專利名稱：“d”形截面環(huán)形雙層壁超高真空容器制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種磁約束核聚變領域，具體是一種核聚變反應中應用的“D”形截面環(huán)形雙層壁超高真空容器制造方法。
磁約束核聚變研究，需要在超高真空條件下進行，而且要求在真空容器外部安裝不同類型的磁體，為核聚變反應的等離子體提供特定的磁場環(huán)境，同時要求對真空容器進行均勻加熱與冷卻，容器的截面形狀為近似與“D”的形狀，而且該容器必須能夠承載實驗過程中產(chǎn)生的強大電磁力。
由于該真空容器體積龐大，結構復雜，精度要求高，如何在低成本與簡易條件下制作，是一個十分困難的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是提供一種“D”形截面環(huán)形雙層壁超高真空容器制造方法，在低成本與簡易條件下，制作出高精度的符合要求的復雜形狀的真空容器。
本發(fā)明的技術方案如下“D”形截面環(huán)形雙層壁超高真空容器制造方法，包括以下步驟(1)、將“D”形截面環(huán)形雙層壁容器，設計分割成多個扇段，按各扇段內層壁和外層壁的展開形狀，分塊下料，其中除用于直線段塊料外，其余部分塊料用模具沖壓成和“D”形扇段內層壁或外層壁匹配的雙曲面；同時，制作內層壁和外層壁之間的加強筋；(2)、加工一個外表面形狀與真空容器內層壁雙曲面及直線段形狀一致的“D”形焊接工裝，該工裝是由固定安裝成一體的若干符合“D”形截面形狀的筋板和直線筋板組成；(3)、將構成每一扇段的內層壁的直線段塊料和沖壓塊料貼緊焊接工裝，并與焊接工裝上的筋板點焊在一起，使塊料表面形狀和工裝表面形狀一致，最后形成完整的內層壁形狀；(4)、在內層壁外沿“D”形截面方向焊接加強筋，加強筋的截面形狀也構成“D”形，這時，焊接在內層壁上的加強筋構成了外層壁的焊接工裝；(5)、在加強筋外貼合焊接構成外層壁的塊料，使塊料表面形狀和加強筋外表面形狀一致，最后形成完整的外層壁形狀；(6)、在各個扇段上開有物料進出口；(7)、將焊接好的各扇段與焊接工裝一起進行振動，以消除應力；(8)、再將扇段從焊接工裝上卸下；(9)、焊接扇段兩端面板；(10)、獲得所需要的所有扇段，全部扇段掛在與“D”形截面環(huán)形雙層壁容器的直線段所形成的圓筒直徑一致的圓筒工裝上，將相鄰扇段相互焊接成一體，形成一個“D”形環(huán)的形狀，得到所需要的環(huán)形容器。
在進行本發(fā)明真空容器的設計時，考慮到制造工藝上實現(xiàn)的可能性和實際裝置本身的需要，將雙層壁超高真空容器分成若干扇段來設計。各扇段分別設計成滿足形狀要求的雙層壁，為能夠承受電磁載荷和滿足今后要進行的加熱與冷卻的需要，每段都在雙層壁之間加有加強筋，且加強筋使每段在雙層壁之間形成可供流體流動的通道，并對每一段均進行受力分析和流場分析，使結構達到最優(yōu)化。
制造方法是，首先按每一扇段的展開形狀按“D”形截面的曲線分段下料(通常分成五段，包括外層壁與內層壁及直線段)，由于每一塊料需除用于直線段外，需要做成截面方向和環(huán)向的雙曲面，必需采用模壓。為使制造工藝簡單，降低制造成本，在曲面成型時采用分兩步走的方法，先采用簡單模具將材料壓制成接近所需要的雙曲面形狀，該簡單模具是采用鋼板焊接而成，其模壓面只需進行比較粗的機加工，在壓制時采用局部加墊的方法，使材料形狀達到較粗的雙曲面形狀；然后加工一個外表面形狀與真空容器內層壁設計雙曲面形狀一致的焊接工裝，該工裝的外表面是有若干沿“D”形小截面方向的筋板組成，很容易達到加工精度，將每一扇段的內層壁的五塊壓制好的雙曲面材料與焊接工裝上的筋板點焊在一起，并在點焊過程中使雙曲面壁進一步局部變形，從而使其達到與焊接工裝表面一致的形狀，這樣五塊板材之間完成焊接就形成了精確的內層壁形狀；雙層壁之間的加強筋也設計成沿“D”形截面方向，且這些加強筋的形狀可機加工到很高的精度，焊在內層壁的外表面上，就形成相當于外層壁的焊接工裝，采用內層壁同樣的焊接與校形的方法，就可以獲得精度達到要求的外層壁的雙曲面形狀；這時扇段成為夾層空間全封閉的箱體結構。雖然箱體結構具有較強的剛性，但由于在焊接過程中是采用強制法來控制曲面形狀和焊接變形的，需要消除殘余應力。為了不在加熱條件下改變用于制造真空容器的不銹鋼材料的特性，將焊接好的扇段與工裝一起進行振動，消除應力，再將扇段從工裝上卸下，就獲得達到精度要求，且有穩(wěn)定形狀的一段真空容器。所有扇段均采用此法進行焊接，最后機加工每一扇段的兩端面，獲得所需要的扇段角度，全部扇段通過直徑與直段所形成的圓筒直徑一致的圓筒工裝來控制整個環(huán)的形狀，組焊在一起便形成所需要的環(huán)形真空容器。
本發(fā)明有合理的結構設計及優(yōu)化，采用了極為簡單的工藝與極低成本的制造技術制造出結構復雜，精度要求高的用于前沿科學研究的真空容器，為先進設備在有限條件下進行研制開了先河。


圖1是內層壁和外層壁用塊料沖壓模具。
圖2是扇段內層壁焊接工裝。
圖3是扇段“D”形截面示意圖。
圖4是扇段焊接用圓筒工裝示意圖。
圖5是全部扇段焊接后俯視結構圖。
具體實施例方式
下面結合圖對本發(fā)明進行進一步描述“D”形截面環(huán)形雙層壁超高真空容器制造方法，其特征在于包括以下步驟(1)、將“D”形截面環(huán)形雙層壁容器，設計分割成多個扇段，其中扇段結構包括內外層壁、兩條內加強筋和兩條端面加強筋(略去優(yōu)化過程)；四條加強筋將每一扇段的夾層分成三個獨立的空間，除了要在真空容器內層壁和/或外層壁上開孔，使今后用于加熱或冷卻的流體能流入流出外，在兩條內加強筋上適當?shù)奈恢眯枰_孔，使流體在夾層內均勻流動，不形成死空間，從而使加熱和冷卻都能達到均勻；按各扇段內層壁和外層壁的展開形狀，分塊下料，其中除用于直線段塊料外，其余部分塊料用模具沖壓成和“D”形扇段內層壁或外層壁匹配的雙曲面；同時，制作內層壁和外層壁之間的加強筋；(2)、加工一個外表面形狀與真空容器內層壁雙曲面及直線段形狀一致的“D”形焊接工裝，該工裝是由固定安裝成一體的若干符合“D”形截面形狀的筋板和直線筋板組成；(3)、將構成每一扇段的內層壁的直線段塊料和沖壓塊料貼緊焊接工裝，并與焊接工裝上的筋板點焊在一起，使塊料表面形狀和工裝表面形狀一致，最后形成完整的內層壁形狀；(4)、在內層壁外沿“D”形截面方向焊接加強筋，加強筋的截面形狀也構成“D”形，這時，焊接在內層壁上的加強筋構成了外層壁的焊接工裝；(5)、在加強筋外貼合焊接構成外層壁的塊料，使塊料表面形狀和加強筋外表面形狀一致，最后形成完整的外層壁形狀；(6)、在各個扇段上開有物料進出口；(7)、將焊接好的各扇段與焊接工裝一起進行振動，以消除應力；(8)、再將扇段從焊接工裝上卸下；
(9)、機加工扇段兩端面板，使扇段達到要求的角度與尺寸；(10)、獲得所需要的所有扇段，全部扇段掛在與“D”形截面環(huán)形雙層壁容器的直線段所形成的圓筒直徑一致的圓筒工裝上，將相鄰扇段相互焊接成一體，形成一個截面是“D”形的狀狀容器。
焊接工裝是由鋼板焊接而成，其制造成本是真正意義上模具制造成本的1％；焊接工裝也是由鋼板焊接而成，其外表面的機加工精度容易保證，同時便于焊接操作；由于每一扇段的形狀精度和所占角度精度能夠保證，在組焊時就可保證整個環(huán)體的精度。
其中進行流場優(yōu)化時，對不同扇段因為實驗需要所開的實驗窗口的形狀和大小不一樣，在加強筋上所開的孔的位置不一樣。根據(jù)真空容器用途的區(qū)別，流體的流入與流出的孔可開在內層壁上，也可開在外層壁上，但需要保證每個扇段內形成流道。
本發(fā)明的不足之處在于適合進行單件或小批量生產(chǎn)，對大批量生產(chǎn)需要改進模具。
權利要求
1.“D”形截面環(huán)形雙層壁超高真空容器制造方法，其特征在于包括以下步驟(1)、將“D”形截面環(huán)形雙層壁容器，設計分割成多個扇段，按各扇段內層壁和外層壁的展開形狀，分塊下料，其中除用于直線段塊料外，其余部分塊料用模具沖壓成和“D”形扇段內層壁或外層壁匹配的雙曲面；同時，制作內層壁和外層壁之間的加強筋；(2)、加工一個外表面形狀與真空容器內層壁雙曲面及直線段形狀一致的“D”形焊接工裝，該工裝是由固定安裝成一體的若干符合“D”形截面形狀的筋板和直線筋板組成；(3)、將構成每一扇段的內層壁的直線段塊料和沖壓塊料貼緊焊接工裝，并與焊接工裝上的筋板點焊在一起，使塊料表面形狀和工裝表面形狀一致，最后形成完整的內層壁形狀；(4)、在內層壁外沿“D”形截面方向焊接加強筋，加強筋的截面形狀也構成“D”形，這時，焊接在內層壁上的加強筋構成了外層壁的焊接工裝；(5)、在加強筋外貼合焊接構成外層壁的塊料，使塊料表面形狀和加強筋外表面形狀一致，最后形成完整的外層壁形狀；(6)、在各個扇段上開有物料進出口；(7)、將焊接好的各扇段與焊接工裝一起進行振動，以消除應力；(8)、再將扇段從焊接工裝上卸下；(9)、焊接扇段兩端面板；(10)、獲得所需要的所有扇段，全部扇段掛在與“D”形截面環(huán)形雙層壁容器的直線段所形成的圓筒直徑一致的圓筒工裝上，將相鄰扇段相互焊接成一體，形成一個“D”形環(huán)的形狀，得到所需要的環(huán)形容器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種“D”形截面環(huán)形雙層壁超高真空容器制造方法，將“D”形截面環(huán)形雙層壁容器，設計分割成多個扇段，按各扇段內層壁和外層壁的展開形狀，分塊下料，其中除用于直線段塊料外，其余部分塊料用模具沖壓成和“D”形扇段內層壁或外層壁匹配的雙曲面；制作內層壁焊接工裝，依次焊接內層壁與外層壁。最后將各扇段焊接成環(huán)形真空容器。本發(fā)明有合理的結構設計及優(yōu)化，采用了極為簡單的工藝與極低成本的制造技術制造出結構復雜，精度要求高的用于前沿科學研究的真空容器，為先進設備在有限條件下進行研制開了先河。
文檔編號B23K37/04GK101042944SQ20071001967
公開日2007年9月26日 申請日期2007年1月29日 優(yōu)先權日2007年1月29日
發(fā)明者姚達毛, 姚國強, 張思根, 武松濤, 諸寶飛 申請人:中國科學院等離子體物理研究所