一种大型管道体弯头加工制造技术应用研究

一种大型管道体弯头加工制造技术应用研究

刘金朋

一重集团大连核电石化有限公司 辽宁省大连市 116000

摘要：为了改善大型管道弯头的工艺制造技术，对大型单体弯管制造加工技术进行应用研究。本次选用加工，曲型，再加工的方式对工件进行制造，利用龙门铣特性及特殊点位方法却行找正基准，然后利用平旋盘对弯头坡口进行加工。解决了大型管道弯头在无任何基准情况下加工课题。

关键词：弯头；龙门铣；找正方法；平旋盘。

0前言

在一些供水设备中最为长见的是管道，管道作为流体的载体，需要承担较大的压力。管道一般分为弯头段与直管段，而直管段上坡口及管道上的管孔加工较为简单。针对特殊角度的弯头来说，在加工制造过程中存在工件尺寸偏差较大、找正难、定位难等一系列的问题。现针对该类接管加工制造过程的制造流程及加工方式进行阐述。现阶段过程中，毛坯及中间工序测量，可将扫描的数学模型与理论的数学模型相比较，从而得到各部分的加工余量并可以自动优化，也可以人工调整，避免了人工划线、借料及只能以重点定位或以余量最小的部分来确定其他部分的加工等传统工艺对毛坯余量的以偏概全[1-2]。所以在加工过程中多种检测或制造方式可以帮助公司节约成本，提高效率。

本次研究对象属于弯头强度高、管长孔深、弯曲的角度大、弯曲段弧面长，弯曲的内孔精度要求高由于管道材质的特殊性，其强度与塑性较大，加工中切屑与刀具间极易产生粘结，造成刀具磨损大，可加工性差；在弯管接口侧面有外管嘴的存在，导致工件重心偏移，给深孔加工带来了更大的麻烦，现在国内大单台加工设备都不能满足加工轨迹和动力传递要求。目前只能采用多种、多台设备进行镗、车和抛磨加工，同时该类工件找正方式困难，迫使整个加工周期长，精度难以保证，一旦出现加工质量问题将导致工件报废，造成巨大的经济损失。在该种背景的前提下，增加制造技能及相应加工技术能够更好的保证工件的正常加工。

1、大型弯头常用加工方式

针对大型管道提弯头的加工，其弯头可以大致明确两种加工方式。第一种方式在锻件直管的情况下，对管道内进行加工，外壁留量加工，再进行曲型弯管的过程。因弯管的过程中会造成腹部及背部壁厚不均的情况，所以在尺寸要求上公差放宽，仅标注壁厚范围即可。第二种方式是采用直接加工的方式，从一块锻件直接加工成弯管的情况。利用三维仿真及编程技术，利用镗床将内孔加工出来，然而外圆则是仿形加工，该种方式存在一定难度，且加工时间较长，内壁表面腹部位置表面粗糙度不够。

以上两种方式中根据不同工况选择，而针对于壁厚有最小要求的情况，第一种加工方式效率方面要高于第二种。

2、弯管在无任何基准的情况下进行找正

由于该弯头角度已经成型，需要利用至少为3轴的龙门铣进行加工如图1。将弯头放置在V型铁上，用百分表进行趟表定心找正等工作，才能确定该工件达到可加工状态。

工件在V型铁上，找平的最有效的方式，确定弯管的两侧端面及中间的最高点，连成母线，若这三点高度一致代表该接管各圆在同一条心上。

若是工件外圆加工高低存在不平的状况，可以选择利用内孔母线进行找平。

利用内孔上段的上下两条母线，确定圆心（虚拟圆心）。此时的弯管处仍存在两端低中间高的情况，所以需要对该端口平面进行找平。

因为大型弯管结构很难做到全管段加工，所以有些主管道为了保证最大壁厚，仅在直段上进行加工，弯端上不进行加工。这时接管的找平就会存在一定困难，就只能用内孔进行找正。而内孔弧度较大，无法利用百分表完成全位置测数。仅能用内孔直段部分进行测量。该种情况下，找到内孔4个方位线进行测数，运用加长仪表杆和百分表，找到这个截面截圆圆圆心。再将一端弯管管口当做基准，反复测量另一端端口的上、下母线，对比上下母线数据找出高点之间差多少。再通过两个管口端面的平面度来确定接管是否存在中间弯管区高，接管口低的这种情况。

图1 数控龙门铣加工大型管道

在确定接管平正后，确定接管的扭别。在实际工程中，加工出的弯管角度存在误差，但是也在角度公差范围内。该工件图纸上的位置与实际工件存在些许不同。而角度的变动就会导致弯管上接管的位置定心存在偏差。同时对其外部接口有一定影响。

为了确定弯管真正的角度，可以利用基准端面确定一条直线，根据半径及角度。模拟出该弯管名义角度位置，再对现有角度的测量，得到角度偏差。

该角度偏差可以当做一端的累积偏差，然后确定根据偏差的的大小要考虑到以下两个方面，第一要保证弯管上接管孔位置，第二要确定最终按名义尺寸加工出的对接接口坡口直边是否一直。确定角度后，若现实角度与名义角度偏差，此时弯管中心点不变，弯管一端往名义尺寸旋转，直到弯管两端偏差一直，这样能够保证角度偏差最接近于名义尺寸。弯管连接处采用的时单面坡口形式[3]，所以再确定焊接坡口角度位置时，会造成坡口偏心的情况，但是该种方式保证了名义尺寸内弯管的焊接角度。

3.端面加工

利用机床坐标去检验工件的的x、y、z轴偏差控制在0.2mm内，镗孔前在端面、在弯头两边测量现有壁厚尺寸；再对弯头端面均布8个点位进行测量，并测得8点中所产生的4个直径尺寸的范围，从而确定内径大致尺寸。最后在端面前利用数控龙门铣及直角铣头加工端面；

4.弯管坡口加工

因制造过程中产生的不规则变形导致管道壁厚不均匀、端面成椭圆、内外圆不同心；在管道内镗及坡口加工过程中必须反复测量管道壁厚、铣床或镗床中心位置和管道内径来直角铣头位置来保证管道最小壁厚、管道内径和管道中心。

加工坡口的时候，因弯头存在角度，无法利用车床进行直接加工，所以运用数控镗铣床和镗铣加工中心通过配备数控平旋盘，控制U轴实现多轴控制、多面加工来进行复杂零件的加工[4]。

5.弯头上各类加工

针对于弯头上加工各类测量管嘴，在机床上可以利用坐标，将主轴移动到加工位置。此时可以利用作图软件，模拟出孔的位置。利用三维和二维关系尺寸逐步复检机床坐标。

确定坐标后，角铣头按固定程序及角度方位运动至加工位置，利用钻头加工插入孔。焊接在相应孔上焊接管嘴。最终用专用刀具及钻、铰、扩、镗、深孔的工序将管嘴贯穿，达到最终要求。

结论：

1、弯头在找正时要明确锻件状态，找出相对基准平面，利用两端内孔界面，找到圆两端中心的基本位置。

2、测量两侧管口内母线的平正基准，来确定弯头中间弯角处是否与接管两端截圆在同一平面上。

3、大型弯头坡口加工方式可以在确定好弯管角度及管道圆心的情况下再利用数控铣镗床平旋盘进行加工。

4、可以利用二维作图软件根据实际情况大致确定出测量管嘴的位置，复检机床坐标，同时利用专用刀具及钻、铰、扩、镗、深孔的工序将管嘴贯穿。

参考文献

[1] 朱嘉，李醒飞，谭文斌．基于激光干涉仪的测量机几何误差检定技术[J]．机械工程学报，2010，46（10）：25-30.

[2] 上海重型机器有限公司. 核电主管道弯管内孔的加工装置及加工方法[P].中国专利，201010191469.2011-12-07.
[3]宋平. 海阳AP1000核电站主管道加工技术[J].电焊机，2017，47（11）：92- 96.

[4]施勇成.数控平旋盘在泵头体类零件加工中的应用[J].江苏工程职业技术学院学报,2016,16(02):24-27.