核電站現(xiàn)場特殊工位下法蘭螺紋孔的高精度加工技術(shù)研究

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

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場特殊工位;法蘭螺紋孔;高精度加工;磁力鉆;加工輔助系統(tǒng)

1 項(xiàng)目背景

某核電站現(xiàn)場蒸汽發(fā)生器（簡稱：SG）水壓試驗(yàn)前檢查發(fā)現(xiàn)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(kuò)孔、攻絲、安裝螺紋襯套，以恢復(fù)螺紋孔的設(shè)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(xiàn)場蒸汽發(fā)生器豎直放置，眼孔法蘭工位處沒有穩(wěn)定牢靠的操作平臺，且操作空間嚴(yán)重受限，特殊的現(xiàn)場工位給眼孔法蘭螺紋孔加工帶來了巨大的困難。

2 項(xiàng)目實(shí)施原理

SG處于立式狀態(tài)，空間受限，無法使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行擴(kuò)孔，螺紋孔嚴(yán)格的位置度和垂直度要求，對加工設(shè)備的穩(wěn)定性及加工精度要求高;經(jīng)分析，眼孔法蘭密封面與螺紋孔垂直，在工廠內(nèi)加工采用同一基準(zhǔn)，兩者具有良好的相對位置關(guān)系，綜合分析后，選定磁力鉆作為加工設(shè)備，借用眼孔密封面作為安裝和加工基準(zhǔn)。

經(jīng)對磁力鉆的選型計算，發(fā)現(xiàn)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(biāo)功能，無法精確定位。

經(jīng)過設(shè)計和計算，開發(fā)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(tǒng)，共同完成螺紋孔的擴(kuò)孔、攻絲，配合工作原理如下（工位簡圖見圖1）：

（1）根據(jù)實(shí)測的需現(xiàn)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(yīng)需加工的螺孔及另外三個螺孔的實(shí)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(jù)眼孔加工定位工裝上用于定位的兩個孔的實(shí)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(yīng)螺紋孔對應(yīng)。

（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(yīng)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(jù)眼孔加工定位工裝上與待加工螺孔對應(yīng)的通孔尺寸，配做相應(yīng)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(diào)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(yīng)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(jìn)行擴(kuò)孔、攻絲，最后安裝螺紋襯套完成螺紋修復(fù)。

3 實(shí)施過程

為了驗(yàn)證設(shè)備、工裝、刀具以及其他工具等組成的整套加工系統(tǒng)的可靠性，固化現(xiàn)場操作步驟以應(yīng)用于現(xiàn)場加工，提前開展了模擬現(xiàn)場加工工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)件螺紋孔，通止規(guī)檢查合格，且螺孔的內(nèi)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(shè)計圖紙要求，其中垂直度≤Φ0.16mm，位置度接近于0。

現(xiàn)場加工實(shí)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(jìn)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(nèi)壁上，以避免其掉入蒸發(fā)器筒體內(nèi)。

（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(diào)整磁座鉆的位置，直至定位芯棒能順利地插進(jìn)眼孔加工定位工裝的定位孔和待加工的螺孔內(nèi)，磁座鉆設(shè)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(dǎo)向塊，通過螺釘將導(dǎo)向塊擰緊于眼孔加工定位工裝上，導(dǎo)向塊與待加工的螺孔對應(yīng)，并保證導(dǎo)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(guī)定M24×3螺紋襯套的底孔內(nèi)徑應(yīng)擴(kuò)至Φ24.649mm～Φ25.049mm。通過現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)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(kuò)孔至Φ24.8mm。

b、DIN-8140-1-1999規(guī)定M24×3螺紋襯套的底孔最小深度為61.1mm。通過現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)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(biāo)值61.1（0，+5）mm擴(kuò)孔。

（8）在螺紋底孔尺寸檢查合格后，通過磁座鉆輔助導(dǎo)向完成螺孔手工攻絲;

（9）在螺紋孔通止規(guī)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(jié)論

該項(xiàng)螺紋孔加工技術(shù)主要創(chuàng)新點(diǎn)如下：

（1）對國產(chǎn)磁力鉆升級改造，有效解決設(shè)備在現(xiàn)場工位下裝夾穩(wěn)定性問題;

（2）精密設(shè)計、制造的系統(tǒng)配以合理的檢查工藝，完成基準(zhǔn)面的轉(zhuǎn)移，將基準(zhǔn)從眼孔密封面轉(zhuǎn)移至磁力鉆裝夾面，不僅有效保護(hù)了眼孔密封面，還加強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性;

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

該項(xiàng)技術(shù)成功在核電現(xiàn)場應(yīng)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(shù)成熟可靠、經(jīng)濟(jì)適用、效率較高，可推廣應(yīng)用于類似特殊工況下的各類核電產(chǎn)品的螺紋孔返修。

參考文獻(xiàn)：

[1]程小剛，郭光強(qiáng)，杜宇. 硼注射箱人孔螺栓孔螺紋返修工藝技術(shù)研究[C]. //第九屆全國壓力容器學(xué)術(shù)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(shè)備制造工藝研發(fā)。