抽水蓄能進水球閥閥體與活門的組裝加工

楊鳴放，王 菲，牛玉明

(中實洛陽重型機械有限公司，河南 洛陽，471000)

0 前言

抽水蓄能球閥活門的通孔旋轉(zhuǎn)至閥體的通孔處，開始抽水蓄能;當停止抽水時，活門的閉口旋轉(zhuǎn)至閥體的通孔處，切斷上下水口，開始蓄能，此時蓄水對球閥、閥體與活門的各個部位產(chǎn)生巨大的高壓。抽水蓄能球閥在巨大的水壓下，引起旋轉(zhuǎn)卡死，由于密封不嚴、焊縫及鑄造本身出現(xiàn)裂紋，容易形成重大事故隱患。由于抽水蓄能球閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度較大，因此，中實洛陽重型機械有限公司改進原有的制造工藝，為中閥科技和東電集團公司的福建仙游水電工程項目制造的大型抽水蓄能球閥，滿足使用要求。

1 制造工藝要求

抽水蓄能球閥如圖1 所示。該球閥由法國阿爾斯通公司設(shè)計，閥體為兩半無法蘭焊合結(jié)構(gòu)?；铋T為整體結(jié)構(gòu)，閥體和活門均為鑄鋼件，其裝配方式如圖2 所示。

工藝要求:先將活門裝入閥體，如圖2 所示，將兩半閥體對合好后焊接，焊接后退火處理;然后加工活門軸處、活門的閉水口、閥體的通水口處;再加工閥體通水口處，堆焊耐磨不銹鋼層(如圖3 中C 項中黑色區(qū)域所示)，堆焊后加工至要求尺寸。

圖1 抽水蓄能球閥結(jié)構(gòu)Fig.1 Pumped storage structure of ball valve

圖2 閥體與活門裝配結(jié)構(gòu)Fig.2 Assembling structure of valve body and valve

圖3 不銹鋼堆焊位置Fig.3 Stainless steel welding position

2 工藝難點及改進措施

2.1 焊接工藝的改進

(1)原工藝缺陷。在將活門裝進閥體之后，兩半閥體組裝一起進行焊接，閥體內(nèi)為球形和圓柱形相貫，外部為不規(guī)則球形和圓柱形相貫，閥體的兩半剖分面處在大圓柱直徑的對稱中心上，兩半閥體接口處厚薄差異較大，如圖4 所示。D－D 處最厚，δ=395～400 mm;E－E 處最薄，δ=95～100 mm。從最薄處的單邊焊接坡口15°過渡到最厚處的單邊焊接坡口7°，在焊接過程中的清渣、加熱、施焊及探傷、打磨難度大。且焊后容易出現(xiàn)線性裂紋，易漏水并造成重大事故。

(2)新焊接工藝。首先進行閥體母材與焊材等比例焊合面的焊接試驗工作。先確定使用的試板厚為400 mm，并且焊接坡口按照圖4 進行加工。其次焊接試驗所用的試板材質(zhì)跟球閥材質(zhì)相同，使用多種焊材和層間溫度來試驗焊接，最后進行探傷試驗確定焊接合格，然后入爐進行退火，檢驗焊材最終退火后能否達到要求的機械性能。經(jīng)過焊接試驗并檢驗試板(焊接工藝評定)合格后，進行閥體焊接。

焊接時將兩半閥體的中分尺寸加工到圖紙要求，閥體內(nèi)外打磨光滑平整，滿足無損檢測的要求，焊接坡口立車加工，粗糙度和坡口角度均滿足圖紙要求。

焊接順序:外側(cè)焊縫對角焊1/2 后，內(nèi)側(cè)清根，進行MT 檢查，而后對角焊內(nèi)側(cè)焊縫，內(nèi)側(cè)焊縫焊滿后，焊外側(cè)剩余焊縫，全部焊完進行打磨，打磨合格進行UT 和MT 探傷，在這一道工序中，應(yīng)注意的是焊接坡口要清理干凈，焊前加熱要充分，清根要清理干凈，打磨要平整，如遇探傷不合格處要刨開，并清理打磨干凈，清潔干凈，同時要注意加溫的時間和溫度，盡量不返工。全部探傷合格后進行加溫滿足工藝要求后，再按圖紙要求堆焊凸臺。

利用活門通水孔的旋轉(zhuǎn)對閥體內(nèi)部進行施焊及打磨，如圖2 所示，在活門的兩支撐軸處，即閥體兩支撐活門軸的孔處，設(shè)計兩個圓形支撐環(huán)安裝位置，兩支撐環(huán)與軸之間的間隙和支撐環(huán)與閥體之間的間隙經(jīng)過理論數(shù)值加經(jīng)驗數(shù)值總和的平均值，并將兩支撐環(huán)分別用連接板焊接在兩半閥體上，起到兩端軸頭位置支撐和轉(zhuǎn)動活門時的保護作用。將活門裝入后，兩半閥體組裝合格后用40 mm 厚的聯(lián)接鋼板共計12 片，按焊縫圓周均布焊接在兩半閥體上，起固定作用。

圖4 焊縫位置和厚度Fig.4 Weld position and thickness

外焊采取立焊方式進行，要求焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度及預(yù)熱時間按工藝規(guī)范執(zhí)行，盡量做好預(yù)備工作，確保焊后探傷一次通過。

2.2 活門與閥體之間的活動間隙

由于設(shè)計的兩半結(jié)構(gòu)的焊接坡口，正好處在進出水口處(如圖4 所示)，將進出水口各分成兩個半圓，焊接坡口厚薄不均，使整個閥體在焊后退火之前應(yīng)力不均，給預(yù)留活門與閥體之間的活動間隙的計算帶來了困難，留量過大容易造成密封間隙不夠，留量過小會使活門與閥體卡死。

2.3 夾具套筒刀進行活門軸焊后加工

閥體組焊后要進行焊后退火處理，活門在裝入閥體前不可能進行精加工，但焊后活門處于內(nèi)部，其兩個支撐軸和關(guān)閉水口面的加工，加工切削的清理，難度非常大。原加工方法容易出現(xiàn)兩個支撐軸加工不同心，加工關(guān)閉水口面與兩支撐軸中心不平行，造成開關(guān)憋勁，甚至卡死和大量漏水。

中實洛陽重型機械有限公司自行設(shè)計的一種專門用于加工閥體與活門組裝件的刀具，如圖5所示。閥體與活門在焊后退火之前，將活門調(diào)至完全關(guān)閉狀態(tài)，調(diào)整好間隙，在上下游側(cè)口處用工藝聯(lián)接板將閥體與活門焊接固定牢固后進行去焊接應(yīng)力退火，退火后將兩支撐環(huán)取出，由于閥體與活門在進出水口處牢固焊接，因此該支撐環(huán)取出不會對活門兩軸與閥體支撐孔中心的同心度有影響。對閥體找正后利用夾具套筒刀在數(shù)控鏜銑床上對兩活門軸進行粗精加工，再對閥體上的活門軸支撐孔進行加工。

圖5 加工刀具Fig.5 Machining tool

2.4 環(huán)形工藝脹套

活門軸與閥體支撐孔加工結(jié)束后，在活門軸與閥體支撐孔之間，安裝專門設(shè)計的環(huán)形雙向工藝漲套，如圖6 所示。環(huán)形雙向工藝漲套既固定兩端軸中心，又固定活門在閥體中的位置，確保閥體與活門的進出水孔關(guān)閉位置加工準確。在環(huán)形雙向工藝漲套安裝之后，將原焊接在上下游測口處的工藝聯(lián)接板割掉，立車加工閥體與活門的上下游側(cè)口。

圖6 漲套Fig.6 Expansion sleeve

3 結(jié)束語

(1)焊接工藝由原來的平焊改為立焊，不像原來需要反復(fù)翻轉(zhuǎn)工件，提高了工作效率，焊接檢驗由原來焊滿后探傷改成焊一段探一段，有利于及時解決焊接過程中出現(xiàn)的問題，在保證焊接質(zhì)量的前提下，避免了因焊接引起的返修現(xiàn)象，加快了生產(chǎn)效率，節(jié)約了成本。

(2)在保證加工精度的前提下，減少了加工工藝步驟。并自主開發(fā)相關(guān)配套工裝，使加工效率提高。加工精度由原來的10 μ 提高到2 μ 左右;由原來的數(shù)控繞園走刀變成直接圓形走到;橢圓度由原來的15 μ 提高到4 μ 左右;光潔度從原來的Ra0.4 變成Ra0.05。保證了加工的精度。

(3)根據(jù)工件材質(zhì)的厚度等相關(guān)數(shù)據(jù)，合理制定熱處理工藝，熱處理時間由37 h 減少為26 h，保證熱處理效果的同時，也提高了熱處理效率。

(4)改進工藝后加工的閥體和活門，現(xiàn)場使用活門旋轉(zhuǎn)自如，球閥關(guān)閉密封嚴實，未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象和焊縫開裂現(xiàn)象。球閥耐水壓能力和密封效果達到要求。

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