AP1000鍛造主管道尺寸檢驗方法研究

危永福 蔣 飛

(二重集團(德陽)重型裝備股份有限公司核電石化事業(yè)部，四川 618013)

AP1000鍛造主管道尺寸檢驗方法研究

危永福 蔣 飛

(二重集團(德陽)重型裝備股份有限公司核電石化事業(yè)部，四川 618013)

綜合運用各種檢驗方法和檢驗設(shè)備對AP1000鍛造主管道及波動管進行尺寸檢驗。通過激光跟蹤儀采集數(shù)據(jù)點的控制和計算機作圖的比對得出理論結(jié)構(gòu)尺寸，采用劃樣的方法對結(jié)構(gòu)尺寸進行科學(xué)的復(fù)核，保證產(chǎn)品最終尺寸的有效驗收。通過激光測量的數(shù)據(jù)建立3D模型。并對各個模型進行虛擬裝配，計算得出主管道坡口加工的數(shù)據(jù)。

尺寸檢驗;厚度;彎曲半徑;方法

AP1000是西屋公司開發(fā)的一種兩環(huán)路1 000 MW非能動壓水反應(yīng)堆核電，具有第三代先進輕水堆簡單、安全、可靠和經(jīng)濟的特點。核島設(shè)備中的主管道是唯一從國內(nèi)采購的核島主設(shè)備，相關(guān)檢驗方案無任何經(jīng)驗可借鑒。根據(jù)設(shè)計文件，結(jié)合后期安裝工況，通過過程檢驗和最終檢驗的合理安排、高精度測厚儀的運用、激光建模、不同方法的尺寸復(fù)核，完成了主管道的尺寸檢驗。

1 測量工具要求

所使用的測量工具和設(shè)備應(yīng)納入核電設(shè)備管理體系，及時申報、定期校驗，以確保檢測設(shè)備具有規(guī)定的檢測能力。測量工具和設(shè)備應(yīng)處于良好的工作狀態(tài)，均應(yīng)按我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行檢定合格并在有效期內(nèi);所有參檢的自制工裝、夾具均需檢查驗收，達到圖紙設(shè)計要求后方可使用，測量報告

中應(yīng)明確溫度、濕度條件及所用測量儀器的名稱、精度等。

2 主要尺寸的檢測要點

(1)主管道(熱段、冷段、波動管)測量前，應(yīng)擺放在水平工作臺上，通過調(diào)整兩端和彎曲段最高點、最低點與水平臺距離來保證兩端管口中心線、彎曲段中心線水平度一致，其周圍保留合適的測量空間，以便合理使用激光跟蹤儀/三坐標(biāo)測量儀。為減少測量誤差，應(yīng)采用一種與本規(guī)程所述不同的測量方法對主管道及波動管主要結(jié)構(gòu)尺寸進行復(fù)核，尺寸復(fù)核次數(shù)至少兩次。主要結(jié)構(gòu)尺寸包含:總長、總高、彎曲角度、彎曲半徑。根據(jù)制造流程，尺寸檢測次數(shù)多，涉及多個制造階段，如:管坯加工后、彎曲階段、固溶后、拋磨后、焊接后等多個階段。

(2)工件內(nèi)外徑可采用內(nèi)、外徑千分尺檢測。端部壁厚用游標(biāo)卡尺測量，中間壁厚用超聲波測厚儀測量，測厚儀測量前須用同材質(zhì)材料進行標(biāo)定(為降低測量誤差，采用待測工件本體上標(biāo)定)。所有內(nèi)、外徑測量點應(yīng)用記號筆做出清晰可識的標(biāo)記，所有的壁厚測量點應(yīng)用網(wǎng)格圖做出標(biāo)記，每個網(wǎng)格應(yīng)進行編號。工件內(nèi)徑也使用激光跟蹤儀進行測量，并對測量數(shù)據(jù)進行模擬。

(3)工件彎曲半徑、彎曲角度、總長總高等幾何尺寸采用激光跟蹤儀進行測量。測量工件彎曲半徑、彎曲角度時，對測量點進行網(wǎng)格劃分、標(biāo)記和編號。測量點位置和測量數(shù)據(jù)應(yīng)在尺寸報告中對應(yīng)一致。粗糙度根據(jù)測量區(qū)域不同選用對比試塊法或者粗糙度儀讀取。

3 具體檢驗項目及方法

3.1 熱段內(nèi)徑、外徑和端部壁厚測量

以熱段A為例。

3.1.1 熱段A管道內(nèi)徑、外徑測量

主管道熱段A共設(shè)9個直徑測量環(huán)和2個管嘴高度測量位置。如圖1所示:A-A、B-B、HH、I-I測量0°－180°方向和 90°－270°方向的內(nèi)徑、外徑尺寸;C-C、G-G的內(nèi)外徑尺寸可根據(jù)管嘴實際情況調(diào)整測量方位，并在尺寸檢查報告中注明;D-D、E-E、F-F通過測量外徑計算橢圓度。H1、H2的具體測量位置應(yīng)按圖示進行起始測量。3.1.2 熱段A端部內(nèi)徑和壁厚測量

熱段A端部應(yīng)在現(xiàn)場安裝調(diào)整段長度加180 mm范圍內(nèi)每隔50 mm測量一個截面的內(nèi)徑和厚度。每個截面應(yīng)測量0°－180°、45°－225°、90°－270°、135°－ 315°4 個方向的內(nèi)徑值和 0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和 315°等 8 個點的厚度。

3.2 冷段管道內(nèi)徑、外徑和端部壁厚測量

以冷段2A為例。

3.2.1 冷段管道內(nèi)徑、外徑測量

冷段共設(shè)7個直徑測量環(huán)和1個管嘴高度測量位置。如圖2所示:A-A、B-B、G-G測量0°－180°方向和 90°－270°方向的內(nèi)徑、外徑尺寸;C-C、D-D、E-E、F-F通過測量外徑計算橢圓度。H的具體測量位置應(yīng)按圖示進行起始測量。

3.2.2 冷段端部內(nèi)徑和端部壁厚測量

冷段端部應(yīng)在現(xiàn)場安裝調(diào)整段長度加150 mm范圍內(nèi)每隔50 mm測量一個截面的內(nèi)徑和厚度。每個截面應(yīng)測量 0°－180°、45°－225°、90°－270°、135°－315°4 個方向的內(nèi)徑值和 0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和 315°等8 個點的厚度。

3.3 波動管內(nèi)徑、外徑和端部壁厚測量

圖1 熱段A內(nèi)、外徑測量圖Figure 1 Measure drawing of inner diameter and outer diameter for hot section A

圖2 冷段2A內(nèi)、外徑測量圖Figure 2 Measure drawing of inner diameter and outer diameter for cold section 2A

波動管內(nèi)徑和外徑測量，以波動管02、波動管03為例。

3.3.1 波動管02內(nèi)徑和外徑測量

波動管02共設(shè)7個直徑測量環(huán)。如圖3所示:A-A、G-G 測量 0°－180°方向和 90°－270°方向的內(nèi)徑、外徑尺寸;B-B、C-C、D-D、E-E、F-F 通過測量外徑計算橢圓度。

3.3.2 波動管03內(nèi)徑和外徑測量

波動管03共設(shè)11個直徑測量環(huán)。如圖4所示:A-A、K-K 測量 0°－180°方向和 90°－270°方向的內(nèi)徑、外徑尺寸;B-B、C-C、D-D、E-E、F-F、GG、H-H、I-I、J-J通過測量外徑計算橢圓度。

3.4 波動管端部內(nèi)徑和端部壁厚測量

每件波動管應(yīng)從理論端部起，向彎管處方向至少100 mm范圍，及調(diào)整段長度范圍每隔30 mm測量一個截面的內(nèi)徑和厚度。每個截面應(yīng)測量0°－180°、45°－225°、90°－270°、135°－315°4個方向的內(nèi)徑值和 0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°等8個點的厚度。端部測量數(shù)據(jù)和彎曲段壁厚需用于橢圓度、壁厚增厚率和減薄率計算并作為驗收條件。波動管管段2和管段3直段軸線夾角通過激光跟蹤儀進行測量。

圖3 波動管02內(nèi)、外徑測量圖Figure 3 Measure drawing of inner diameter and outer diameter for fluctuating pipe 02

4 主管道和波動管彎曲段壁厚的測量

在管道整個彎曲區(qū)域及彎曲段向直段過渡的500 mm(熱段A、熱段B、冷段和波動管01、05長直段側(cè)，波動管 02、03、04)或 120 mm(冷段和波動管01、05的短直段側(cè))區(qū)域內(nèi)，在軸向方向上劃100 mm寬的網(wǎng)格線(如圖5、圖6所示，圓周方向劃線應(yīng)以內(nèi)弧和外弧中心線為基準(zhǔn))。在網(wǎng)格線每個截面上測量 0°、180°、45°、225°、90°、270°、135°、315°共8個點的壁厚值。在工件上對每個測量截面位置進行記錄，以便復(fù)測。

5 管嘴及凸臺參數(shù)的測量

(1)使用千分尺對管嘴(凸臺)內(nèi)、外徑進行測量。

(2)使用鋼板尺及直角尺對管嘴(凸臺)高度進行測量。

圖4 波動管03內(nèi)、外徑測量圖Figure 4 Measure drawing of inner diameter and outer diameter for fluctuating pipe 03

圖5 熱段B壁厚測量圖Figure 5 Measure drawing of hot section B wall thickn ess

(3)使用角度樣板對管嘴(凸臺)過渡圓角進行測量。

(4)管嘴(凸臺)角度及空間尺寸通過激光跟蹤儀/三坐標(biāo)測量儀測量。

6 工件彎曲半徑及角度的檢測

6.1 工件彎曲半徑的檢測

通過計算內(nèi)弧半徑與外徑的平均值得到中心線彎曲半徑。內(nèi)弧半徑與外弧半徑通過激光跟蹤儀/三坐標(biāo)測量儀測量確定，工件彎曲半徑測量應(yīng)在固溶熱處理后，拋磨之前進行。

6.2 工件彎曲角度的檢測

工件彎曲角度通過激光跟蹤儀/三坐標(biāo)測量儀測量確定。通過激光跟蹤儀/三坐標(biāo)測量儀確定兩側(cè)直段的軸線，根據(jù)軸線夾角確定彎曲角度。直段軸線確定方法應(yīng)從起弧點開始向直段方向每隔100 mm或30 mm選擇一個截面(具體視直段長短選擇)，每個截面選擇 0°、180°、45°、225°、90°、270°、135°、315°8 個點作為測量點。起弧點應(yīng)通過激光跟蹤儀/三坐標(biāo)測量儀確定，工件彎曲角度測量應(yīng)在固溶熱處理后，拋磨之前進行。

7 結(jié)論

經(jīng)過AP1000依托項目兩套主管道的制造，科學(xué)、合理地安排了檢驗工序，較好地處理了關(guān)聯(lián)尺寸間要求的關(guān)系，保證了產(chǎn)品最終尺寸要求。實踐表明，主管道的檢驗方法科學(xué)有效，對后續(xù)主管道核電國產(chǎn)化有一定的指導(dǎo)意義，為設(shè)備現(xiàn)場安裝創(chuàng)造了有利條件。

圖6 波動管05壁厚測量圖Figure 6 Measure drawing of fluctuating pipe 05 wall thickness

［1］徐杜，蔣永平.采用數(shù)字同步技術(shù)的軸類零件尺寸光電檢測［J］.光電工程，2004，31(8):45 －48.

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［4］章毓晉.圖象處理和分析［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1999.

［5］李紅.數(shù)值分析［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2003.

［6］武漢大學(xué)測繪學(xué)院測量平差學(xué)科組.誤差理論與測量平差基礎(chǔ)［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2003.

編輯 傅冬梅

Research on Dimensional Test Method of AP1000 Forging Main Tube

Wei Yongfu，Jiang Fei

By applying of various kinds of testmethods and apparatuses，dimensional test of AP1000 forgingmain tube and fluctuating pipe have been conducted.Theoretical structure size has been worked out by combining control of data points gathered by laser trackerwith computer drawing comparison，and checked bymarking scientifically to guarantee effective acceptance of product final size.Further 3D models have been established by lasermeasure datum and each model has been carried out virtual assembly to work outmachining data ofmain tube groove.

dimensional test;thickness;bending radius;method

TL36

B

2013—10—29