郜峰,岳玉環(huán),孟維民
(1.嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 嘉興314036;2.中核核電運行管理有限公司,浙江 海鹽314300)
大型制造企業(yè)機(jī)械生產(chǎn)裝置中,多數(shù)設(shè)備筒體端部采用埋頭螺柱結(jié)構(gòu)。這類裝置基本屬于重型設(shè)備,一般采用全壽期零部件,出現(xiàn)問題時,零件更換困難、代價大[1]。同時由于這類設(shè)備的特殊性與重要性,往往會設(shè)置較多的預(yù)防性維修項目或由于生產(chǎn)工藝的需要對其進(jìn)行拆裝,在對其維修和操作過程中,為了不妨礙生產(chǎn)、設(shè)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(nèi)螺紋孔保護(hù)不好,會造成內(nèi)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(fù)或絲錐修復(fù)往往即可達(dá)到繼續(xù)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(kuò)孔攻絲、螺紋銑削、鋼絲螺套等煩瑣的手段進(jìn)行修復(fù)處理。對比目前較為流行的幾類修復(fù)方式,內(nèi)螺紋銑削機(jī)能夠較好地修復(fù)內(nèi)螺紋局部缺陷,本文將對螺紋銑削機(jī)的具體工藝進(jìn)行初步探討和分析[2]。
本部分內(nèi)容對內(nèi)螺紋銑削修復(fù)工藝流程進(jìn)行簡單介紹。
缺陷確認(rèn)判斷:首先使用內(nèi)窺鏡對內(nèi)螺紋缺陷位置進(jìn)行判斷,確認(rèn)屬于局部缺陷,且需要對缺陷螺紋進(jìn)行整體銑削,同時對該螺紋的其他螺紋段進(jìn)行檢查確認(rèn),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(rèn):對缺陷螺紋孔兩側(cè)的內(nèi)螺紋孔位置及狀況進(jìn)行檢查,確認(rèn)環(huán)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。
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(huán)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(fù)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(shù)值鎖定,通過內(nèi)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(huán)筒上做好標(biāo)記以確定銑削機(jī)的銑削范圍。
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(nèi)螺紋軸向位置進(jìn)行粗定位,此步驟主要依靠上一步驟測量尺進(jìn)行。調(diào)整完成安裝走刀裝置至缺陷螺紋孔,并安裝內(nèi)窺裝置,同時使用內(nèi)窺鏡對銑刀和缺陷位置進(jìn)行確認(rèn),做精定位調(diào)整,如圖2所示。
圖1 定位裝置
圖2 偏心銑刀
銑削工藝動力采用氣動方式,通過氣壓設(shè)置驅(qū)動氣動馬達(dá)實現(xiàn),能很好地控制銑削過程中的力矩,在軸向進(jìn)給方式中使用人工控制偏心裝置進(jìn)給,通過旋轉(zhuǎn)標(biāo)尺進(jìn)行進(jìn)給量的控制,整個過程使用內(nèi)窺裝置進(jìn)行過程視頻控制,如圖3所示。
銑削完成,首先使用內(nèi)窺裝置進(jìn)行銑削效果檢測,確認(rèn)缺陷螺紋已經(jīng)銑削完成,且無毛刺,過度平滑;隨后拆除走刀組件及定位環(huán)筒,對缺陷螺紋孔進(jìn)行整體清潔檢查,最終使用通規(guī)進(jìn)行檢測,確認(rèn)內(nèi)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
工業(yè)上氨合成塔處于高溫、高壓、氫介質(zhì)環(huán)境,外筒溫度小于200℃,選材考慮機(jī)械強(qiáng)度、焊接性能和冷熱加工性。筒體,內(nèi)筒直接與介質(zhì)接觸,要求防腐蝕好、耐高壓、耐高溫、強(qiáng)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(yīng)使平蓋厚度盡量減小些,選用強(qiáng)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(qiáng)度好、耐腐蝕的材料,可選用18MnMoNbR。
在此,依據(jù)氨合成塔的筒體壓力來評估,設(shè)計壓力:24.6MPa,筒體內(nèi)環(huán)直徑:2 180.5mm,設(shè)計溫度:300℃,設(shè)備質(zhì)量:筒體140t;設(shè)備上蓋29t,塔體主螺栓尺寸參數(shù):M134mm×6mm×1044mm;數(shù)量:32個;材質(zhì):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(yīng)計算如表1所示。
表1 螺紋擠壓強(qiáng)度計算
從以上抗擠壓強(qiáng)度分析計算來看,完整的螺紋副的計算擠壓應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于許用擠壓應(yīng)力,當(dāng)有螺紋牙損壞時,剩余螺紋牙數(shù)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(yīng)力超過了許用擠壓應(yīng)力,螺紋將不可用。而在實際使用中,螺紋牙出現(xiàn)小面積損傷,通過銑削修復(fù)完全不會影響整個螺紋的使用[4]。
針對內(nèi)螺紋局部的坍塌、撕裂、彎曲變形缺陷,內(nèi)螺紋銑削工藝能夠快速便捷的完成相關(guān)修復(fù)工作,從時間、人力以及設(shè)備本身等各項成本中優(yōu)勢明顯,對于原螺紋孔的功能、強(qiáng)度等方面影響微小,有良好的實用價值,但后續(xù)需要對可調(diào)式定位裝置、偏心進(jìn)給量以及內(nèi)窺功能進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化設(shè)計,以滿足不同規(guī)格的內(nèi)螺紋的工作狀況。