自主核電低壓5 級(jí)隔板中分面間隙控制

楊金平， 張瓊， 彭剛， 肖波

(東方汽輪機(jī)有限公司， 四川 德陽(yáng)， 618000 )

1 前言

自主核電低壓5 級(jí)隔板是核電重要的靜子部件之一, 是目前公司生產(chǎn)的直徑最大的隔板, 與引進(jìn)機(jī)型低壓5 級(jí)隔板存在較大偏差, 特別是葉片型線首次采取彎扭結(jié)構(gòu), 中分面首次采取折線結(jié)構(gòu)。 公司多年前就開(kāi)始承擔(dān)該級(jí)隔板的制造,順利完成了HD1520ANo1 自主核電低壓5 級(jí)隔板制造攻關(guān),但由于其直徑長(zhǎng)達(dá)7 m、導(dǎo)葉長(zhǎng)達(dá)1.7 m、重達(dá)24 t, 加工、 吊運(yùn)過(guò)程中極易發(fā)生扭曲變形,經(jīng)常出現(xiàn)上機(jī)床返修中分面的情況, 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1, 不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量, 同時(shí)也對(duì)正常生產(chǎn)造成了很大沖擊, 迫切需要改進(jìn)。 為確保控制措施有效, 找到出現(xiàn)問(wèn)題的根本原因, 將“自主核電低壓5 級(jí)隔板中分面間隙控制” 作為重點(diǎn)進(jìn)行研究。

某自主核電低壓5 級(jí)隔板中分面間隙調(diào)查、 統(tǒng)計(jì)表

2 自主核電低壓五級(jí)隔板制造特點(diǎn)

2.1 工藝簡(jiǎn)介

來(lái)料—?jiǎng)澗€—打基準(zhǔn)—粗銑中分面—粗車(chē)—精銑中分面—精車(chē)—外觀檢查和探傷—銑懸掛銷(xiāo)槽—車(chē)T 型槽—清理毛刺、 修磨錯(cuò)位處、 裝配汽封圈、 測(cè)量出口面積和打印標(biāo)識(shí)—涂油—入庫(kù)。

2.2 結(jié)構(gòu)分析

自主核電低壓5 級(jí)隔板直徑6 829 mm, 內(nèi)外環(huán)為拼焊件, 由長(zhǎng)度達(dá)1 680 mm 的空心導(dǎo)葉片聯(lián)接而成, 見(jiàn)圖1, 重達(dá)24 t, 屬于典型薄壁件, 且內(nèi)環(huán)還采取了全新的折線帶鍵槽結(jié)構(gòu), 在公司屬于首次加工, 難度可想而知。

圖1 自主核電低壓5 級(jí)隔板結(jié)構(gòu)圖

2.3 制造工藝難點(diǎn)

（1）機(jī)床工作臺(tái)設(shè)計(jì)偏小, 中分面銑削時(shí)裝夾不良。

（2）鏜床精度指標(biāo)不滿足加工要求, 銑削后中分面與肩胛面垂直度0.05 mm 無(wú)法保證。

（3）立合地坑平面度超差, 鉗工修磨中分面無(wú)基準(zhǔn)平面。

（4）中分面立合、 平合時(shí)要求1/4 無(wú)間隙, 而且軸向所有位置不能穿透。

（5）內(nèi)環(huán)結(jié)合面位置間隙要求小于0.2 mm。

要克服中分面間隙超差就要求從細(xì)節(jié)入手,每個(gè)制造環(huán)節(jié)都必須嚴(yán)格控制。

3 工藝難點(diǎn)分析及質(zhì)量控制對(duì)策

自主核電低壓5 級(jí)隔板直徑多達(dá)6 829 mm,內(nèi)外環(huán)跨度達(dá)1 680 mm, 剛性差, 裝夾、 找正稍有不當(dāng)及加工殘余應(yīng)力釋放均導(dǎo)致隔板已加工平面發(fā)生不同程度變形, 導(dǎo)致中分面與肩胛面不垂直, 使中分面間隙超差。 為了避免此情況發(fā)生,進(jìn)行了如下改進(jìn)。

3.1 統(tǒng)一隔板支撐、 裝夾方式

按照以往的加工經(jīng)驗(yàn), 隔板完全可以采用三點(diǎn)支撐, 因?yàn)槿c(diǎn)確定一平面, 但對(duì)于國(guó)核5 級(jí)隔板不太適用, 因?yàn)樵摳舭逋鈴酱笄抑亓看? 如采用三點(diǎn)支撐點(diǎn)與點(diǎn)之間跨度較大, 隔板會(huì)因?yàn)橹亓υ蚴刮粗挝恢卯a(chǎn)生下沉, 從而導(dǎo)致平面不平。 為了避免此情況引起中分面間隙超差, 特作了要求, 如圖2 所示。

圖2 核電低壓五級(jí)隔板支墊位置示意圖

3.1.1 鏜削

（1）鏜床加工中分面時(shí)支墊位置左右距離中分面50 mm 左右, 墊鐵擺放位置為外環(huán)大平面或中分面法蘭位置。

（2）裝夾時(shí)需保證壓緊力與支撐力軸向受力位置一致。

（3）精銑時(shí)自由狀態(tài)下銑削中分面前, 需復(fù)查出汽側(cè)肩胛面跳動(dòng), 超過(guò)0.15 mm 需調(diào)整。

3.1.2 車(chē)削

（1）立車(chē)車(chē)削找正時(shí)墊鐵支墊部位必須與鏜床保持一致, 若需在墊鐵位置使用輔助支撐調(diào)平肩胛面, 應(yīng)保證其輔助支撐位置靠近墊鐵位置, 找正后墊鐵要承擔(dān)主要支撐力, 輔助支撐接觸即可。

（2）立車(chē)粗車(chē)時(shí)需將其隔板外環(huán)放置墊鐵部位毛坯面見(jiàn)光。

改進(jìn)措施實(shí)施后, 立車(chē)、 鏜床由于支撐點(diǎn)位不統(tǒng)一導(dǎo)致的中分面間隙超差得到很大改善, 其前后變化量均控制0.03 mm 左右。

3.2 改進(jìn)隔板找正、 加工方法

設(shè)備多次調(diào)整后精度仍不滿足要求。 為了避免問(wèn)題發(fā)生, 擬定了相應(yīng)的控制措施, 制定了嚴(yán)格的控制方案, 已彌補(bǔ)設(shè)備精度問(wèn)題和剛性差、撓度大的影響。

3.2.1 鏜削

由于機(jī)床旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)加工范圍小, 僅4 000 mm×3 500 mm, 單工作臺(tái)不能滿足零件加工, 需借助固定工作臺(tái), 但是兩工作臺(tái)平面存在一定高差, 無(wú)法用機(jī)床直接找平隔板, 因此采用了自制水連通將其放置于隔板定位肩胛面上來(lái)調(diào)平隔板,用機(jī)床X 軸找平隔板左右。 但在找平隔板左右正時(shí), 只能采用機(jī)械千斤頂人工調(diào)整, 在調(diào)整的過(guò)程中, 因隔板自身剛性差會(huì)產(chǎn)生較大變形, 如不減小或者消除這種變形, 對(duì)隔板中分面與肩胛面垂直度有較大影響。 通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)是由于隔板直徑過(guò)大、 重量重, 在使用千斤頂調(diào)整隔板左右正時(shí)受力不均, 隔板自身發(fā)生了塑性變形, 即便卸掉支撐力也不能恢復(fù)如初。 因此就在每一次調(diào)平左右后在支撐處使用千斤頂頂隔板使其與支撐墊鐵脫離, 待支撐墊鐵恢復(fù)至完全與工作臺(tái)面接觸,再將隔板放置于支撐墊鐵上, 最后在用銅棒敲擊支撐墊鐵, 通過(guò)觀察中分面處的百分表表針, 直至表針無(wú)變化, 則可以判定該變形已消除, 且在壓緊前, 需盡量保證壓緊力和支撐點(diǎn)在同一直線上。 在完成精銑中分面所有工序后, 在零件下機(jī)床前, 先松開(kāi)各壓板, 然后檢測(cè)水平中分面平面度并按圖3 做好記錄以便后序查找原因。 中分面平面度超出0.05 mm, 需在工件處于自由狀態(tài)下對(duì)其中分面進(jìn)行返修, 保證其滿足要求。

圖3 低壓5 級(jí)隔板中分面點(diǎn)位檢測(cè)圖

改進(jìn)措施實(shí)施后, 自主核電低壓4～5 級(jí)隔板從鏜床吊下時(shí)中分面跳動(dòng)均滿足0.05 mm 以內(nèi)的要求。

3.2.2 車(chē)削

3.2.2.1 粗車(chē)

隔板進(jìn)、 出汽側(cè)粗車(chē)后, 需松開(kāi)卡爪釋放應(yīng)力, 待重新裝夾后再將出汽側(cè)肩胛面和進(jìn)汽側(cè)外環(huán)大端面見(jiàn)光作為鏜床找正基準(zhǔn), 其平面度要求控制在0.02 mm 以內(nèi), 粗糙度要求控制在Ra6.3以內(nèi)。

3.2.2.2 精車(chē)

（1）隔板上機(jī)床前必須將水平中分面上的毛刺鐵削等異物、 清理干凈, 合并上下半前必須用手指觸摸以確認(rèn)中分面四周不能有加工、 起吊等工作產(chǎn)生的毛刺或凸起。

（2）加工低壓五級(jí)隔板時(shí), 要求保證同一副隔板每次加工時(shí)的支墊位置基本一致, 見(jiàn)圖4。

圖4 核電低壓5 級(jí)隔板支墊位置示意圖

（3）隔板精車(chē)前需在自由狀態(tài)下檢測(cè)中分面間隙。 間隙控制要求： 隔板內(nèi)環(huán)局部允許最大0.08 mm 塞尺不入, 隔板外環(huán)中分面聯(lián)接螺栓布置區(qū)域需保證0.05 mm 塞尺不入, 其余部位局部允許最大0.15 mm 塞尺不入。 立車(chē)將中分面間隙檢查情況按圖3 做好記錄。 （隔板裝夾部位因卡爪干涉位置可不做間隙檢測(cè), 但應(yīng)保證隔板水平中分面每條邊均有代表性的間隙檢測(cè)點(diǎn)位數(shù)據(jù)）。

（4）隔板精車(chē)前, 在找正后, 應(yīng)檢查水平中分面連接螺栓把緊前后的出汽側(cè)肩胛面、 板體端面的端面跳動(dòng)及錯(cuò)位情況, 若二者差異超過(guò)0.1 mm,需處理。

（5）低壓5 級(jí)隔板第一次精車(chē)時(shí)（T 型槽留量）,出汽側(cè)定位肩胛面單邊留0.2 mm 精車(chē)余量, 各開(kāi)檔尺寸按上偏差加工。

（6）立車(chē)精車(chē)T 型槽時(shí), 按肩胛面找平, 在自由狀態(tài)下檢測(cè)中分面間隙, 若超出圖紙工藝要求,應(yīng)通知技術(shù)組處理。 找正后注意檢測(cè)鉗工在隔板內(nèi)環(huán)靠近內(nèi)孔位置中分面區(qū)域修磨的軸向等高面是否在同一平面上, 若軸向偏差≥0.1 mm, 需處理, 否則可直接將該等高面調(diào)平, 進(jìn)行加工。

注意： 確認(rèn)低壓5 級(jí)隔板出汽側(cè)定位肩胛面留量情況, 并按圖紙要求加工準(zhǔn)該面。

改進(jìn)措施實(shí)施后, 自主核電低壓5 級(jí)隔板,鉗工修磨的等高面立車(chē)找平檢查均未超過(guò)0.1 mm。

3.2.3 鉗工

（1）鉗工精車(chē)T 型槽前, 隔板立放檢查中分面間隙時(shí), 應(yīng)根據(jù)立車(chē)實(shí)測(cè)間隙數(shù)據(jù), 修刮中分面,盡可能保留隔板單側(cè)或大面積的原始加工基準(zhǔn)面,去除高點(diǎn), 以確保水平中分面修刮后, 隔板定位肩胛面的平面度滿足要求。 （隔板中分面修刮時(shí),應(yīng)參考立車(chē)實(shí)測(cè)中分面間隙數(shù)據(jù), 原則上禁止再修磨立車(chē)測(cè)量時(shí)顯示間隙偏大的區(qū)域, 若鉗工立合中分面時(shí)實(shí)測(cè)的間隙與立車(chē)實(shí)測(cè)間隙趨勢(shì)不一致, 應(yīng)處理。）

（2）隔板中分面間隙合格后, 需在隔板板體靠近內(nèi)孔處水平中分面位置, 修磨上下半軸向等高面, 修磨等高面前, 合并隔板上半時(shí), 應(yīng)緩緩吊落上半, 避免中分面出現(xiàn)較大沖擊力, 從而引起隔板軸向錯(cuò)位； 修磨后, 應(yīng)將隔板上半略微吊起0.5～5 mm, 并再次確認(rèn)該等高面是否在同一平面內(nèi), 二者偏差在0.1 mm 以內(nèi), 可視為該軸向等高面合格, 否則需重新修磨等高面（鉗工修磨等高面后, 應(yīng)用做好標(biāo)記, 以便車(chē)削序辨認(rèn)）。

按改進(jìn)措施實(shí)施后, 自主核電低壓5 級(jí)隔板中分面間隙一次合格率得到很大提高, 解決了隔板剛性差和設(shè)備精度不足的問(wèn)題。

3.3 優(yōu)化中分面密封鍵槽

圖紙要求隔板內(nèi)環(huán)橫密封鍵槽上半寬度比下半寬度單邊大0.5 mm, 由于其隔板內(nèi)外環(huán)跨度大,連接剛性差, 若以外環(huán)為基準(zhǔn), 隔板加工后內(nèi)環(huán)上下半端面變形不可能完全一致, 從而使其中分面超差, 為此對(duì)其隔板內(nèi)環(huán)橫密封鍵槽進(jìn)行了優(yōu)化, 要求其上半鍵槽寬度按下半寬度執(zhí)行, 從而降低了隔板精車(chē)后隔板內(nèi)環(huán)變形導(dǎo)致的中分面間隙超差風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 降低地坑平面不平度

隨著公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)的核電低壓末級(jí)、 次末級(jí)隔板批量投入制造, 以低壓5 級(jí)隔板為例,其隔板比引進(jìn)型機(jī)組低壓五級(jí)隔板大1 m 左右,直徑達(dá)Φ6 829 mm, 嚴(yán)重超出公司現(xiàn)有鏜床設(shè)備工作臺(tái)（4 000 mm×3 500 mm）, 且內(nèi)外環(huán)跨度多達(dá)1 680 mm, 連接剛性差, 單半多達(dá)12.5 t, 在加工、 裝夾找正過(guò)程中工件極易產(chǎn)生局部變形,當(dāng)摩擦力大于工件變形釋放所需力時(shí), 那么工件局部變形就無(wú)法立刻得到釋放, 從而造成隔板上下半合并時(shí)中分面左右存在交叉變形情況, 然鉗工立合時(shí)需借用鏜床銑削中分面進(jìn)行找平, 并以此面為基準(zhǔn)在研磨、 修刮另一半保證中分面間隙,現(xiàn)為了確保立合時(shí)隔板狀態(tài)更加接近運(yùn)行立放狀態(tài), 隔板分廠對(duì)其立合地坑地基平面進(jìn)行了檢測(cè),發(fā)現(xiàn)其地基不平多達(dá)10 mm, 迫切需要改造, 因此分廠決定通過(guò)使用鋼板來(lái)調(diào)平地坑, 保證其平面度滿足0.2 mm 以內(nèi)的要求。

改進(jìn)措施實(shí)施后, 使用水連通對(duì)鋼板進(jìn)行調(diào)平, 使平面度達(dá)到0.15 mm。

綜上所述, 改進(jìn)措施實(shí)施后, 自主核電低壓5級(jí)隔板中分面與肩胛面垂直度得到極大控制, 消除了隔板因裝夾、 找正及切削應(yīng)力釋放導(dǎo)致的隔板變形, 從而為隔板立合、 平合中分面間隙保證,奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化找正方法、 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu), 規(guī)范加工流程, 自主核電低壓5 級(jí)隔板制造過(guò)程中的變形問(wèn)題得到有效解決, 為公司同類(lèi)隔板的精益制造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。