蒸汽發(fā)生器一次側(cè)人孔螺栓孔修復(fù)工藝設(shè)計

余作長，楊全超，陳金華，葉 茂，彭 將

（福建福清核電有限公司維修二處，福建福清 350318）

0 引言

螺紋聯(lián)接在核電廠應(yīng)用廣泛，直接影響核設(shè)備的安全，如壓水堆核電廠電壓力容器、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器等大型核級設(shè)備均大量使用螺紋連接作為一回路、二回路承壓邊界。在螺栓安裝、維護(hù)期間，由于螺栓安裝不當(dāng)、防咬劑涂抹不均、絲扣腐蝕、擰緊力不均等原因，均可能造成螺栓孔的損壞，需要進(jìn)行螺栓孔的修復(fù)。螺紋孔發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷時，還需要對螺紋孔埋破壞性修復(fù)，這時一般需要去除舊螺紋孔后重新攻絲，安裝螺紋襯套。這一修復(fù)工藝程序復(fù)雜，對設(shè)備的風(fēng)險高，需專業(yè)的人員施工，并且需要嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的返修工藝方案。

壓水堆核電廠穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器是核電廠重要關(guān)鍵設(shè)備，是質(zhì)保一級、安全一級、抗震一級設(shè)備。穩(wěn)壓器人孔、蒸汽發(fā)生器人孔、手孔、眼孔在安裝維護(hù)期間，由于螺栓安裝不當(dāng)、防咬劑涂抹不均、絲扣腐蝕、擰緊力不均等都可能造成螺栓孔的損壞，需要進(jìn)行螺栓孔的修復(fù)。根據(jù)損傷程度，螺栓孔修復(fù)方法差異較大。

1 工況描述與分析

國內(nèi)某核電廠1號機(jī)組1#蒸汽發(fā)生器二次側(cè)眼孔、1號機(jī)組穩(wěn)壓器人孔螺栓孔均發(fā)生過螺紋孔嚴(yán)重?fù)p壞，需要進(jìn)行返修事件。2次返修分別是由設(shè)備制造廠、在線機(jī)加專業(yè)廠進(jìn)行返修，返修工裝和工藝大體一致，但仍有較大差別，主要原因有：①螺紋孔的規(guī)格尺寸、螺紋孔布置；②核電廠穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器人孔螺紋孔返修工藝。根據(jù)螺紋孔的布置，螺紋孔向上（穩(wěn)壓器人孔）、螺栓孔水平（蒸汽發(fā)生器二次側(cè)人孔、手孔、眼孔）、螺紋孔向下（蒸汽發(fā)生器一次側(cè)人孔）。以穩(wěn)壓器人孔螺紋孔修復(fù)工藝、蒸汽發(fā)生器眼孔修復(fù)工藝為參考，設(shè)計蒸汽發(fā)生器一次側(cè)人孔螺紋孔修復(fù)工藝，供實際發(fā)生缺陷時參考使用。

壓水堆核電立式蒸汽發(fā)生器每臺有2個一次側(cè)人孔，使用法蘭密封，屬于一回路壓力邊界，其設(shè)計壓力為17.23 MPa，設(shè)計溫度為343，運行工作壓力15.5 MPa，工作溫度291.4。一次側(cè)人孔位于蒸汽發(fā)生器下封頭上，開口斜向下45°，安裝標(biāo)高約9.64 m，工作平臺為8 m柵格板平臺，法蘭周圍離房間構(gòu)筑物距離約。法蘭由16顆M48螺栓固定，螺紋孔深度84 mm，工況設(shè)定人孔螺栓孔中1個損壞嚴(yán)重，確認(rèn)需要進(jìn)行破壞性修復(fù)，因此采用方案為擴(kuò)孔后安裝螺紋襯套。

2 返修工裝

2.1 工裝的主要功能

根據(jù)修復(fù)工藝的流程，工裝的主要功能就是精確定位鏜床、液壓攻絲機(jī)與人孔法蘭，固定并確保工作時工機(jī)具運行穩(wěn)定：①在盡量減少零部件的同時要求每個零部件重量盡量輕；②工裝的加工精度不能高，但是在組裝完成后定位精度滿足要求；③還需要考慮鏜床、液壓攻絲機(jī)尺寸大小和現(xiàn)場操作空間的限制。因此，工裝的主要功能為定位、連接、穩(wěn)固。

2.2 工裝的主要組成部件

工裝主要由連接板、鏜床底座和鏜床支架、攻絲導(dǎo)向板、定位芯桿、輔助支撐架及相關(guān)緊固件組成：連接板用于連接工機(jī)具（鏜床、液壓攻絲機(jī)）一次側(cè)人孔法蘭，通過連接板將工機(jī)具固定在法蘭上，并對法蘭密封面進(jìn)行保護(hù)，返修中間過程不拆除，保證工作過程中機(jī)器的穩(wěn)定性；鏜床底座和鏜床支架用于鏜床上部固定；攻絲導(dǎo)向板用于攻絲機(jī)的精確定位；定位芯桿用于輔助鏜床和液壓攻絲機(jī)定位螺紋孔；輔助支撐架則用于鏜床和液壓攻絲機(jī)下部支撐，確保穩(wěn)定固定在人孔上，有水平調(diào)整、周向旋轉(zhuǎn)、高度調(diào)節(jié)、前后左右移動等功能，在安裝鏜床和液壓攻絲機(jī)時起輔助定位作用。

2.3 主要工具選擇

修復(fù)工藝主要有以下3個步驟：擴(kuò)孔、攻絲、安裝螺紋襯套，主要涉及的工具包含鏜床、攻絲機(jī)、絲錐、螺紋襯套安裝工具及配套的液壓站、空氣壓縮機(jī)。鏜床的性能參數(shù)要求見表1。

表1 鏜床的性能參數(shù)

依據(jù)表1，最終選擇LRM-LB-800便攜式電動鏜床、LRMHT-400液壓攻絲機(jī)和EG M484的機(jī)用絲錐（圖1）。螺紋襯套安裝工具選用安裝手柄和沖斷器（圖2）。

工機(jī)具期物資清單如下：

（1）便攜式鏜床 1臺，配套鏜刀，LRM-LB-800。

（2）連接工裝（自行設(shè)計）1套。

（3）液壓攻絲機(jī) 1臺，配液壓站，LRM-HT-400。

（5）螺紋襯套安裝工具1個。

（6）量具有角度尺、百分表（帶表座）、深度游標(biāo)卡尺、內(nèi)徑千分尺、鋼板尺、EG M484 螺紋通止規(guī)、M484螺紋通止規(guī)。

（7）開口扳手1套，內(nèi)六角扳手1套。

（9）耗材有塑料布、丙酮、金屬加工切削液、專用攻絲膏、不起毛白布、尼龍管刷等。

圖1 絲錐

圖2 襯套安裝工具

3 返修工藝設(shè)計

3.1 修復(fù)目標(biāo)

根據(jù)蒸汽發(fā)生器一次側(cè)人孔座設(shè)計圖紙要求，螺紋孔的尺寸為 M484 T84，Ra6.3，位置度，垂直度 0.6 mm。根據(jù)DIN 8140—1999《鋼絲螺套標(biāo)準(zhǔn)》，選擇A型螺套EG M484。

3.2 工藝步驟設(shè)計

主要工藝步驟包括工前準(zhǔn)備、安裝工裝、安裝及調(diào)整鏜床、鏜孔、安裝及調(diào)整攻絲機(jī)、攻絲、拆除工裝、安裝襯套、驗收、工完料盡。

第一步：對需要返修的眼孔螺孔進(jìn)行標(biāo)記。

第二步：用丙酮和不起毛白布清理密封面，并貼上核級膠帶，對一次側(cè)人孔和其余螺紋孔做好防異物封堵。

第三步：用壓縮空氣和尼龍管刷清理需返修的螺孔及安裝定位工裝的兩側(cè)2個螺孔（圖3）。

第四步：檢查所需處理的螺紋孔相鄰兩側(cè)2個螺紋孔情況，并做好記錄。

圖3 螺紋孔防異物封堵

第五步：將連接螺栓擰到2個螺栓孔上，確保螺栓與人孔面平齊，用4顆M12內(nèi)六角螺栓將連接底板固定到連接螺栓上，擰緊力矩35 N·m（圖4）。

圖4 安裝連接底板

第七步：用4顆M12螺栓固定鏜床底座到連接底板上，用3顆M12螺栓固定鏜床支架固定到鏜床底座上，力矩35 N·m（圖5）。

第八步：使用輔助支架將鏜床安裝到鏜床支架上（圖6）。

圖5 安裝鏜床底板和支架

圖6 安裝和調(diào)整鏜床

第九步：將定位芯桿旋入待加工孔內(nèi)，確保旋緊。在鏜桿的下端安裝百分表，將百分表的測量桿接觸到人孔座表面，并調(diào)整到合適的位置。緩慢旋轉(zhuǎn)鏜桿一周，讀出百分表測量桿經(jīng)過連接底板上4個垂直度調(diào)整螺栓所在位置數(shù)據(jù)。根據(jù)情況調(diào)整垂直度調(diào)整螺栓，調(diào)整完成后數(shù)差值約0.05 mm。用同樣的方法調(diào)整同心度調(diào)整螺栓，讀數(shù)差值約0.05 mm（圖7）。

圖7 鏜床對中

圖8 安裝攻絲導(dǎo)向板

圖9 安裝和調(diào)整攻絲機(jī)

圖10 攻絲

第十步：拆除定位芯桿，操作鏜床進(jìn)行鏜孔，緩慢進(jìn)刀，防止鏜孔深度超出要求。設(shè)定轉(zhuǎn)動速度，控制器讀數(shù)為220～250；設(shè)定軸向進(jìn)刀速度，控制器讀數(shù)為50。根據(jù)DIN 8140—1999中關(guān)于ISO米制螺紋襯套的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，安裝EG M484螺紋襯套所需的最小底孔尺寸為105 mm，推薦鏜孔的最終孔徑在48.866～49.352 mm。分3步鏜孔，每步鏜孔尺寸分別為：46.4 mm，48.2 mm和49.05 mm，鏜孔深度要求不小于108 mm。每一步鏜孔結(jié)束需測量孔徑和孔深，鏜孔期間確保提供足夠的冷卻液（除鹽水），在接近最終鏜孔尺寸時增加測量孔內(nèi)徑尺寸的頻度，確保鏜孔尺寸合格后立即停止加工。

第十一步：鏜孔結(jié)束后拆除鏜床、鏜床支架、鏜床底座，用壓縮空氣和尼龍管刷清理底孔。使用深度千分尺測量鏜好的底孔深度是否符合要求，使用內(nèi)徑百分尺、檢查通棒、角度尺驗證孔徑的大小和垂直度。

第十二步：將攻絲定位芯桿擰入攻絲導(dǎo)向板后安裝到鏜好的孔，確定攻絲導(dǎo)向板的位置，用4顆M12螺栓固定攻絲導(dǎo)向板到連接底板上，力矩35 N·m，用圓周4顆調(diào)整螺栓輔助固定（圖8）。

第十三步：將絲錐擰入攻絲導(dǎo)向板，使用輔助支架將液壓攻絲機(jī)套入絲錐，固定位置后用4顆M12螺栓將液壓攻絲機(jī)固定在攻絲導(dǎo)向板上，力矩35 N·m（圖9）。

第十四步：攻絲，使用液壓攻絲機(jī)一次攻絲成型，注意攻絲期間設(shè)定攻絲轉(zhuǎn)速30～40 r/min（圖10）。

第十五步：攻絲結(jié)束后拆除液壓攻絲機(jī)、攻絲導(dǎo)向板、連接底板，用壓縮空氣和尼龍管刷清理底孔。使用EG M484螺孔垂直度測量工裝、角度尺測量垂直度，用EG M484螺紋通止規(guī)對螺孔進(jìn)行尺寸檢查，并用深度千分尺測量螺孔深度。

第十六步：用螺紋襯套安裝工具緩慢的擰進(jìn)螺孔，擰到螺紋襯套距法蘭面留有0.25～0.75圈空螺紋。取出工具，測量襯套的擰入深度合格后。用專用工具輕輕敲掉襯套安裝柄，取出敲掉的安裝柄。

第十八步：拆除連接螺栓，對2個螺栓孔進(jìn)行檢查，確保沒有損害螺紋孔。

3.3 返修工藝的質(zhì)量關(guān)鍵點

根據(jù)蒸汽發(fā)生器一次側(cè)人孔座設(shè)計圖紙要求，螺紋孔的尺寸為M484，最小螺紋深度為84 mm，表面粗糙度要求為Ra6.3，螺紋底孔的位置度要求為1 mm，垂直度要求0.6 mm。螺紋粗糙度靠螺紋襯套（成品備件）控制，位置度、垂直度靠返修工裝設(shè)計及返修工藝鏜孔、攻絲步驟控制。

3.3.1 工裝設(shè)計

（1）連接底板、鏜床底座、攻絲導(dǎo)向板（鏜床支架是鏜床自備部件）3項自行設(shè)計的工裝的強(qiáng)度、剛度（包括緊固件連接的強(qiáng)度、剛度）是保證返修工藝的重要點，如果這3項工裝的強(qiáng)度、剛度不滿足要求，在返修中可能引起鏜孔尺寸精度、形狀公差（垂直度）、位置公差（位置度）。

（2）定位芯桿（鏜孔前的定位芯桿、攻絲前的定位芯桿）保證鏜床、攻絲機(jī)對中的重要部件，它們的尺寸精度、形位公差是保證返修工藝的重要參數(shù)。

（3）輔助支架的設(shè)計主要目的是配合鏜床、液壓攻絲機(jī)的對中以及工作中提供輔助支撐，確保工裝的連接強(qiáng)度、剛度。

3.3.2 工藝步驟

（1）返修工藝中第九步：鏜床鏜孔對中調(diào)整步驟，直接影響后續(xù)攻絲（螺紋孔）的形狀公差（垂直度）、位置公差（位置度），是一個關(guān)鍵步驟，必須將鏜床與螺紋孔的徑向、軸向?qū)χ袛?shù)據(jù)調(diào)整到滿足要求才能進(jìn)行下一步驟工作。

（2）返修工藝中第十二步：攻絲機(jī)的對中調(diào)整步驟，直接影響后續(xù)襯套安裝后尺寸是否達(dá)標(biāo)，因此是一個關(guān)鍵步驟，必須將攻絲機(jī)與鏜好的孔的徑向、軸向?qū)χ袛?shù)據(jù)調(diào)整到滿足要求才能進(jìn)行下一步的工作。

3.3.3 異物控制

異物控制即（螺紋）孔的清潔度控制：工裝安裝前螺紋孔如果有異物可能導(dǎo)致新增螺紋孔缺陷；施工過程中鏜好的孔的清潔度直接影響加工精度，如果攻絲過程中孔中夾雜著鐵屑，可能會產(chǎn)生新的損傷；攻絲后螺紋孔的清潔度對后續(xù)襯套安裝也影響較大。因此工裝之前、每一步鏜孔和攻絲結(jié)束后需對該孔用壓縮空氣吹掃和尼龍管刷清潔螺紋孔，用內(nèi)窺鏡做好檢查。

4 總結(jié)

已有穩(wěn)壓器人孔螺紋孔、蒸汽發(fā)生器二次側(cè)眼孔的返修經(jīng)驗，再進(jìn)行蒸汽發(fā)生器一次側(cè)人孔的返修總體難度不大，但是要重點關(guān)注以下2點。

（1）需要加強(qiáng)返修工裝的強(qiáng)度、剛度，并專設(shè)輔助支架以便于鏜床和液壓攻絲機(jī)對中調(diào)整加強(qiáng)返修過程的工裝連接強(qiáng)度和剛度。

（2）關(guān)鍵返修工藝步驟在于鏜床和液壓攻絲機(jī)的對中，定位芯桿的設(shè)計、加工精度需要重要保證。