大規格內螺紋銑削修復工藝分析

郜峰，岳玉環，孟維民

（1.嘉興職業技術學院，浙江 嘉興314036；2.中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽314300）

1 引言

大型制造企業機械生產裝置中，多數設備筒體端部采用埋頭螺柱結構。這類裝置基本屬于重型設備，一般采用全壽期零部件，出現問題時，零件更換困難、代價大[1]。同時由于這類設備的特殊性與重要性，往往會設置較多的預防性維修項目或由于生產工藝的需要對其進行拆裝，在對其維修和操作過程中，為了不妨礙生產、設備檢修或改造工作，需要將埋頭螺柱取出。倘若對筒體端部內螺紋孔保護不好，會造成內螺紋孔損壞或腐蝕，影響埋頭螺柱的回裝。

對于一般的缺陷，例如，起扣螺紋損傷、毛刺、雙螺紋等，一般采用手工修復或絲錐修復往往即可達到繼續使用的要求，但對于局部螺紋的坍塌、撕裂、彎曲變形等問題，需要使用類似擴孔攻絲、螺紋銑削、鋼絲螺套等煩瑣的手段進行修復處理。對比目前較為流行的幾類修復方式，內螺紋銑削機能夠較好地修復內螺紋局部缺陷，本文將對螺紋銑削機的具體工藝進行初步探討和分析[2]。

2 實際螺紋銑削修復工藝模擬

本部分內容對內螺紋銑削修復工藝流程進行簡單介紹。

2.1 準備工作

缺陷確認判斷：首先使用內窺鏡對內螺紋缺陷位置進行判斷，確認屬于局部缺陷，且需要對缺陷螺紋進行整體銑削，同時對該螺紋的其他螺紋段進行檢查確認，保證存在一段完好的螺紋作為定心組件定位的位置。

定位孔確認：對缺陷螺紋孔兩側的內螺紋孔位置及狀況進行檢查，確認環境條件符合精度要求，避免因表面異物等原因影響定位精度。

2.2 定位

定位螺紋孔：將基板、壓板、定位組件等零部件組裝完成，固定定位裝置，同時安裝定位環筒組件。此步驟需要中心缺陷孔的定位精度，從根本上保證螺紋修復的精度，如圖1所示。

定位缺陷位置：用測量尺測量定位待銑螺紋的深度并將測量數值鎖定，通過內窺鏡觀察，確定待銑螺紋段的軸向起始和終止位置，在定位環筒上做好標記以確定銑削機的銑削范圍。

2.3 安裝走刀組件及內窺裝置

本裝置走刀組件使用偏心式，因此，初始位置需要將銑刀片通過偏心筒組件偏到最小位置；同時走刀組件內螺紋軸向位置進行粗定位，此步驟主要依靠上一步驟測量尺進行。調整完成安裝走刀裝置至缺陷螺紋孔，并安裝內窺裝置，同時使用內窺鏡對銑刀和缺陷位置進行確認，做精定位調整，如圖2所示。

圖1 定位裝置

圖2 偏心銑刀

2.4 缺陷銑削

銑削工藝動力采用氣動方式，通過氣壓設置驅動氣動馬達實現，能很好地控制銑削過程中的力矩，在軸向進給方式中使用人工控制偏心裝置進給，通過旋轉標尺進行進給量的控制，整個過程使用內窺裝置進行過程視頻控制，如圖3所示。

2.5 檢測

銑削完成，首先使用內窺裝置進行銑削效果檢測，確認缺陷螺紋已經銑削完成，且無毛刺，過度平滑；隨后拆除走刀組件及定位環筒，對缺陷螺紋孔進行整體清潔檢查，最終使用通規進行檢測，確認內螺紋的可用性，如圖4所示。

圖3 銑削裝置

圖4 銑削后的螺紋

3 力學計算及分析

工業上氨合成塔處于高溫、高壓、氫介質環境，外筒溫度小于200℃，選材考慮機械強度、焊接性能和冷熱加工性。筒體，內筒直接與介質接觸，要求防腐蝕好、耐高壓、耐高溫、強度高、韌性好，可選用15MnVR。上端蓋，需要具有耐氫腐蝕的性能材料，且應使平蓋厚度盡量減小些，選用強度較好的20MnMoNb即可，上端法蘭及下端的球形封頭須鍛造和沖壓，要求強度好、耐腐蝕的材料，可選用18MnMoNbR。

在此，依據氨合成塔的筒體壓力來評估，設計壓力：24.6MPa，筒體內環直徑：2 180.5mm，設計溫度：300℃，設備質量：筒體140t；設備上蓋29t，塔體主螺栓尺寸參數：M134mm×6mm×1044mm；數量：32個；材質：螺栓ASTMSA193GRADEB16、螺母SA194GRADEB16。為使條件更為苛刻，對于頂蓋，采用平頂蓋模擬計算[3]，相應計算如表1所示。

表1 螺紋擠壓強度計算

從以上抗擠壓強度分析計算來看，完整的螺紋副的計算擠壓應力遠遠小于許用擠壓應力，當有螺紋牙損壞時，剩余螺紋牙數Z的極限值為：Z=174δp/195=11，即剩余11個螺紋牙時，那么實際擠壓應力超過了許用擠壓應力，螺紋將不可用。而在實際使用中，螺紋牙出現小面積損傷，通過銑削修復完全不會影響整個螺紋的使用[4]。

4 結論

針對內螺紋局部的坍塌、撕裂、彎曲變形缺陷，內螺紋銑削工藝能夠快速便捷的完成相關修復工作，從時間、人力以及設備本身等各項成本中優勢明顯，對于原螺紋孔的功能、強度等方面影響微小，有良好的實用價值，但后續需要對可調式定位裝置、偏心進給量以及內窺功能進行持續優化設計，以滿足不同規格的內螺紋的工作狀況。