[发明专利]一种锆合金管材高精度矫直方法

说明书

技术领域

本发明属于管材矫直技术领域，特别是涉及一种锆合金管材高精度矫直方法。

背景技术

目前，核发电设备所使用的锆合金燃料管(Zr-4)壁厚仅为0.53mm，属于极薄壁管，由于燃料管需要在高压水冷环境中工作，而该环境中氢离子的含量又很高，如果燃料管的表面存在微裂，微裂处极易吸附氢离子，从而产生“氢脆”现象，使燃料管的氢化物取向超标，增加了核泄漏的风险。

锆合金燃料管需要经过矫直处理后方可使用，而矫直后的燃料管需要达到无微裂、无划痕、无反弹、无盲区和无椭圆的表面技术指标要求，且燃料管直线度不能大于0.3mm/m。采用传统矫直机进行矫直的方法，暂时还都无法避免燃料管表面产生微裂，虽然国外出现了一种无对压矫直技术，能够实现燃料管表面无微裂的技术指标要求，但是对于燃料管无椭圆、无反弹的技术指标仍不够理想。现有的矫直技术依然无法满足燃料管表面技术指标的全面要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种锆合金管材高精度矫直方法，通过该矫直方法，能够满足燃料管表面无微裂的技术指标要求，同时能够满足燃料管无反弹、无盲区、无椭圆、表面无划痕的技术指标要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种锆合金管材高精度矫直方法，包括如下步骤：

步骤一：确定锆合金管材的尺寸参数

步骤二：确定矫直机的结构参数

①确定矫直机辊系结构；

②确定矫直辊的辊形，矫直辊采用三段等曲率反弯辊形；

③确定矫直辊与主机机台夹角；

④确定矫直导程，矫直导程的计算公式为

t＝πdtanα

其中，t为矫直导程，即锆合金管材的某一相位在辊缝内螺旋式旋转一周为一个矫直导程，π为圆周率，d为锆合金管材外径，α为矫直辊与主机机台夹角；

步骤三：确定矫直辊的辊形参数，具体为确定矫直辊反弯半径，使辊缝内的矫直力呈均布状态；

①确定辊缝内最大弯矩M₁，其计算公式为

M₁＝0.8r³δ_s/1000

其中，r为锆合金管材的半径，δ_s为锆合金管材的屈服强度；

②按分段距离计算均布压力对应的弯矩，第一段距离内均布压力对应的弯矩为M₂，第二段距离内均布压力对应的弯矩为M₃，第三段距离内均布压力对应的弯矩为M₄；

其中

M₂＝0.563M₁

M₃＝0.25M₁

M₄＝0.0625M₁

各分段距离均为a，其中a＝t/2，t为矫直导程；

③在各分段距离为a的区间内，辊缝中各点的压力值分别为F₁、F₂、F₃及F₄，则F₁＝F₂＝F₃＝F₄＝aq，q为均布压力值，其中

M₄＝qa²/2

由M₄＝0.0625M₁，可得

q＝0.125M₁/a²

则，F₁＝F₂＝F₃＝F₄＝0.125M₁/a；

④确定M₁段的矫直辊反弯半径ρ₁，ρ₁具体为矫直辊辊腰处的反弯半径，且矫直辊反弯半径ρ₁作为标定值；

M₂段的矫直辊反弯半径ρ₂的计算公式为

ρ₂＝1.78ρ₁

M₃段的矫直辊反弯半径ρ₃的计算公式为

ρ₃＝4ρ₁

M₄段的矫直辊反弯半径ρ₄的计算公式为