增加保護套和上、下端蓋板形成封閉空間隔離冷卻劑防止發生應力腐蝕。而軸封式核主泵惰轉飛輪在空氣中運行，采用一塊或多塊大尺寸鋼盤組成，圖1是軸封式核主泵惰轉一種典型飛輪結構示意圖。為了獲得足夠的轉動慣量封式核主泵飛輪盤徑向尺寸設計的比較大，增加保護套不切實際，不改變設計結構前提下提升軸封式核主泵惰轉飛輪盤的抗應力腐蝕疲勞使役性能顯得尤為重要。

發明內容

本發明提出一種提高核主泵惰轉飛輪結構完整性的加工方法，特征是首先利用超聲沖擊處理飛輪形成塑性變形表面，然后再進行等離子體源滲氮處理，超聲沖擊導致塑性變形起到增強滲氮效果，形成耐腐蝕穩定的ε相+γ＇相滲氮層且具有高的表面殘余壓應力，可有效提高飛輪使役過程結構完整性。

本發明所采用的技術方案為：一種提高核主泵惰轉飛輪結構完整性的加工方法，首先利用超聲沖擊處理飛輪形成塑性變形表面，然后再進行等離子體源滲氮處理，超聲沖擊導致塑性變形起到增強滲氮效果。

所述超聲沖擊處理：所使用的超聲沖擊槍為內藏19針式，沖擊頭直徑19 mm，基于DSP的數字方式控制，超聲沖擊槍電源為220 V/50 Hz，電流2.64-3.80 A，振幅45.0-75.5 μm，頻率為18.7-18.8 kHz；飛輪上端面、下端面最外側圓周沖擊頭移動速度為15.5-28.5mm/min，加工軌跡形成閉合環后，垂直于移動方向徑向進給7mm，重新開始，直至完成飛輪上端面、下端面全覆蓋；飛輪外圓柱面上端沖擊頭沿著面圓周移動速度為15.5-28.5 mm/min，加工軌跡形成閉合環后，垂直于移動方向向下移動7mm，重新開始，直至完成飛輪外圓柱面全覆蓋；