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锻造是民用核安全设备制造的常用方法,一些重要核电设备如压力壳部件、汽轮机转子、汽轮机叶轮、发电机的转子和护环都是锻制的。锻造作为压力加工的一种,同样是通过塑性变形使金属铸锭获得细晶粒结构,使组织致密,并能弥合铸造组织的内部缺陷,从而提高了产品的力学性能。 根据使用的设备和工具的不同,锻造可以分为自由锻(如图3-3示)、模锻(如图3-4示)、胎模锻。自由锻适于制作形状简单的零部件,同时也是制造大型锻件的惟一方法。模锻特点是模锻件尺寸精确,适于锻造出形状比较复杂、尺寸不太大的锻件。胎模锻是利用自由锻设备,采用不与上下砧相连接的活动模具成型锻件的方法。它可以利用自由锻设备,制造成本较低、制造精度较高,适于制造形状复杂部件的优点。 锻件生产中形成缺陷的环节很多,下料、加热、锻造、切边、冷却、锻后热处理、表面清理等工序中都可能产生锻造缺陷。锻件中常见缺陷主要有裂纹、夹层、折叠、白点等。白点是锻件内部的氢来不及逸出造成的裂纹,主要产生在芯部。在纵向断面上呈圆形或椭圆形的银白色斑点。 折叠是锻件中的常见缺陷。锻造时可能将锻坯表面的氧化皮延展压入而引起折叠。模锻时,若上下两个模具发生错位,也可能会挤出一些金属形成折叠。折叠可以被目视检验发现,外观上与裂纹相似,但其底端圆钝,两侧氧化色较严重。浅的折叠可用研磨的方法去除,深的则不可接受。 如果锻造坯锭中残留缩孔缩管、夹渣、气孔等缺陷时,锻打之后,这些缺陷会被打成平面或线状。在内部平行于锻面的称之为夹层;如果被挤出外表面,则呈现为龟裂状或细缝状,可以称之为进裂。如果锻造时不能将夹层锻合,夹层也可发展扩大为裂纹。残留缩管引起的夹层往往在锻件头部。皮下气孔引起的夹层则往往在近表面。对于锻件,了解其加工部位、变形方向、锻造工艺等信息,对于判断缺陷是有好处的。 锻造裂纹可以产生在锻件的不同位置,在锻造的各工序中都可能产生。产生的原因可以与锻造材料特性有关,可以与锻造温度、锻造变形量等工艺选择不当有关,也可以与多种因素共同作用有关。 一些锻造裂纹举例如下: a. 锻造材料中的原始缺陷在锻造时可能会变为裂纹; b. 采用切割、气割等手段下料时产生的裂纹; c. 未热透裂纹。由于加热后保温时间不够,常在坯料头部出现芯部开裂,严重的可纵向贯穿坯料; d. 加热裂纹。从中心向四周沿横截面开裂; e. 过烧开裂。当加热炉温过高或在高温区停留时间过长,导致晶粒特别粗大甚至开裂,裂口间表面呈浅灰蓝色; f. 锻裂。锻造时由于柱状晶粗大、锻造变形量不当、锻造温度不当引起的锻裂; g. 冷却裂纹。若锻后冷却过快,可造成较大热应力和组织应力引发裂纹。这种裂纹外观光滑细长,有时成网状龟裂,多在马氏体钢锻件中产生; h. 淬火裂纹。锻后热处理不当造成,多在尖角等应力集中处发生,其内侧壁表面上没有氧化与脱碳现象。图3-5为锻造温度不当造成的螺栓头部锻裂。【缺少答案,请补充】
焊接是现代工业制造、安装中最重要的一种加工方法之一,民用核安全设备中大量部件、设备、系统都要以焊接的形式组装完成。焊接方法主要分为熔化焊、压力焊、钎焊三大类。熔化焊是应用最广的焊接方法。 如果焊接条件、焊接工艺不当,会产生各种缺陷,通用教材中对焊缝目视检验已经有了较为详尽的叙述。这里补充探讨一下有关焊接缺陷分类和命名的问题。在进行焊缝目视检验及其他方法的无损检测时,我们对缺陷的描述往往不一致,这种不一致会使检测结果变得混乱甚至是不可信,所以规范各种术语有很强的现实意义,特别是对质量要求极高的核工业系统更是如此。但所采用的标准、规范不同,其中的术语描述也就可能不同,这给术语的统一和规范带来了很大的困难。在可能的情况下,应尽量采用国家标准中的术语。对于焊接缺陷的术语,参照GB/T 6417.2-2005《金属压力焊和气焊缺陷分类及说明》,“焊接缺陷”包括焊缝、热影响区及母材中的缺陷,分为6大类。分别为第1类缺陷(裂纹)、第2类缺陷(孔穴)、第3类缺陷(固体夹杂)、第4类缺陷(未熔合和未焊透)、第5类缺陷(形状和尺寸不良)、第6类缺陷(其他缺陷)。每一类缺陷下又分若干小类,并各有数字序号和名称。 需要指出的是,GB/T 6417.2-2005中将术语“焊接缺欠”和“焊接缺陷”含义是不同的。焊接缺欠(welding imperfection)是指在焊接接头中因焊接产生的金属不连续、不致密或连接不良的现象;而焊接缺陷(welding defect)是指超过规定限值的缺欠。在本教材中,将“焊接缺欠”和“焊接缺陷”视为同义词。但在含中英文的检验报告编写时应注意两者的差别,特别是英文含义存在很大差别,不能混淆。 从GB/T 6417.2-2005中对焊缝缺陷的分类说明我们可以看出,目视检验主要可以检出焊接接头中的第5类缺陷(形状缺陷)、大部分第6类缺陷(其他缺陷)以及外露在表面并能被人眼所分辨的其他类别的缺陷。【缺少答案,请补充】
切削加工等机械加工方法是使零件、部件最终成形,达到规定形状、规格和表面质量要求的重要手段。常用的切削加工方法有车削、磨削、刨削、铣削、镗削。 切削工具的特性、被切削材料的特性以及切削工艺决定了切削加工的质量。切削加工后的表面质量好坏对于零部件的耐磨性、耐腐蚀性、疲劳强度、使用寿命都会有很大影响。一般要求零部件的表面粗糙度适当,没有加工造成的损伤或异常。 通常目视检验可以对切削加工件的表面粗糙度、表面异常作出评判。目视检验感知被检件表面粗糙度是极为粗略的,采用表面粗糙度对比块、表面粗糙度测量仪可以得到更为精准的判断。对于表面裂纹(主要是磨削裂纹),精细的目视检验才能发现,一般需借助放大镜在合适的光照环境下进行观察。对于加工表面的划伤、拉毛、烧伤等异常,目视检验较易发现。 如果在磨削加工时表面划伤、拉毛,可能是由于砂轮磨粒脱落、砂粒太软等原因引起;表面粗糙度过大可能是由于磨削速度过低、进给速度过快、被加工材料太软或太脆等原因引起;磨削裂纹的产生诱因可能是材料材质不均,也可能是加工前热处理不当造成残余应力过大,或者可能因磨削过度后被切削液迅速冷却造成残余拉应力过大而形成,一般比较浅,基本垂直于磨削方向;烧伤则可能是因为砂轮太硬、进给量过大造成局部过热而引起,其宏观特征是沿砂轮加工方向的暗黑色斑块或连续、不连续的线条。图3-6为磨削裂纹图例。【缺少答案,请补充】