數(shù)控技術(shù)在壓力容器制造中的應用

續(xù)宇航

（中國核工業(yè)二三建設有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

壓力容器制造業(yè)不僅涉及較多的加工行業(yè)，且在制造過程中還融合了焊接和機械加工等技術(shù)，數(shù)控技術(shù)在壓力容器加工制造領(lǐng)域的重要性越來越突出。伴隨著科學技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品設備的更新?lián)Q代，對生產(chǎn)壓力容器的位置、形狀、公差有了全新要求，常規(guī)的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段的效率需求。數(shù)控技術(shù)高精度、高效率的生產(chǎn)優(yōu)勢較為顯著，現(xiàn)代化壓力容器生產(chǎn)過程中數(shù)控技術(shù)的引入是時代發(fā)展的必然需求，有效解決其生產(chǎn)效率、零部件精度、不規(guī)則曲面加工生產(chǎn)等難題。

1 研究現(xiàn)狀

現(xiàn)代工業(yè)壓力容器的制造工藝的快速發(fā)展，離不開數(shù)控技術(shù)的各方面支持，數(shù)控技術(shù)在國外壓力容器制造領(lǐng)域的應用已經(jīng)非常廣泛，而且其技術(shù)應用水平相對較高。生產(chǎn)壓力容器時，先對材料進行切割，然后使用卷板機彎形，使用激光焊接最終成型，后續(xù)進行探測和氣密性實驗，保證壓力容器的密閉性達到標準要求。壓力容器制造中運用先進的數(shù)控技術(shù)可以讓企業(yè)更快實現(xiàn)自動化，提升生產(chǎn)效率，降低壓力容器的生產(chǎn)制造成本。

2 數(shù)控技術(shù)主要優(yōu)勢

2.1 數(shù)控技術(shù)的便捷性

在我國各地的機械加工廠家廣泛運用了數(shù)控技術(shù)后，機械加工的制造和生產(chǎn)過程得以改善和優(yōu)化，簡化了生產(chǎn)和加工環(huán)節(jié)，凸顯數(shù)控技術(shù)在生產(chǎn)中的便捷性。大規(guī)模應用數(shù)控技術(shù)，改進和提升了加工過程中的各種工藝和參數(shù)，使機械加工變得更為方便。

2.2 數(shù)控技術(shù)的高效性

數(shù)控技術(shù)的高效性體現(xiàn)在3 個方面：①數(shù)控技術(shù)在機械加工制造中的應用，能夠快速裝夾此工件，完成多道工序的加工制造，實現(xiàn)機械加工件的精準度并節(jié)約加工時間；②機械加工制造領(lǐng)域的數(shù)控技術(shù)，可以高質(zhì)量完成普通機床難以完成的復雜零件制造工藝，如零件曲面形狀的加工制造；③采用模塊化的標準制造工具，節(jié)約了換刀的安裝時間，提升工具實現(xiàn)標準化的進度和管理水平。

3 特點分析

數(shù)控技術(shù)的應用能在很大程度上提升壓力容器制造水平，保證在機械加工制造的可靠性。在機械加工制造過程中應注重加強數(shù)控技術(shù)的正確使用方法，了解壓力容器的制造工藝特點和具體應用領(lǐng)域，在實際運用中進行必要的研究分析，以滿足壓力容器制造過程的具體要求。

在科學的工藝流程指導下，壓力容器制造工藝會得到技術(shù)上的較大提升，有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量水平。壓力容器生產(chǎn)制造的工藝流程大致分為以下階段：①壓力容器制造所需的原材料下料；②全部材料加工成形；③組織高效率的焊接隊伍實施焊接作業(yè)；④焊接完成后組織無損檢測、熱處理檢測；⑤進行壓力檢測，根據(jù)評價結(jié)果對最終壓力容器的性能進行綜合評價，確保生產(chǎn)壓力容器的質(zhì)量。在加工過程中會發(fā)生構(gòu)件變形的情況，導致尺寸不符合標準，產(chǎn)生設備故障，對壓力容器的工件質(zhì)量產(chǎn)生影響，進而給機械制造企業(yè)造成經(jīng)濟上的損失。當制造壓力容器的封頭、筒體截面上的大孔等，都會給壓力容器的加工質(zhì)量帶來潛在威脅。應注重強化在壓力容器制造中的應用規(guī)范，強化技術(shù)標準流程，為其下料成形提供技術(shù)支持，以促進最終壓力容器達到預期效果。

4 應用實例

4.1 電站鍋爐設備

電站鍋爐汽包部分和低壓化工容器在制造過程中，除了加工的程度更大之外，對產(chǎn)品加工精度要求不是特別高，可以利用通用數(shù)控機床按照圖紙要求進行標準加工。對于有特殊密封要求的壓力容器，普通機床已經(jīng)不能滿足它的標準制造工藝，無法控制產(chǎn)品形位和尺寸公差，要選擇加工精度高的大型數(shù)控機床對其加工。大型數(shù)控機床能夠滿足各項工藝參數(shù)的特殊要求，能夠精確加工和減少誤差。大型數(shù)控機床通過進行編制加工程序，精確加工各尺寸和形狀的產(chǎn)品部件。加工過程不需要人工干預，高度自主性運行，還可實現(xiàn)多軸聯(lián)動進行復雜曲面的部件加工制造。數(shù)控加工技術(shù)在壓力容器制造領(lǐng)域的應用越來越廣泛，制造工藝也在逐步提升。

4.2 相貫曲線自動切割焊接

相貫曲線自動切割焊接數(shù)控技術(shù)廣泛應用于核電設備、電站鍋爐、造船、壓力容器、油氣輸送、供水供熱等行業(yè)領(lǐng)域。行業(yè)中常用的相貫曲線有垂直正交、斜向、偏心等類型，還有一些非管—管相貫曲線的形式，如弧形管—直管相貫、橢球—管相貫、錐—管相貫等。普通相貫曲線自動切割設備技術(shù)得到了突破和推廣，自動曲線焊接設備的關(guān)鍵技術(shù)還有待突破。目前，國內(nèi)外仍廣泛采用手工焊接技術(shù)，焊接質(zhì)量和效率不能滿足部分大型企業(yè)的要求。大型設備關(guān)鍵核心部件的焊接要求普遍非常高，工作量也非常大，普通人很難完成，這就要求焊接相關(guān)人員必須具備過硬的焊接技術(shù)和身體素質(zhì)，才可以保障焊接的質(zhì)量完好。

4.3 水室封頭專用數(shù)控機床結(jié)構(gòu)應用

國內(nèi)外常用大型立式車床、落地銑鏜床等普通機床配合定位器加工水室封頭，生產(chǎn)組織環(huán)節(jié)多，生產(chǎn)周期長，加工檢測設備消耗大，精度難以保證。水室封頭是核動力蒸汽發(fā)生器等設備的關(guān)鍵部件，是蒸汽發(fā)生器與核反應壓力容器等部件的接口，它的形狀比較復雜，加工難度比其他部件要大。在國內(nèi)研發(fā)制造水室封頭加工專用的數(shù)控機床，攻克水室封頭高效加工都是非常重要的技術(shù)課題，同時也是技術(shù)難題。制造這種專用數(shù)控機床是有效推進我國第三代核電設備系列化、批量化生產(chǎn)的重要保證。

4.4 無縫氣瓶旋壓施工的數(shù)控技術(shù)

在實際生產(chǎn)制造中，按照無縫氣瓶的加工工藝，氣瓶的旋壓施工有正向和反向旋壓兩種形式，兩種旋壓工藝存在一定的差異：正向旋壓是材料的流動方向和旋壓輪的供給方向相同，反向旋壓是材料流動方向與旋輪供給方向不同。

無縫氣瓶主要用于呼吸氣瓶、中大型高壓氣體運輸氣瓶的加工制造方面，有鋼制無縫氣瓶、鋁合金氣瓶、復合材料鋼內(nèi)膽氣瓶和復合材料鋁內(nèi)膽氣瓶四種類型。傳統(tǒng)的制造工藝為沖壓瓶頂和沖壓瓶底，再與管坯或卷焊瓶體進行焊接，完成基本的無縫氣瓶制造。實踐表明，這種工藝制造過程工序復雜、制造費用較高，產(chǎn)品的密封性和承壓能力也較差。隨著旋壓機械發(fā)展為一種新型的無縫氣瓶生產(chǎn)技術(shù)，越來越多的制造廠家開始采用旋壓工藝制備氣瓶，有效消除了傳統(tǒng)氣瓶生產(chǎn)工藝過程中出現(xiàn)的焊接連續(xù)性不好、強度弱、較脆弱并容易產(chǎn)生裂痕和拉應力相對集中等一系列問題。

如果保持氣瓶的開口端直徑較小、縮頸量較大或保持密封狀態(tài)，就必須采用無芯?？s頸旋壓工藝進行特殊加工?？s頸旋壓可以加工薄壁空心回轉(zhuǎn)零件，將一個類似筒形狀的空心零部件加熱至強度最低、塑性最好的溫度狀態(tài)，通過旋壓輪的不停擺動使管口端部收縮，經(jīng)多次旋輪壓制即可成形。氣瓶收口的加工制造工藝要將管形毛坯放置在空心主軸上，需要成形的管口端伸出，配合旋輪架用液壓夾具把裝置夾緊。從管口端開始加工，保持旋輪來回擺動，每擺動一次向空心主軸進給一次，由于是連續(xù)對軸的壓縮，管坯口的直徑會越來越小。頸部直徑達到要求后，用旋輪圍繞工件進行平行移動，延長頸部并旋光。

氣瓶作為儲存容器的應用領(lǐng)域很廣，在工業(yè)、礦業(yè)、醫(yī)藥、汽車等多個加工制造領(lǐng)域都有體現(xiàn)，大型或超大型氣無縫氣瓶是未來發(fā)展的主要趨勢。運用數(shù)控旋壓技術(shù)加工生產(chǎn)出來的無縫氣瓶擁有很多優(yōu)點，如整體無縫、密閉性高等，市場應用前景廣闊，在未來有可能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝制造的氣瓶。

5 結(jié)束語

在現(xiàn)有的壓力容器生產(chǎn)過程中引入數(shù)控加工技術(shù)，不僅可以提升產(chǎn)品整體的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，還提升了產(chǎn)品在實際應用中的壽命及可靠性，在一定程度上推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)和設備的發(fā)展。數(shù)控技術(shù)的高效性、便捷性和精準性實現(xiàn)了壓力容器生產(chǎn)效益的最大化。