核電站現場特殊工位下法蘭螺紋孔的高精度加工技術研究

摘 要：本文主要闡述了在核電站現場環境受限的特殊情況下，選擇合適加工設備，并設計、制造輔助加工系統，完成法蘭螺紋孔高精度加工的技術。

關鍵詞：現場特殊工位;法蘭螺紋孔;高精度加工;磁力鉆;加工輔助系統

1 項目背景

某核電站現場蒸汽發生器（簡稱：SG）水壓試驗前檢查發現180°和270°位置眼孔法蘭螺紋孔螺牙存在不同程度的損傷。需對損傷螺紋孔擴孔、攻絲、安裝螺紋襯套，以恢復螺紋孔的設計功能。

眼孔法蘭螺紋孔（M24×3，H=50mm）形位公差要求高，位置度和垂直度均要求在φ0.5mm，而現場蒸汽發生器豎直放置，眼孔法蘭工位處沒有穩定牢靠的操作平臺，且操作空間嚴重受限，特殊的現場工位給眼孔法蘭螺紋孔加工帶來了巨大的困難。

2 項目實施原理

SG處于立式狀態，空間受限，無法使用數控機床進行擴孔，螺紋孔嚴格的位置度和垂直度要求，對加工設備的穩定性及加工精度要求高;經分析，眼孔法蘭密封面與螺紋孔垂直，在工廠內加工采用同一基準，兩者具有良好的相對位置關系，綜合分析后，選定磁力鉆作為加工設備，借用眼孔密封面作為安裝和加工基準。

經對磁力鉆的選型計算，發現存在以下問題：1）眼孔密封面面積較小，磁力鉆與密封面裝夾后無法獲得足夠的夾持力;2）磁力鉆與眼孔密封面直接裝夾容易損傷其表面，影響密封;3）磁力鉆不具備坐標功能，無法精確定位。

經過設計和計算，開發眼孔加工工裝、眼孔加工定位工裝配合磁力鉆，組成一套完整的加工輔助系統，共同完成螺紋孔的擴孔、攻絲，配合工作原理如下（工位簡圖見圖1）：

（1）根據實測的需現場加工的螺孔與相鄰兩個螺孔的位置尺寸，制作一個定位板（即眼孔加工定位工裝），定位板上分布四個孔，分別對應需加工的螺孔及另外三個螺孔的實際位置，選擇定位板上除待加工螺孔外的三個螺孔中的其中兩個用于定位。

（2）根據眼孔加工定位工裝上用于定位的兩個孔的實際尺寸，配做眼孔加工定位工裝螺栓，以確保眼孔加工定位工裝的各孔分別與相應螺紋孔對應。

（3）通過眼孔加工定位工裝螺栓、眼孔加工定位工裝與眼孔法蘭配合連接，將眼孔加工定位工裝的各孔限制在相應的螺紋孔位置，并將定位板壓緊于眼孔法蘭上。

（4）將眼孔加工工裝裝配至眼孔加工定位工裝上并壓緊，用塞尺檢查眼孔加工工裝表面與眼孔加工定位工裝表面之間、眼孔加工定位工裝與眼孔法蘭表面之間的間隙，保證整個眼孔加工工裝表面與眼孔法蘭表面的平行度。

（5）根據眼孔加工定位工裝上與待加工螺孔對應的通孔尺寸，配做相應的定位芯棒。

（6）選擇加工精度滿足使用要求的磁座鉆，在其主軸上安裝定位芯棒。調整磁座鉆的位置，使得芯棒能夠順利插入眼孔加工定位工裝上與待加工螺孔對應的通孔，然后將磁座鉆吸附于眼孔加工工裝的底板上。

（7）磁座鉆安裝位置確定后，使用磁座鉆分別安裝麻花鉆、絲錐進行擴孔、攻絲，最后安裝螺紋襯套完成螺紋修復。

3 實施過程

為了驗證設備、工裝、刀具以及其他工具等組成的整套加工系統的可靠性，固化現場操作步驟以應用于現場加工，提前開展了模擬現場加工工藝試驗，試驗件螺紋孔，通止規檢查合格，且螺孔的內螺紋情況、螺紋小徑、螺孔垂直度（相對于密封面）以及螺孔位置度等均能夠滿足設計圖紙要求，其中垂直度≤Φ0.16mm，位置度接近于0。

現場加工實施過程如下：

（1）清理眼孔法蘭上所有螺孔;

（2）選擇2個螺孔（非待返修螺孔），旋入眼孔加工定位工裝螺栓并擰緊，使用塞尺檢查加工定位工裝與眼孔法蘭表面之間的間隙，保證二者表面貼緊;

（3）在中心通孔中塞進塑料薄膜、棉紗布，用膠布將這些塑料薄膜、棉紗布粘緊在通孔內壁上，以避免其掉入蒸發器筒體內。

（4）裝配眼孔加工工裝于眼孔加工定位工裝上，安裝墊圈及螺母壓緊眼孔加工工裝，保證其與眼孔加工定位工裝表面貼合，并使用塞尺檢查間隙;

（5）在磁座鉆主軸上安裝定位芯棒，找正待加工的螺孔。不斷調整磁座鉆的位置，直至定位芯棒能順利地插進眼孔加工定位工裝的定位孔和待加工的螺孔內，磁座鉆設備的安裝位置得以確定，然后將其吸附到眼孔加工工裝的支撐板上;

（6）在眼孔加工定位工裝上裝配鉆孔導向塊，通過螺釘將導向塊擰緊于眼孔加工定位工裝上，導向塊與待加工的螺孔對應，并保證導向塊下表面和眼孔加工定位工裝表面貼合;

（7）使用莫氏3號錐柄麻花鉆逐級加工螺紋底孔;

a、DIN-8140-2-1988規定M24×3螺紋襯套的底孔內徑應擴至Φ24.649mm～Φ25.049mm。通過現場采集的數據分析，待加工的M24×3螺孔小徑在Φ20.9mm～Φ21.2mm之間，故使用不同直徑麻花鉆逐級擴孔至Φ24.8mm。

b、DIN-8140-1-1999規定M24×3螺紋襯套的底孔最小深度為61.1mm。通過現場采集的數據分析，待加工的M24×3螺孔底孔深度在59.9mm～60.2mm之間。故對螺孔深度按照目標值61.1（0，+5）mm擴孔。

（8）在螺紋底孔尺寸檢查合格后，通過磁座鉆輔助導向完成螺孔手工攻絲;

（9）在螺紋孔通止規檢查合格后，使用專用工具安裝M24×3螺紋襯套，保證有效螺紋長度為45mm，完成M24×3螺紋孔的返修。

4 結論

該項螺紋孔加工技術主要創新點如下：

（1）對國產磁力鉆升級改造，有效解決設備在現場工位下裝夾穩定性問題;

（2）精密設計、制造的系統配以合理的檢查工藝，完成基準面的轉移，將基準從眼孔密封面轉移至磁力鉆裝夾面，不僅有效保護了眼孔密封面，還加強了系統穩定性;

（3）系統巧妙使用三點定位，并配以輔助導向裝置，精確保證加工螺紋孔的位置度和垂直度。

該項技術成功在核電現場應用，SG 3個眼孔螺紋孔全部一次加工合格，單個螺紋返修時間5-6個小時，鑒于技術成熟可靠、經濟適用、效率較高，可推廣應用于類似特殊工況下的各類核電產品的螺紋孔返修。

參考文獻：

[1]程小剛，郭光強，杜宇. 硼注射箱人孔螺栓孔螺紋返修工藝技術研究[C]. //第九屆全國壓力容器學術會議 論文集. 2017：847-853.

作者簡介：

雷家維（1985.11—），男，湖北襄陽，本科，工程師，核島主設備制造工藝研發。