技术领域
[0001] 本
发明涉及核电用速度传感器的制备领域，尤其涉及一种制备核电用的速度传感器的螺母的方法。
背景技术
[0002] 核电是清洁高效的
能源，目前各国都在大
力发展核电技术。在第三代核电AP1000的反应堆冷却剂
泵的速度检测系统中，需安装两个速度传感器用于检测反应堆冷却剂泵的速度。速度传感器是与核电安全相关的部件，其性能必须满足核电厂的安全要求，而速度传感器的螺母是速度传感器的核心组成部分，因此，速度传感器的螺母的性能也必须满足核电厂的安全要求。
[0003] 目前，在制备核电用速度传感器的螺母时，先对螺母基体进行加热使螺母基体受
热膨胀，同时使螺母基体上的装配孔张大；然后将装配棒安装到装配孔中，待螺母基体冷却后，装配棒与螺母基体结合为一体。这样制备得到的核电用速度传感器的螺母，螺母基体与装配棒通过机械结合，界面结合效果差。
发明内容
[0004] 为提高核电用速度传感器的螺母的界面结合效果，本发明提出一种制备核电用速度传感器的螺母的方法，该方法包括如下步骤：
[0005] S1、制作所述螺母的螺母基体，且所述螺母基体上设置有装配孔，并对所述螺母基体进行固溶
热处理和
退火热处理；制作装配棒，并对所述装配棒进行淬火处理和回火热处理；
[0006] S2、将所述装配棒安装到所述装配孔中且与所述装配孔间隙配合，并在安装完成后对所述装配孔进行抽
真空操作；
[0007] S3、采用真空
电子束封焊对所述螺母基体和所述装配棒进行
焊接，且焊接
位置为所述装配棒与所述装配孔的孔壁之间的间隙，并在焊接完成后检验
焊缝质量，当焊缝质量满足要求时，进入步骤S4；当焊缝质量不满足要求时，清除焊接形成的焊缝后，重新进行真空电子束封焊直至焊接质量满足要求，进入步骤S4；
[0008] S4、
对焊接完成的螺母基体依次进行热
等静压处理和热处理，得到螺母坯体；
[0009] S5、对所述螺母坯体进行机加工，得到所述核电用速度传感器的螺母。
[0010] 该制备方法采用
热等静压工艺对焊接完成的螺母基体进行处理，实现螺母基体与装配棒的紧密连接，且螺母基体与装配棒之间的界面结合强度较高，一般均超过300MPa，甚至可以达到430MPa，且界面处没有裂纹等
缺陷，界面结合效果好；采用真空电子束封焊对螺母基体和装配棒进行焊接，从而使螺母基体与装配棒之间的间隙成为真空密封结构，从而为后续的热等静压处理提供真空环境，而不用将螺母基体置于包套内并通过抽真空密封来为热等静压处理提供真空环境，工艺简单方便，且省时省力，从而可降低制备成本。
[0011] 优选地，在所述螺母基体上设置有
应力释放槽，且该应力释放槽围设在所述装配孔的孔口处。进一步地，所述应力释放槽为环形的半圆槽。这样，在采用真空电子束封焊工艺对螺母基体和装配棒进行焊接时，通过位于应力释放槽与装配孔之间的易
变形区受焊缝的拉应力作用发生变形而释放掉焊缝的拉应力，从而避免焊缝裂纹的出现，提高焊缝质量和焊接安全性。
[0012] 优选地，所述螺母的螺母基体的材质为镍基
合金，且该镍基合金中各个成分的重量百分数为：镍≥71.55％，
铜≤0.53％，
铁5.90％～10.10％，锰≤1.03％，
碳0.05％～0.16％，
硅≤0.53％，铬13.85％～17.25％，硫≤0.018％，钴≤0.05％；所述装配棒的材质为
马氏体不锈
钢，且该马氏体
不锈钢中各个成本的重量百分数为：碳0.05％～0.14％，锰
0.22％～0.83％，磷≤0.018％，硫≤0.035％，硅≤0.55％，镍≤0.53％，铬11.35％～
13.15％，钴≤0.05％，
锡≤0.05％，
铝0.06％，钼0.17％～0.63％。
[0013] 优选地，在所述步骤S1中，对所述螺母基体进行
固溶热处理和退火热处理时，固溶热处理的
温度为1000℃-1200℃，保温时间为2-5小时；退火热处理的温度为500-800℃，保温时间为2-5小时。这样，经固溶热处理和退火热处理的螺母基体的
抗拉强度≥485MPa，
屈服强度为170MPa～380MPa，延伸率≥30％。
[0014] 优选地，在所述步骤S1中，对所述装配棒进行淬火热处理和回火热处理时，淬火热处理的温度为900-1100℃，回火热处理的温度为600-800℃。这样，经淬火热处理和回火热处理的装配棒的抗拉强度≥483MPa，屈服强度≥276MPa，延伸率≥22％，断面收缩率≥50％。
[0015] 优选地，在所述步骤S3中，所述真空电子束封焊的焊接参数为：聚焦
电流2000mA～3000mA，
加速电压为120kV～200kV，焊接电流10～20mA，焊接速度为5～20mm/s，真空度≤
10-3mbar。
[0016] 优选地，在所述步骤S4中进行热等静压处理时，温度为1050-1200℃，压力为90-150MPa，保温时间为2-4.2小时。
[0017] 优选地，在所述步骤S4中进行热处理时，先升温，且在温度为500-800℃时保温2-5小时，并随炉冷却。
[0018] 本发明还提出一种核电用速度传感器，该核电用速度传感器包括上述任意一种制备核电用速度传感器的螺母的方法制备得到的核电用速度传感器的螺母。
附图说明
[0019] 图1为本发明中制备的核电用速度传感器的螺母基体的俯视示意图；
[0020] 图2为图1中所示的核电用速度传感器的螺母基体的A-A旋转剖视图(用两相交的剖切平面剖开机件，并将剖面的倾斜部分旋转到与基本投影面平行进行投影得到的视图)；
[0021] 图3为图1中I的放大图；
[0022] 图4为图3中的B-B视图；
[0023] 图5为图1所示的螺母基体装配有装配棒时的俯视示意图；
[0024] 图6为图5中的A-A旋转剖视图；
[0025] 图7为本发明制备得到的核电用速度传感器的螺母的俯视示意图；
[0026] 图8为图7中的A-A旋转剖视图；
[0027] 图9为
实施例1制备得到的核电用速度传感器的螺母的界面显微图像。
具体实施方式
[0028] 下面，结合体1-9对本发明制备核电用速度传感器的螺母的方法进行详细说明。具体步骤如下：
[0029] 首先，制作核电用速度传感器的螺母的螺母基体和圆柱形的装配棒2。如图1和2所示，该螺母基体1为横截面呈圆环形的柱状体，且该螺母基体1上设置有与该螺母基体1的中
心轴线平行的装配孔11，装配孔11的孔径、位置及深度根据设计尺寸设置。优选地，如图3和4所示，在螺母基体1上设置有应力释放槽12，且该应力释放槽12围设在装配孔11的孔口处，从而在应力释放槽12与装配孔11之间形成易变形区13。这样，在对安装在装配孔11内的装配棒2和螺母基体1进行焊接时，易变形区13在焊缝的拉应力作用下变形，从而释放焊缝的拉应力，避免焊缝裂纹出现，提高焊接形成的焊缝质量以及焊接安全性。优选地，应力释放槽为环形的半圆槽，结构简单，方便设置。优选地，螺母基体选用镍基合金制成，且该镍基合金中各个成分的重量百分数为：镍≥71.55％，铜≤0.53％，铁5.90％～10.10％，锰≤
1.03％，碳0.05％～0.16％，硅≤0.53％，铬13.85％～17.25％，硫≤0.018％，钴≤0.05％。
在螺母基体1制作完成后，对该螺母基体进行固溶热处理和退火处理，且固溶热处理的温度为1000℃-1200℃，保温时间为2-5小时；退火热处理的温度为500-800℃，保温时间为2-5小时。这样，经固溶热处理和退火热处理的螺母基体1的抗拉强度≥485MPa，屈服强度的范围为170MPa～380MPa，延伸率≥30％。选用马氏体不锈钢制作装配棒2，且该马氏体不锈钢中各个成本的重量百分数为：碳0.05％～0.14％，锰0.22％～0.83％，磷≤0.018％，硫≤
0.035％，硅≤0.55％，镍≤0.53％，铬11.35％～13.15％，钴≤0.05％，锡≤0.05％，铝
0.06％，钼0.17％～0.63％。在装配棒2制成后，对该装配棒2进行淬火处理和回火热处理，且淬火热处理的温度为900-1100℃，回火热处理的温度为600-800℃。这样，经淬火热处理和回火热处理后，装配棒的抗拉强度≥483MPa，屈服强度≥276MPa，延伸率≥22％，断面收缩率≥50％。另外，在对该装配棒2进行室温冲击试验时，该装配棒2的单个冲击吸收功≥
34J，平均冲击吸收功≥41J。
[0030] 接着，如图5和6所示，将装配棒2安装在螺母基体1上的装配孔11内且装配棒2与装配孔11间隙配合，并在安装完成后对装配孔11进行抽真空操作。这样，在对装配孔11进行抽真空过程中，可使装配孔11脱气完全，真空度高。
[0031] 然后，采用真空电子束封焊对螺母基体和装配棒进行焊接，且进行焊接的焊接位置为装配棒2与装配孔11的孔壁之间的间隙，并在焊接完成后检验焊接形成的焊缝的质量，当焊缝质量满足要求时，进行后续操作；当焊缝质量不满足要求时，先使用机加工的方式清除焊接形成的焊缝，然后使用真空电子束封焊工艺重新对螺母基体和装配棒进焊接，直至焊缝质量满足要求。在对焊缝质量进行检验时，可通过肉眼观察焊缝是否存在孔隙、夹杂等缺陷，若存在上述缺陷，则认为焊缝质量不满足要求；若不存在上述缺陷，则认为焊缝质量满足要求。优选地，在进行真空电子束封焊时的焊接参数为：聚焦电流2000mA～3000mA，加速电压为120kV～200kV，焊接电流10～20mA，焊接速度为5～20mm/s，真空度≤10-3mbar。这样，利用真空电子束封焊对螺母基体和装配棒进行焊接，使螺母基体与装配棒之间的间隙成为真空密封结构，为后续的热等静压处理提供真空环境，而不用将螺母基体置于包套内并通过抽真空密封来为热等静压处理提供真空环境，工艺简单方便，且省时省力。
[0032] 接着，对焊接完成的螺母基体1依次进行热等静压处理和热处理，以得到螺母坯体。优选地，在进行热等静压处理时，温度为1050-1200℃，压力为90-150MPa，保温时间为2-4.2小时；在进行热处理时，先升温，并在温度为500-800℃时保温2-5小时，并在保温完成后随炉冷却。这样，利用热等静压工艺完成由不同金属材料制成的螺母基体和装配棒的结合，即实现异种金属材料的扩散连接，同时由于热等静压工艺的处理温度较高，螺母基体与装配棒结合的过程中一直在进行热处理，故在螺母基体与装配棒结合后可减少热处理步骤或热处理时间，从而降低制备能耗，节约能源，降低制备成本。
[0033] 最后，根据设计尺寸对螺母坯体进行机加工，以得到核电用速度传感器的螺母。
[0034] 采用该制备方法制备得到的核电用速度传感器的螺母的界面结合强度均超过300MPa，甚至达到430MPa，装配棒与螺母基体结合强度高，且界面处没有裂纹等缺陷，界面结合效果好。
[0035] 下面，以各个成分的重量百分数为：镍为75.23％，铜为0.016％，铁为8.00％，锰为0.514％，碳为0.131％，硅为0.262％，铬为15.49％，硫＜0.001％，钴为0.019％的镍基合金(N06600)制作而成的螺母基体，以及以各个成分的重量百分数为：碳为0.103％，锰为
0.557％，磷为0.013％，硫为0.005％，硅为0.185％，镍为0.253％，铬为12.27％，钴为
0.039％，锡为0.006％，铝为0.016％，钼为0.302％，其余为铁的马氏体不锈钢(Type403)制作而成的装配棒为例，制备核电用速度传感器的螺母，具体实施例如下：
[0036] 实施例1
[0037] 根据设计图纸采用镍基合金制作核电用速度传感器的螺母的螺母基体，并对螺母基体进行固溶热处理和退火热处理，且固溶热处理的温度为1000℃，保温时间为5小时；退火热处理的温度为500℃，保温时间为5小时。经固溶热处理和退火处理后，螺母基体的抗拉强度为670MPa，屈服强度(0.2％偏移量)为251MPa，延伸率为41％。
[0038] 根据设计图纸采用马氏体不锈钢制作装配棒，并对装配棒进行淬火和回火热处理，且淬火热处理的温度为900℃，回火热处理的温度为600℃。经淬火和回火热处理后，装配棒的抗拉强度为620MPa，屈服强度(0.2％偏移量)为470MPa，延伸率为30％，断面收缩率为70％，且经室温冲击试验检验可知，该装配棒的单个冲击吸收功最小值123J，平均冲击吸收功为135J。
[0039] 装配棒通过间隙装配安装在螺母基体上的装配孔内，并使用抽真空装置对装配孔抽真空，且真空度≤10-3mbar。
[0040] 采用真空电子束封焊工艺对螺母基体和装配棒进行焊接，且焊接参数为：聚焦电流2000mA，加速电压为120kV，焊接电流10mA，焊接速度为5mm/s。在焊接完成后，对焊接形成的焊缝进行检验，当焊缝中不存在孔隙、夹杂等肉眼可见的缺陷时，认为焊缝质量满足要求；当焊缝中存在孔隙、夹杂等肉眼可见的缺陷时，则认为焊缝质量不满足要求，采用机加工方式清除不合格的焊缝，并重新进行真空电子束封焊接直至焊接形成的焊缝质量满足要求。
[0041] 对焊接完成的螺母基体依次进行热等静压处理和热处理，以得到螺母坯体。在进行热等静压处理时，温度为1180℃，压力为140MPa，保温时间为2小时。在进行热处理时，要先升温，且在温度为732℃时保温2小时，然后在保温完成后随炉冷却。
[0042] 对制备得到的核电用速度传感器的螺母进行检验可知，螺母基体与装配棒之间的界面结合强度为430MPa，且螺母基体与装配棒的结合面不存在孔隙、夹杂等肉眼可见的焊接缺陷。另外，经实验得出的螺母基体与装配棒的界面显微图像如图9所示，由该界面显微图像可知，螺母基体与装配棒的界面处未发现裂纹等缺陷，且Fe、Ni等元素在界面处相互扩散，螺母基体与装配棒的界面结合效果好。
[0043] 实施例2
[0044] 根据设计图纸采用镍基合金制作核电用速度传感器的螺母的螺母基体，并对螺母基体进行固溶热处理和退火热处理，且固溶热处理的温度为1100℃，保温时间为4小时；退火热处理的温度为600℃，保温时间为4小时。经固溶热处理和退火处理后，螺母基体的抗拉强度为624MPa，屈服强度(0.2％偏移量)为200MPa，延伸率为44％。
[0045] 根据设计图纸采用马氏体不锈钢制作装配棒，并对装配棒进行淬火和回火热处理，且淬火热处理的温度为1000℃，回火热处理的温度为700℃。经淬火和回火热处理后，装配棒的抗拉强度为605MPa，屈服强度(0.2％偏移量)为445MPa，延伸率为29％，断面收缩率为72％，且经室温冲击试验检验可知，该装配棒的单个冲击吸收功最小值134J，平均冲击吸收功为169J。
[0046] 装配棒通过间隙装配安装在螺母基体上的装配孔内，并使用抽真空装置对装配孔-3抽真空，且真空度≤10 mbar。
[0047] 采用真空电子束封焊工艺对螺母基体和装配棒进行焊接，且焊接参数为：聚焦电流2500mA，加速电压为160kV，焊接电流15mA，焊接速度为13mm/s。在焊接完成后，对焊接形成的焊缝进行检验，当焊缝中不存在孔隙、夹杂等肉眼可见的缺陷时，认为焊缝质量满足要求；当焊缝中存在孔隙、夹杂等肉眼可见的缺陷时，则认为焊缝质量不满足要求，采用机加工方式清除不合格的焊缝，并重新进行真空电子束封焊接直至焊接形成的焊缝质量满足要求。
[0048] 对焊接完成的螺母基体依次进行热等静压处理和热处理，以得到螺母坯体。在进行热等静压处理时，温度为1130℃，压力为100MPa，保温时间为4小时。在进行热处理时，要先升温，且在温度为732℃时保温2小时，然后在保温完成后随炉冷却。
[0049] 对制备得到的核电用速度传感器的螺母进行检验可知，螺母基体与装配棒之间的界面结合强度为362MPa，且螺母基体与装配棒的结合面不存在孔隙、夹杂等肉眼可见的焊接缺陷。
[0050] 实施例3
[0051] 根据设计图纸采用镍基合金制作核电用速度传感器的螺母的螺母基体，并对螺母基体进行固溶热处理和退火热处理，且固溶热处理的温度为1200℃，保温时间为2小时；退火热处理的温度为800℃，保温时间为2小时。经固溶热处理和退火处理后，螺母基体的抗拉强度为518MPa，屈服强度(0.2％偏移量)为214MPa，延伸率为57％。
[0052] 根据设计图纸采用马氏体不锈钢制作装配棒，并对装配棒进行淬火和回火热处理，且淬火热处理的温度为1100℃，回火热处理的温度为800℃。经淬火和回火热处理后，装配棒的抗拉强度为580MPa，屈服强度(0.2％偏移量)为407MPa，延伸率为36％，断面收缩率为67％，且经室温冲击试验检验可知，该装配棒的单个冲击吸收功最小值135J，平均冲击吸收功为156J。
[0053] 装配棒通过间隙装配安装在螺母基体上的装配孔内，并使用抽真空装置对装配孔抽真空，且真空度≤10-3mbar。
[0054] 采用真空电子束封焊工艺对螺母基体和装配棒进行焊接，且焊接参数为：聚焦电流3000mA，加速电压为200kV，焊接电流20mA，焊接速度为20mm/s。在焊接完成后，对焊接形成的焊缝进行检验，当焊缝中不存在孔隙、夹杂等肉眼可见的缺陷时，认为焊缝质量满足要求；当焊缝中存在孔隙、夹杂等肉眼可见的缺陷时，则认为焊缝质量不满足要求，采用机加工方式清除不合格的焊缝，并重新进行真空电子束封焊接直至焊接形成的焊缝质量满足要求。
[0055] 对焊接完成的螺母基体依次进行热等静压处理和热处理，以得到螺母坯体。在进行热等静压处理时，温度为1050℃，压力为90MPa，保温时间为4.2小时。在进行热处理时，要先升温，且在温度为500℃时保温5小时，然后在保温完成后随炉冷却。
[0056] 对制备得到的核电用速度传感器的螺母进行检验可知，螺母基体与装配棒之间的界面结合强度为311MPa，且螺母基体与装配棒的结合面不存在孔隙、夹杂等肉眼可见的焊接缺陷。
[0057] 实施例4
[0058] 根据设计图纸采用镍基合金制作核电用速度传感器的螺母的螺母基体，并对螺母基体进行固溶热处理和退火热处理，且固溶热处理的温度为1200℃，保温时间为2小时；退火热处理的温度为800℃，保温时间为2小时。经固溶热处理和退火处理后，螺母基体的抗拉强度为518MPa，屈服强度(0.2％偏移量)为214MPa，延伸率为57％。
[0059] 根据设计图纸采用马氏体不锈钢制作装配棒，并对装配棒进行淬火和回火热处理，且淬火热处理的温度为1100℃，回火热处理的温度为800℃。经淬火和回火热处理后，装配棒的抗拉强度为580MPa，屈服强度(0.2％偏移量)为407MPa，延伸率为36％，断面收缩率为67％，且经室温冲击试验检验可知，该装配棒的单个冲击吸收功最小值135J，平均冲击吸收功为156J。
[0060] 装配棒通过间隙装配安装在螺母基体上的装配孔内，并使用抽真空装置对装配孔抽真空，且真空度≤10-3mbar。
[0061] 采用真空电子束封焊工艺对螺母基体和装配棒进行焊接，且焊接参数为：聚焦电流3000mA，加速电压为200kV，焊接电流20mA，焊接速度为20mm/s。在焊接完成后，对焊接形成的焊缝进行检验，当焊缝中不存在孔隙、夹杂等肉眼可见的缺陷时，认为焊缝质量满足要求；当焊缝中存在孔隙、夹杂等肉眼可见的缺陷时，则认为焊缝质量不满足要求，采用机加工方式清除不合格的焊缝，并重新进行真空电子束封焊接直至焊接形成的焊缝质量满足要求。
[0062] 对焊接完成的螺母基体依次进行热等静压处理和热处理，以得到螺母坯体。在进行热等静压处理时，温度为1200℃，压力为150MPa，保温时间为2小时。在进行热处理时，要先升温，且在温度为800℃时保温4小时，然后在保温完成后随炉冷却。
[0063] 对制备得到的核电用速度传感器的螺母进行检验可知，螺母基体与装配棒之间的界面结合强度为316MPa，且螺母基体与装配棒的结合面不存在孔隙、夹杂等肉眼可见的焊接缺陷。
