核电水室封头粗加工方案的探讨

□张沛洋

上海重型机器厂有限公司　上海　200245

核电水室封头粗加工方案的探讨

□张沛洋

上海重型机器厂有限公司上海200245

核电水室封头是核电蒸汽发生器中形状复杂、加工难度高、加工效率低的核心零件。对比国内外加工封头的先进经验，提出通过火焰切割方法对封头进行去料粗加工，从而缩短水室封头加工周期，并可以减小粗加工过程中机床的负荷。

随着国内外核电需求的增加，核电技术向大型化发展，对基础零部件的技术要求越来越高，制造难度也越来越大。超大型锻件［1-5］的制造技术和生产能力已成为制约全球核电高速发展的瓶颈，其中核电水室封头是核电蒸汽发生器［6-7］中形状复杂、加工难度大、加工效率低的核心零件（见图1）。上海重型机器厂有限公司（简称“上重”）AP1000蒸汽发生器水室封头的毛坯质量约270 t，零件最终交货质量约40 t，加工过程中加工量大，加工周期长，机床负荷大，迫切需要对封头的加工过程进行优化。

图1　AP1000蒸汽发生器水室封头毛坯与性能热处理形态示意图

1　国内外先进加工技术对比

日本制钢所（JSW）水室封头大部分加工采用气割完成，只有内球面、外球面局部、管嘴端面等采用机床加工（如图2所示），这样大大缩短了加工周期，降低机床设备负荷及刀具损耗，水室封头锻件全部粗加工周期为4～5个月。

中国第一重型机械集团公司也利用气割技术对核电封头进行平端面，如图3所示。

上重现有的稳压器上下封头粗加工过程采用立车、镗铣床、龙门铣、车铣等冷加工方式，加工周期长、机床负荷大、刀具损耗高，水室封头粗加工周期需要约6个月。

图2　JSW水室封头加工工序示意图

图3　一重对水室封头平端面工序图

2　水室封头气割技术可行性分析

上重金结构车间有多年从事曲轴锻件及厚板气割的经验，锻件分厂压机车间也有火焰切割设备，基本具备用火焰切割水室封头，去除大面积粗加工余量的条件。以下分析火焰切割基础性技术条件［8-9］及上重锻件分厂火焰切割技术状况。常规切割厚度及割炬型号见表1。

表1　常规割炬型号及切割厚度对照表

由表1可以看出，常规割炬适用于精整阶段需要获得直线组合几何形状的精度切割作业。

（1）大截面吹氧割炬。由氧、乙炔混合枪单元与切割氧（吹氧管）单元同步合成，实现融化与吹氧切割，切割厚度可达到3 000 mm左右，适用于粗割阶段大块金属面的切割作业。

（2）烧剥枪割炬。用于局部几何要求的表层熔吹，适用于几何形状修正、开槽切割等精细作业。

（3）碳刨。用于局部几何要求的表层刨削和局部几何块状（250 mm×250 mm×250 mm）金属的切除，适用于几何形状修正、局部几何块状金属切除等精细作业。

3　上重水室封头气割加工实施方案

利用上重锻件分厂大截面吹氧割炬粗切割去除大面积余量，完成水室封头气割粗加工去料。为了避免热影响区，气割时余量预设100 mm，气割过程如图4所示。气割过程需要的工装为定位样板1套、气割轮廓样板5套，采用钢板结构件制作。气割设备采用上重锻件分厂大截面吹氧割炬。

冷、热工艺路线方案为：锻坯割取钳把→外形粗车→超探合格→顶平面预钻φ50 mm×50 mm定位孔→进炉一次预热约600～700℃→大截面吹氧割炬粗割（保持400℃最低切割温度）→碳刨块状切取及成形刨削（根据生产周期及机床负荷情况可以增加碳刨，进行热处理前的最终气割去料加工）→除应力回火→冷加工。

气割过程共需约一个半月，后续加工周期约三个月，加工周期大大缩短，降低了机床设备的负荷。由于采用气割加工，夹具结构简单，还节省了刀具。

4　结论

核电水室封头形状复杂，突出球面部分须与本体保持整体结构。国内锻压毛坯与最终交货形状相差很大，造成粗加工过程余量多，工时长，占用机床负荷，且刀具损耗高。对比国内外加工封头的先进经验，提出了用火焰切割方法对封头进行去料粗加工，可以大大缩短水室封头加工周期，并且可以降低粗加工过程中机床的负荷，减小刀具、夹具的损耗。

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The water chamber head ofnuclear power is the core part nuclear power steamer that is complexin shape，high difficult for processing and low efficiency for processing.By comparing the foreign and domestic advanced experience of head processing，proposed to adopt flame cutting method for rough machining of the head stock，in order to shorten the machining cycle of water chamber head and reduce the load of the machine during rough machining.

水室封头；气割；加工周期；机床负荷

Water Chamber Head；Gas Cutting；Processing Cycle；Machine ToolLoad

图4　大截面吹氧割炬加工水室封头示意图

TH16；TL353+13

A

1672-0555（2016）02-061-03

2016年1月

张沛洋（1981—），男，本科，主要从事机加工工艺工作