核電水室封頭粗加工方案的探討

□張沛洋

上海重型機(jī)器廠有限公司　上?！?00245

核電水室封頭粗加工方案的探討

□張沛洋

上海重型機(jī)器廠有限公司上海200245

核電水室封頭是核電蒸汽發(fā)生器中形狀復(fù)雜、加工難度高、加工效率低的核心零件。對(duì)比國(guó)內(nèi)外加工封頭的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提出通過(guò)火焰切割方法對(duì)封頭進(jìn)行去料粗加工，從而縮短水室封頭加工周期，并可以減小粗加工過(guò)程中機(jī)床的負(fù)荷。

隨著國(guó)內(nèi)外核電需求的增加，核電技術(shù)向大型化發(fā)展，對(duì)基礎(chǔ)零部件的技術(shù)要求越來(lái)越高，制造難度也越來(lái)越大。超大型鍛件［1-5］的制造技術(shù)和生產(chǎn)能力已成為制約全球核電高速發(fā)展的瓶頸，其中核電水室封頭是核電蒸汽發(fā)生器［6-7］中形狀復(fù)雜、加工難度大、加工效率低的核心零件（見(jiàn)圖1）。上海重型機(jī)器廠有限公司（簡(jiǎn)稱“上重”）AP1000蒸汽發(fā)生器水室封頭的毛坯質(zhì)量約270 t，零件最終交貨質(zhì)量約40 t，加工過(guò)程中加工量大，加工周期長(zhǎng)，機(jī)床負(fù)荷大，迫切需要對(duì)封頭的加工過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。

圖1　AP1000蒸汽發(fā)生器水室封頭毛坯與性能熱處理形態(tài)示意圖

1　國(guó)內(nèi)外先進(jìn)加工技術(shù)對(duì)比

日本制鋼所（JSW）水室封頭大部分加工采用氣割完成，只有內(nèi)球面、外球面局部、管嘴端面等采用機(jī)床加工（如圖2所示），這樣大大縮短了加工周期，降低機(jī)床設(shè)備負(fù)荷及刀具損耗，水室封頭鍛件全部粗加工周期為4～5個(gè)月。

中國(guó)第一重型機(jī)械集團(tuán)公司也利用氣割技術(shù)對(duì)核電封頭進(jìn)行平端面，如圖3所示。

上重現(xiàn)有的穩(wěn)壓器上下封頭粗加工過(guò)程采用立車、鏜銑床、龍門銑、車銑等冷加工方式，加工周期長(zhǎng)、機(jī)床負(fù)荷大、刀具損耗高，水室封頭粗加工周期需要約6個(gè)月。

圖2　JSW水室封頭加工工序示意圖

圖3　一重對(duì)水室封頭平端面工序圖

2　水室封頭氣割技術(shù)可行性分析

上重金結(jié)構(gòu)車間有多年從事曲軸鍛件及厚板氣割的經(jīng)驗(yàn)，鍛件分廠壓機(jī)車間也有火焰切割設(shè)備，基本具備用火焰切割水室封頭，去除大面積粗加工余量的條件。以下分析火焰切割基礎(chǔ)性技術(shù)條件［8-9］及上重鍛件分廠火焰切割技術(shù)狀況。常規(guī)切割厚度及割炬型號(hào)見(jiàn)表1。

表1　常規(guī)割炬型號(hào)及切割厚度對(duì)照表

由表1可以看出，常規(guī)割炬適用于精整階段需要獲得直線組合幾何形狀的精度切割作業(yè)。

（1）大截面吹氧割炬。由氧、乙炔混合槍單元與切割氧（吹氧管）單元同步合成，實(shí)現(xiàn)融化與吹氧切割，切割厚度可達(dá)到3 000 mm左右，適用于粗割階段大塊金屬面的切割作業(yè)。

（2）燒剝槍割炬。用于局部幾何要求的表層熔吹，適用于幾何形狀修正、開(kāi)槽切割等精細(xì)作業(yè)。

（3）碳刨。用于局部幾何要求的表層刨削和局部幾何塊狀（250 mm×250 mm×250 mm）金屬的切除，適用于幾何形狀修正、局部幾何塊狀金屬切除等精細(xì)作業(yè)。

3　上重水室封頭氣割加工實(shí)施方案

利用上重鍛件分廠大截面吹氧割炬粗切割去除大面積余量，完成水室封頭氣割粗加工去料。為了避免熱影響區(qū)，氣割時(shí)余量預(yù)設(shè)100 mm，氣割過(guò)程如圖4所示。氣割過(guò)程需要的工裝為定位樣板1套、氣割輪廓樣板5套，采用鋼板結(jié)構(gòu)件制作。氣割設(shè)備采用上重鍛件分廠大截面吹氧割炬。

冷、熱工藝路線方案為：鍛坯割取鉗把→外形粗車→超探合格→頂平面預(yù)鉆φ50 mm×50 mm定位孔→進(jìn)爐一次預(yù)熱約600～700℃→大截面吹氧割炬粗割（保持400℃最低切割溫度）→碳刨塊狀切取及成形刨削（根據(jù)生產(chǎn)周期及機(jī)床負(fù)荷情況可以增加碳刨，進(jìn)行熱處理前的最終氣割去料加工）→除應(yīng)力回火→冷加工。

氣割過(guò)程共需約一個(gè)半月，后續(xù)加工周期約三個(gè)月，加工周期大大縮短，降低了機(jī)床設(shè)備的負(fù)荷。由于采用氣割加工，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，還節(jié)省了刀具。

4　結(jié)論

核電水室封頭形狀復(fù)雜，突出球面部分須與本體保持整體結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)鍛壓毛坯與最終交貨形狀相差很大，造成粗加工過(guò)程余量多，工時(shí)長(zhǎng)，占用機(jī)床負(fù)荷，且刀具損耗高。對(duì)比國(guó)內(nèi)外加工封頭的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提出了用火焰切割方法對(duì)封頭進(jìn)行去料粗加工，可以大大縮短水室封頭加工周期，并且可以降低粗加工過(guò)程中機(jī)床的負(fù)荷，減小刀具、夾具的損耗。

［1］張智峰，李向，陶志勇，等.AP1000核電穩(wěn)壓器大鍛件特點(diǎn)及制造技術(shù)［J］.裝備機(jī)械，2012（2）：24-31.

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The water chamber head ofnuclear power is the core part nuclear power steamer that is complexin shape，high difficult for processing and low efficiency for processing.By comparing the foreign and domestic advanced experience of head processing，proposed to adopt flame cutting method for rough machining of the head stock，in order to shorten the machining cycle of water chamber head and reduce the load of the machine during rough machining.

水室封頭；氣割；加工周期；機(jī)床負(fù)荷

Water Chamber Head；Gas Cutting；Processing Cycle；Machine ToolLoad

圖4　大截面吹氧割炬加工水室封頭示意圖

TH16；TL353+13

A

1672-0555（2016）02-061-03

2016年1月

張沛洋（1981—），男，本科，主要從事機(jī)加工工藝工作