核电稳压器上封头加工工艺与加工质量控制

核电稳压器上封头加工工艺与加工质量控制
核电是一个国家科技、工业实力的重要体现。

现今在世界上能够自主设计、制造、建设核电项目的国家屈指可数，我国的核电项目立足于自主开发现今已经实现了第一代和第二代核电的建设布局，并通过“华龙一号”积极参与国际市场的核电竞标。

核电工程项目是一项系统性的工程，其设计、加工制造难度极大。

尤其是以核岛为代表的设备更是加工制造的难点。

核岛压力容器中的稳压器上封头属异型件，其尺寸大、形状结构复杂、硬度高、尺寸公差小，为完成对于封头的制造应当对其加工难点进行梳理、分析，并找出相应的加工工艺方案。

在完成加工工艺方案制定的同时，为确保加工工艺的可行性需要通过模拟仿真的方式来对其进行验证。

标签：稳压器上封头；加工工艺；加工质量
前言
核电与高铁是我国高技术装备的重要标签，同时我国在国际上所着重推出的中国制造的名片。

通过做好核电和高铁的技术和装备的出口从而带动一大批我国相关技术产业的出口。

为实现这一目标，除了加强核电设计技术水平外，做好核电设备的加工制造工作也是极为重要的。

稳压器上封头是核电压力容器中极为重要的组成部分，由于其需要在高温、高压以及腐蚀的环境下进行工作，为确保核电压力容器的正常工作需要对上封头进行高精度的加工。

现今核电稳压器上封头的毛坯件采用的是整体锻造所加工成的毛坯锻件，由于国内在大型锻件制造能力上的不足，使得所生产出来的上封头毛坯件重达32t，而加工完成后的上封头则仅仅有7.8t左右，封头加工制造所需要切削的量极大，为做好对于上封头的加工需要做好上封头加工工艺的设计与优化，从而最大限度的确保封头加工的质量和效率。

1 稳压器上封头结构分析
稳压器上封头整体结构形如一个半球体上接一个直管嘴和两个斜管嘴，其是一个异型件，由于球面上所存在的一定角度的管嘴和相关面的存在使其的加工难度极大。

稳压器封头完成加工后的高度为1408.7mm，球面外半径为1455mm，内球半径为1375mm，对于外管嘴部分的尺寸精度要求较高，斜管嘴在平面内的27°位置，管嘴角度偏差为±0.1°。

对于内外球面、管嘴的加工属于回转体加工，加工精度要求将误差控制在0.3mm的区间范围内。

此外，为了满足无损探伤要求，封头加工完成后表面的粗糙度需要控制在Ra3.2以内。

在封头的加工过程中其难点是做好对于封头内外球面以及轮廓的精度控制、外管嘴的中心与球体回转中心的同轴度、外管嘴在投影平面内27°角度以及管嘴尺寸精度等。

在封头的加工过程中，需要经过多道工序，加之封头的工艺设计复杂、加工精度高从而使得封头的加工难度极大。

在封头的加工过程中由于封头的异型结构会使得其质心不稳，这就为封头装夹的稳定性提出了不小的挑战。

在封头的加工过程中，对于封头的内球面及外球面的部分区域要采用车削加工技术，剩下的部分采用的是仿形
加工技术，这两种加工方式中如何做好基准的精确定位十分困难。

2 封头加工方案设计
封頭属于异型件，且加工的尺寸、加工的质量都较大，为确保封头的加工质量应当做好封头加工工艺的设计。

加工方案的设计需要遵循先铣削定位基准-粗加工-精加工的加工顺序，先对封头表面进行加工后对管嘴等进行加工。

在粗加工后需要对封头进行热处理，为确保后续精加工具有足够的余量，应当对封头先进行半精加工，以释放封头热处理所存在的内应力，避免精加工后因热应力而导致加工变形。

综合封头的全部加工需求及注意要点后封头的加工工艺设计如下：毛坯件铸锻-外形粗车-粗铣-探伤检测-热处理-半精加工-精加工-探伤。

粗加工和半精加工时要对加工余量进行合理的设置，其关系到后续加工的加工效率和加工精度，在封头毛坯件的粗加工阶段，毛坯件的刚性大、余量大，因此无需额外考虑毛坯件加工变形等的因素，采用大切削量进行加工即可。

在半精加工阶段其主要目的是为了消除热处理，是工件所产生的变形且是后续精加工的先导，在半精加工时要为精加工做好装夹和测量基准，因此在加工余量的留取方面要适宜。

在精加工阶段要做好加工进给量的控制，防止加工变形。

封头装夹方案的设计，在外球面的加工中封头刚性好便于装夹加工，在精加工阶段，封头的外球面所带的管嘴将会对装夹带来极大的困扰，因此，在外球面上设计留出高约50mm的装夹工艺段，此工艺段保留至最后进行去除。

在封头加工工艺的设计上，需要根据不同的加工阶段来对其进行设计，在粗加工阶段由于去除量大且后续需要进行热处理，因此，对加工精度不做太多要求。

封头工艺设计的重点是如何在封头精加工阶段时确保封头内外球面、直管嘴和斜管嘴圆柱表面、过渡圆弧之间的良好衔接。

在封头精加工阶段需要采用先车后铣的加工工序。

车削工艺如下：首先将封头的内圆口朝上，使用车削完成对于封头内球面和端面的车削，在车削中需要注意的是在50mm工艺段外圆处留一段基准。

完成对于内圆面和端面的车削后对工件进行翻身，而后以翻身前所留下的基准来对封头外圆面进行找正，在封头外圆面的车削中首先车削到外球面管嘴的下端区域。

在这一工艺设计时要注意做好封头外球面、直管嘴圆柱表面、端面以及总高尺寸的留取，各加工尺寸应当严格保证满足封头设计所要求的工艺尺寸和几何精度要求，这些车削完成的加工尺寸将作为后续铣削加工的定位和测量基准。

因此在封头车削工艺的编制时要引起足够的重视。

在封头外球体的铣削加工工艺中，由于其主要采用的是仿形加工，因此，需要对封头外球体按照三个工位进行加工工艺的设计。

在第一工位，在主铣头上加装直角铣头，用以对封头外球面上与车削表面衔接处的铣削加工，铣削尺寸为从封头斜管嘴圆柱表面与球面交点之间的区间范围。

在第二工位，在主铣头上加装万能角铣头，通过使用万能角铣头对封头球面27°斜管嘴端面、管嘴外圆柱面以及斜管嘴与封头半球面之间的过渡圆弧及封头球面一部分的铣削加工，完成了对于封头一侧斜管嘴的加工后，需要将工件反转至另一侧重复上述加工工艺完成对于封头上另一斜管嘴的加工。

在第三工位，通过在机床铣头上加装延伸铣头对封头上的直管嘴端面、圆柱表面、过渡圆弧以及封头中的一部分外球面进行加工。

在封头精加工工艺的编制上需要通过UGCAM对加工时刀轨迹进行模拟，以确
保封头精加工时不会受到周边管嘴等的干涉。

在封头精加工时为确保封头的加工质量，需要采用边加工、边测量的方式，以确保封头的加工质量。

在精加工阶段除了需要满足工件所标注的设计精度尺寸及表面质量外，还需要注意防止加工变形，在加工时采取小铣削量的加工方式，特别是在封头铣削加工的最后光刀时要加强对于封头加工质量的控制。

3 结束语
稳压器上封头是核电压力容器设备中的重要组成部分。

其具有重量大、铣削量多、加工精度要求高等的特点，为做好对于封头的精密加工，除了做好对于封头加工工艺的设计外，在封头的加工过程中需要注意采取合理的措施，加强对于封头加工质量的控制。

在封头加工装夹环节，由于封头外球面上所存在的直管嘴和斜管嘴的影响，需要在封头外球面上留有加工环直至最后。

此外，在封头加工的过程中会经历车、铣、镗等多道加工工序，为保证各工序之间的有序衔接及加工精度，在封头加工的过程中应当留好相应的加工基准面，各道加工工序要以基准面为基础完成后续加工，以确保封头的加工质量。

参考文献
[1]李馨家，崔振山，冯超，等.核电封头-过渡锥体一体化成形全工艺过程多尺度模拟[J].塑性工程学报，2016（6）：1-7.
[2]张开君，汪丽丽，张茂龙.核电蒸汽发生器下封头内壁堆焊预（后）热工艺方案探讨和实施.压力容器，2010，27（3）：30-33.
[3]孙扬.核电站蒸汽发生器椭球封头锻件制造标准比对分析[J].技术与市场，2016，23（3）：51-52.。