引言
换热器管板加工是换热器制造的核心工序之 一,包括管板堆焊变形控制､管板深孔加工､堆焊 面机械加T:及倒角等关键工序,其加工质量将直 接影响后续穿管及焊接质量1:,特别需要控制管 板孔桥､管孔尺寸､管孔的光洁度和垂直度等尺寸精度符合图纸要求｡
1、管板堆焊变形控制
换热器管板一般采用合金钢+ 堆焊结构,管 板堆焊时容易产生焊接变形,特別是对于大直径 壁薄管板,在堆焊及热处理后其平面度容易超差, 所以根据经验可采取将两块管板的非堆焊侧对扣 叠装防变形2]､管板的待堆焊面预留反变形余 量131､堆焊厚度预留余量､合适的焊接参数､相应 的热处理制度消除焊接应力及稳定尺寸等综合措施,对管板堆焊变形进行控制｡
2、管板孔加工
在热交换器管板管孔加工时,首先根据管 板加工精度､材料力学特性等选择合适的加工设备和刀具,可采用普通摇臂钻床､数控镗铣床､数控龙门钻铣床､三轴数控深孔钻床等设 备,然后通过试验确定合理的加工方案和加工 切削参数｡
2.1 三轴数控深孔钻
以我公司高加产品为例,其管板孔数多,加工 精度要求较高(详见表1), 一般采取三轴数控深 孔钻进行钻孔,虽然间距块､导向套､密封铜套､加 长钻杆､BTA钻头等工装费用高一些,但对于厚度较厚､孔数众多的管板,不仅可以保证加工质 量,而且可大大提升生产效率[4 针对孔数不多 的而且管板直径不大的管板,三轴利用效率并不高,一般可使用单轴进行打孔,不仅降低了费用, 减少装卸工装的时间,而且效率损失不大｡三轴 数控深孔钻加工过程如下:
2.1.1 对工具､工装､设备的要求
1) 刀具外观无损伤及裂纹,与钻杆螺孔连接 稳固,刀具精度等级一般选取h6 等级｡
2) 钻杆内外表面粗糙度不低于Ral.6um 线度小于lmm/m,钻杆外圆圆跳动小于0.05mm, 与刀具螺孔连接后配合良好｡
3 ) 钻孔开始前,要对钻孔设备进行精度检 测,核对设备钻孔最大厚度和孔径极限尺寸,以及 配套弯板高度需要满足要求｡
2.1.3 程序检验
产品钻孔开始前,重新检查管板找正､对中情 况,然后运行CNC程序,从中心位置到边缘,将所 有孔用导向套打印,最终按管板图纸逐项检查全 部孔数､孔位和孔间距等无误后再进行正式钻 孔[6]｡
2.1.4 管板深孔加工
钻孔过程中,操作者应使用通棒检查直线度, 更换钻头和导套后,操作者使用芯棒来检查钻的第一个孔,同时检查孔径､位置度､垂直度｡
2.1.5 加工过程的注意事项
1) 管板应尽量校平:管板平面度差,不仅会 使导向套封不住冷却液,从而间接影响冷却功效､ 排屑､钻头寿命,还会使钻头加工外侧环形孔区 (起钻面为堆焊面)时寿命明显降低,严重时直接 崩刃｡
2) 采用分区域钻孔:当管板平面度不高,而 且堆焊硬度很高的Inc〇nne1625时,可采用外侧环 形孔区与中心圆形孔区分别编程,设置各自的钻 孔参数,钻头寿命会更加理想｡
3) 严格控制导向套尺寸:若导向套尺寸检定 不合格,一方面对管孔成形尺寸有不同程度的影 响;另一方面会导致钻头起钻定位时容易晃动,使 得钻头导向条磨损加剧,影响钻头寿命的同时还 会影响管孔成形尺寸和粗糙度｡
4) 不断调试优化深孔钻加工参数:如观察机 床是否出现报警､钻头受力曲线变化各段是否过 渡平滑､机床功率值(峰值大小､各段变化是否平 稳)､机床工作振动､报废钻头损坏情况等,必要 时采取多段变参数钻孔的加工方法｡
2.2 数控龙门钻､镗铣床
对于薄壁管板,根据管孔精度要求可采用数 控龙门钻或数控镗铣床钻孔,一般采用数控内冷 刀具一次或二次加工成形,另外若机床无内冷功 能,离终钻面越近温度越高,产生高温使刀具寿命 减少且孔的成形质量较差,所以需采用多次进刀｡
2.3 摇臂钻床加工
普通摇臂钻床设备加工精度低,对操作人员 技能要求高,加工的管孔质量不稳定｡对于精度 要求高的产品,可采用钻孔加铰孔的组合加工方 法｡以加工厚度150mm､管孔直径12.25mm的管 板为例,由于管孔较深,刀具加工排屑和退刀困 难,铁屑容易将加工后管孔内壁划伤,呈现螺旋状 纹[7],严重时整个管孔孔径不满足公差要求,所 以需通过前期试验确定合理的铰削余量(预留单 边0. 15mm)和加工参数｡
3、管板堆焊面车加工及管孔倒角加工
3.1 管板堆焊面车加工
管板堆焊后需要进行车加工堆焊表面,普通 不锈钢堆焊层通过降低转速等措施可以满足产品 加工产品,但对于大直径镍基堆焊面的车加工难 度较大,某产品堆焊区域为φ4000mm,表面堆焊的是镍基合金Inconnel625,堆焊层厚度为8mm｡ 一方面由于管板堆焊及热处理过程中存在变形, 实际需要堆焊不低于11mm才能保证变形的管板 车加工后能满足图纸要求的堆焊层厚度及平面 度,故局部区域需要车加工掉3mm厚的堆焊层, 车加工堆焊量较大;另一方面Inconne1625其硬度 极其高,经检测局部里氏硬度最高达370左右,且 由于是带极堆焊焊带间存在交叠,硬质合金刀片 遇到凸起极易崩刃｡因此车加工堆焊层极其困 难,刀片磨损严重,而且寿命及其低｡通过试验泰 克洛､日易晖､瓦尔特､特固克等厂商多种硬质合 金刀片,优化调节切削进给､转速､吃刀深度,统计 连续切削面积及时长,并通过观察刀片磨损程度, 来判断各刀片耐用程度,最终通过技术攻关满足 了最终产品加工要求｡
在车加工过程中发现,通过水冷可以提高刀 片寿命｡当立式车床加工一般堆焊材料的管板 时,车刀承受的温度不高､磨损不算严重,且能 保证一定的刀片寿命｡但当管板堆焊材料为镍 基合金Inconnel6 2 5 时,由于键基合金硬度极其 高,车加工时刀片磨损及承受温度都特别大,刀 片寿命大大降低,操作者还需不时的更换刀片｡ 由于立车无冷却装置,通过在管板外周设置两 瓣筒形围挡,并在围挡与管板外壁间填塞胶皮 用于密封冷却液,之后再将机床用冷却液倒入 围挡中(见图1 ) ,用于刀片车削冷却,刀片寿命 显著提高｡
3.2 管板管孔坡口倒角或J 型坡口加工
管板管孔的坡口一般为倒直角结构,可采用 摇臂钻进行倒角,但某些产品管板坡口特殊,使用 常规方法无法达到图纸要求｡例如某产品的管板 表面堆焊InC〇k)y625,采用J 型坡口,但是该坡口 结构较为复杂､精度要求高,且管端焊缝需要进行 100% RT检测(见图2 )｡为保证管孔公差及粗糙度要求,采用三轴数控深孔钻加工孔群管孔+ 数 控镗铣床加工J 型坡口的组合方法｡在数控镗铣 床加工坡口时,首先使用百分表(装卡找正)､三 维测头(孔区找正)进行二次精加工找正,选取圆 角R1.5mm并带有Ti- A l- N 镀层的专用机卡硬 质合金刀片,以管板中心为坐标原点,按行依次加 工,同时便于分区补偿增加极轴偏移指令,使机床 极轴与管板极轴重合,补偿管板四中心线找正偏 差,最终使用专用数控刀片的自身圆角Rl. 5mm 加工]型坡口,并且需要进行数控插补,产品加工 坡口尺寸一致性好,均符合图纸精度要求｡
4、结语
通过对换热器管板加工技术研究,有效解决了管板焊接变形控制､管孔加工精度､管板堆焊面 机加工及管孔倒角等技术问题,同时也为后续加 工类似产品积累了经验｡
参考文献
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[4] 王立昆.A P1000核电机组高压加热器制造技术 [J] , 压力容器,2014,3 1 (5 ).
[5] 李国骥.大型管板组件的深孔加工[J] ,压力容器， 2 0 0 8,25(11).
[6] 韩君.蒸汽发生器的研制[J], 压力容器，2014,31(10).
[7] 乐永星•影响核级热交换器管板管孔加工的关键因 素[J] , 电站辅机,2 0 1 2 ,3 3 (3 ).
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