引言

換熱器管板加工是換熱器制造的核心工序之 一,包括管板堆焊變形控制?管板深孔加工?堆焊 面機械加T:及倒角等關鍵工序,其加工質量將直 接影響后續穿管及焊接質量1:,特別需要控制管 板孔橋?管孔尺寸?管孔的光潔度和垂直度等尺寸精度符合圖紙要求?

1、管板堆焊變形控制

換熱器管板一般采用合金鋼+ 堆焊結構,管 板堆焊時容易產生焊接變形,特別是對于大直徑 壁薄管板,在堆焊及熱處理后其平面度容易超差, 所以根據經驗可采取將兩塊管板的非堆焊側對扣 疊裝防變形2]?管板的待堆焊面預留反變形余 量131?堆焊厚度預留余量?合適的焊接參數?相應 的熱處理制度消除焊接應力及穩定尺寸等綜合措施,對管板堆焊變形進行控制?

2、管板孔加工

在熱交換器管板管孔加工時,首先根據管 板加工精度?材料力學特性等選擇合適的加工設備和刀具,可采用普通搖臂鉆床?數控鏜銑床?數控龍門鉆銑床?三軸數控深孔鉆床等設 備,然后通過試驗確定合理的加工方案和加工 切削參數?

2.1 三軸數控深孔鉆

以我公司高加產品為例,其管板孔數多,加工 精度要求較高(詳見表1), 一般采取三軸數控深 孔鉆進行鉆孔,雖然間距塊?導向套?密封銅套?加 長鉆桿?BTA鉆頭等工裝費用高一些,但對于厚度較厚?孔數眾多的管板,不僅可以保證加工質 量,而且可大大提升生產效率[4 針對孔數不多 的而且管板直徑不大的管板,三軸利用效率并不高,一般可使用單軸進行打孔,不僅降低了費用, 減少裝卸工裝的時間,而且效率損失不大?三軸 數控深孔鉆加工過程如下: 

2.1.1 對工具?工裝?設備的要求

1) 刀具外觀無損傷及裂紋,與鉆桿螺孔連接 穩固,刀具精度等級一般選取h6 等級?

2) 鉆桿內外表面粗糙度不低于Ral.6um 線度小于lmm/m,鉆桿外圓圓跳動小于0.05mm, 與刀具螺孔連接后配合良好?

3 ) 鉆孔開始前,要對鉆孔設備進行精度檢 測,核對設備鉆孔最大厚度和孔徑極限尺寸,以及 配套彎板高度需要滿足要求?

2.1.3 程序檢驗

產品鉆孔開始前,重新檢查管板找正?對中情 況,然后運行CNC程序,從中心位置到邊緣,將所 有孔用導向套打印,最終按管板圖紙逐項檢查全 部孔數?孔位和孔間距等無誤后再進行正式鉆 孔[6]?

2.1.4 管板深孔加工

鉆孔過程中,操作者應使用通棒檢查直線度, 更換鉆頭和導套后,操作者使用芯棒來檢查鉆的第一個孔,同時檢查孔徑?位置度?垂直度?

2.1.5 加工過程的注意事項

1) 管板應盡量校平:管板平面度差,不僅會 使導向套封不住冷卻液,從而間接影響冷卻功效? 排屑?鉆頭壽命,還會使鉆頭加工外側環形孔區 (起鉆面為堆焊面)時壽命明顯降低,嚴重時直接 崩刃?

2) 采用分區域鉆孔:當管板平面度不高,而 且堆焊硬度很高的Inc〇nne1625時,可采用外側環 形孔區與中心圓形孔區分別編程,設置各自的鉆 孔參數,鉆頭壽命會更加理想?

3) 嚴格控制導向套尺寸:若導向套尺寸檢定 不合格,一方面對管孔成形尺寸有不同程度的影 響;另一方面會導致鉆頭起鉆定位時容易晃動,使 得鉆頭導向條磨損加劇,影響鉆頭壽命的同時還 會影響管孔成形尺寸和粗糙度?

4) 不斷調試優化深孔鉆加工參數:如觀察機 床是否出現報警?鉆頭受力曲線變化各段是否過 渡平滑?機床功率值(峰值大小?各段變化是否平 穩)?機床工作振動?報廢鉆頭損壞情況等,必要 時采取多段變參數鉆孔的加工方法?

2.2 數控龍門鉆?鏜銑床

對于薄壁管板,根據管孔精度要求可采用數 控龍門鉆或數控鏜銑床鉆孔,一般采用數控內冷 刀具一次或二次加工成形,另外若機床無內冷功 能,離終鉆面越近溫度越高,產生高溫使刀具壽命 減少且孔的成形質量較差,所以需采用多次進刀?

2.3 搖臂鉆床加工

普通搖臂鉆床設備加工精度低,對操作人員 技能要求高,加工的管孔質量不穩定?對于精度 要求高的產品,可采用鉆孔加鉸孔的組合加工方 法?以加工厚度150mm?管孔直徑12.25mm的管 板為例,由于管孔較深,刀具加工排屑和退刀困 難,鐵屑容易將加工后管孔內壁劃傷,呈現螺旋狀 紋[7],嚴重時整個管孔孔徑不滿足公差要求,所 以需通過前期試驗確定合理的鉸削余量(預留單 邊0. 15mm)和加工參數?

3、管板堆焊面車加工及管孔倒角加工

3.1 管板堆焊面車加工

管板堆焊后需要進行車加工堆焊表面,普通 不銹鋼堆焊層通過降低轉速等措施可以滿足產品 加工產品,但對于大直徑鎳基堆焊面的車加工難 度較大,某產品堆焊區域為φ4000mm,表面堆焊的是鎳基合金Inconnel625,堆焊層厚度為8mm? 一方面由于管板堆焊及熱處理過程中存在變形, 實際需要堆焊不低于11mm才能保證變形的管板 車加工后能滿足圖紙要求的堆焊層厚度及平面 度,故局部區域需要車加工掉3mm厚的堆焊層, 車加工堆焊量較大;另一方面Inconne1625其硬度 極其高,經檢測局部里氏硬度最高達370左右,且 由于是帶極堆焊焊帶間存在交疊,硬質合金刀片 遇到凸起極易崩刃?因此車加工堆焊層極其困 難,刀片磨損嚴重,而且壽命及其低?通過試驗泰 克洛?日易暉?瓦爾特?特固克等廠商多種硬質合 金刀片,優化調節切削進給?轉速?吃刀深度,統計 連續切削面積及時長,并通過觀察刀片磨損程度, 來判斷各刀片耐用程度,最終通過技術攻關滿足 了最終產品加工要求?

在車加工過程中發現,通過水冷可以提高刀 片壽命?當立式車床加工一般堆焊材料的管板 時,車刀承受的溫度不高?磨損不算嚴重,且能 保證一定的刀片壽命?但當管板堆焊材料為鎳 基合金Inconnel6 2 5 時,由于鍵基合金硬度極其 高,車加工時刀片磨損及承受溫度都特別大,刀 片壽命大大降低,操作者還需不時的更換刀片? 由于立車無冷卻裝置,通過在管板外周設置兩 瓣筒形圍擋,并在圍擋與管板外壁間填塞膠皮 用于密封冷卻液,之后再將機床用冷卻液倒入 圍擋中(見圖1 ) ,用于刀片車削冷卻,刀片壽命 顯著提高?

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為倒直角結構,可采用 搖臂鉆進行倒角,但某些產品管板坡口特殊,使用 常規方法無法達到圖紙要求?例如某產品的管板 表面堆焊InC〇k)y625,采用J 型坡口,但是該坡口 結構較為復雜?精度要求高,且管端焊縫需要進行 100% RT檢測(見圖2 )?為保證管孔公差及粗糙度要求,采用三軸數控深孔鉆加工孔群管孔+ 數 控鏜銑床加工J 型坡口的組合方法?在數控鏜銑 床加工坡口時,首先使用百分表(裝卡找正)?三 維測頭(孔區找正)進行二次精加工找正,選取圓 角R1.5mm并帶有Ti- A l- N 鍍層的專用機卡硬 質合金刀片,以管板中心為坐標原點,按行依次加 工,同時便于分區補償增加極軸偏移指令,使機床 極軸與管板極軸重合,補償管板四中心線找正偏 差,最終使用專用數控刀片的自身圓角Rl. 5mm 加工]型坡口,并且需要進行數控插補,產品加工 坡口尺寸一致性好,均符合圖紙精度要求?

4、結語

通過對換熱器管板加工技術研究,有效解決了管板焊接變形控制?管孔加工精度?管板堆焊面 機加工及管孔倒角等技術問題,同時也為后續加 工類似產品積累了經驗?

參考文獻

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[7] 樂永星?影響核級熱交換器管板管孔加工的關鍵因 素[J] , 電站輔機,2 0 1 2 ,3 3 (3 ).

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