壓力容器鑲塊冷裝銷孔加工裝置研究及應用

李廣軍+潘曉東+彭杰

摘 要：壓水堆核電廠反應堆堆內(nèi)構件安裝是核電站工程建設關鍵路徑施工活動之一，其中壓力容器U型嵌入件和鑲塊定位銷銷孔鉆削及鉸制就是這一關鍵控制點之一。目前，U型嵌入件和鑲塊定位銷銷孔加工主要采用人工手持氣鉆加工、施工周期長、加工質量不高、風險較大等問題，特別是在施工進度緊張時問題尤為突出。該文針對以上問題，研制了一套壓力容器鑲塊冷裝銷孔加工裝置，通過一系列鉆鉸試驗及現(xiàn)場應用，總結了壓力容器鑲塊冷裝銷孔加工的關鍵工藝及參數(shù)。該加工裝置已成功運用于陽江核電3#、4#機組壓力容器鑲塊冷裝銷孔加工作業(yè)中，具有一定的推廣和借鑒價值。

關鍵詞：反應堆壓力容器 U型嵌入件 鑲塊 鉆削 鉸制

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（a）-0009-02

壓水堆核電廠反應堆的堆內(nèi)構件安裝是核電工程關鍵路徑上的關鍵施工活動，具備施工周期長、質量要求高、施工風險大等特點，其中堆內(nèi)構件安裝施工的關鍵控制點就在于堆內(nèi)構件安裝加工件的控制，U型嵌入件和鑲塊的定位銷銷孔鉆削及鉸制就是這一關鍵控制點之一。目前，U型嵌入件和鑲塊的定位銷銷孔加工主要采用人工手持氣鉆加工，施工周期長，加工質量不高，風險較大等問題，特別是在施工進度緊張時問題尤為突出。

針對以上問題，以CPR1000核電機組壓力容器鑲塊銷孔加工為對象，研制了一套壓力容器鑲塊冷裝銷孔加工裝置，用于壓力容器鑲塊冷裝銷孔加工，本套設備主要功能是夾持在鑲塊上，對需要鉆削的位置進行定位，提供鉆削氣鉆的固定及導向，實現(xiàn)氣鉆穩(wěn)定、可靠地鉆削及鉸制，保證銷孔的加工質量。

1 方案設計

1.1 方案分析

針對壓力容器鑲塊冷裝銷孔加工的要求，壓力容器鑲塊冷裝銷孔加工加工裝置的設計過程需要考慮以下幾個方面。

（1）為了保證銷孔加工的位置度、圓柱度及表面光潔度，加工裝置的夾持機構及鉆模板需保證足夠的剛性及加工精度。

（2）因銷孔加工采用的氣鉆較重，人工操作及調整不便，為了減少人工勞動強度，降低人員技能要求，采用導軌式支架支撐氣鉆，轉動手輪驅動絲杠螺母帶動氣鉆運動。

（3）因銷孔加工需多次換鉆頭及鉸刀，為了避免拆卸加工裝置進行換刀，導致加工中心偏移，影響銷孔加工質量，需采用一種快換結構，減少操作難度，同時避免加工中心出現(xiàn)偏移。

綜合上述因素，壓力容器鑲塊冷裝銷孔加工裝置設計為蓋板式夾具結構，主要包括鉆模板、支架、小型氣鉆及配套工具等組成，整體布置如圖1所示。

1.2 工作原理及工藝流程

1.2.1 工作原理

壓力容器鑲塊冷裝銷孔加工裝置安裝在壓力容器鑲塊上（U型嵌入件已安裝到位），首先采用2個定位銷以單側的U型嵌入件銷孔底孔為基準對鉆模板進行定位，再采用2個螺栓將鉆模板固定在壓力容器鑲塊表面，并調整鉆模板上的夾緊機構使鉆模板安裝牢固；然后將安裝有氣鉆的支架安裝到鉆模板，調整氣鉆中心使之對準需要加工的銷孔，再固定滑臺；滑臺上安裝滾珠絲杠，滾珠絲杠末端固定手輪，轉動手輪可驅動氣鉆進給，實現(xiàn)壓力容器鑲塊銷孔加工功能。

1.2.2 工藝流程

經(jīng)過多次試驗及驗證，確定了4次鉆孔、3次鉸孔的銷孔加工工藝流程，為避免鉆孔及鉸孔中出現(xiàn)異常情況，同時增加Φ24.1、Φ24.2等不同規(guī)格備用鉸刀，可對加工質量不合格的銷孔進行修正，以滿足使用需求，具體工藝流程圖2所示。

2 主要技術指標

壓力容器鑲塊冷裝銷孔加工裝置的主要技術指標有：

（1）鉆、鉸孔加工滿足24 mm≤Ф≤25 mm的光孔要求。

（2）各部件單重不超過10 kg，2個人能輕松完成設備安裝及調整。

（3）與壓力容器鑲塊接觸的位置均采用尼龍隔離，不會損傷鑲塊表面。

3 技術難度及解決方法

3.1 技術難點

（1）鉆模板的剛性及安裝穩(wěn)定性對銷孔的加工質量的影響銷孔加工過程中產(chǎn)生的作用力可能會導致鉆模板出現(xiàn)振動，嚴重時甚至位移，導致鉆孔中心發(fā)現(xiàn)變化，影響銷孔的加工質量。

（2）懸臂式支架變形對鉆孔中心的影響懸臂結構的支架因鉆削反作用力及設備自重會產(chǎn)生一定的變形，會導致氣鉆中心與鉆孔中心不重合，影響銷孔的圓柱度及表面質量。

3.2 解決方法

（1）鉆模板除采用2組螺栓固定在鑲塊上外，還在鉆模板上設置2組夾緊裝置，采用長螺桿夾緊鑲塊上下表面，提高整個裝置的安裝穩(wěn)定性及可靠性。

（2）支架采用T型滑槽結構與鉆模板配合，再采用螺釘緊固鎖死，在保證銷孔加工行程及換刀尺寸的空間要求下，盡量縮短支架的懸臂長度，同時設置加強筋，減少支架遠端因鉆削反作用力及設備自重引起的變形量，減少對鉆孔中心的影響。

4 應用實例

壓力容器鑲塊冷裝銷孔加工裝置首次應用于陽江核電3#、4#機組的壓力容器鑲塊銷孔加工，其中3#機組壓力容器鑲塊銷孔加工后測量的尺寸偏差結果見表1。

加工后銷孔尺寸的測量結果表明，壓力容器鑲塊冷裝銷孔加工裝置的加工質量良好，3#機組壓力容器的16個銷孔加工，除0°方向右上、270°方向左下銷孔采用備用鉸刀修正導致尺寸較大，其余銷孔均一次加工成型，最大尺寸偏差為0.037 mm，小于孔徑0.05 mm的偏差要求。另外，現(xiàn)場操作人員由3～4人減少至2人，同時降低了操作人員的工作強度及技能要求，并將一個機組共16個銷孔的加工時間由兩周縮短至一周內(nèi)（5個工作日）。

5 結語

該文提出的壓力容器鑲塊冷裝銷孔加工裝置已在陽江3#、4#機組成功應用，該套設備加工的銷孔質量良好，尺寸精度穩(wěn)定，完全滿足了設計要求；另外，降低了人員數(shù)量及技能要求，提高了工作效率，大大縮短了施工周期。另外，總結了一套壓力容器鑲塊冷裝銷孔加工的關鍵工藝和技術參數(shù)，對保證銷孔最終的表面質量及尺寸精度具有一定的指導意義，配合該套設備進行銷孔加工的方案是完全可行的，具有實用和推廣的價值。

參考文獻

[1] 孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 孟憲源，姜琪.機構構型與應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[3] 孔凌嘉.簡明機械設計手冊[M].北京：北京理工大學出版社，2008.

[4] 邵曉榮.公差配合與測量技術[M].北京：科學出版社，2012.

[5] 濮良貴.機械設計[M].7版.北京：高等教育出版社，2001.

[6] JB/T 8044-1999，機床夾具零件及部件技術要求[S].

[7] JB/T 8045.5-1999，機床夾具零件及部件 鉆套螺釘[S].endprint