AP1000核电站主管道窄间隙坡口现场数控精确加工技术.pdf

沫 自动化 l l e T o o l s Au t o ma t i o li 邕 主持 壹簪 搀 A P 1 0 0 0 核电站主管道窄间隙坡口 现场数控精确加工技术 国核工程有限公司 上海2 0 0 2 3 3 刘中仁戴瑞光韩世凯 A P 1 0 0 0 核 电 站 主 管 道 采 片 整 体 锻 造 加 成 形 管 道 本 身没 有 了焊 缝 减 少 r在役 检 查 的 1 二 作 量 提 高 了 使 用 寿 命 其 设 计 的 运 行 寿命为 6 0 年 主管 道材 质为S A3 7 6 TP 3 l 6 LN 冷 段 规 格 6 8 8 m m X 6 5 m m 热 段 规 格 9 52 5 m m 8 2 6 m m AP l 0 0 0 核 电站 主管道 取 消 过 渡段 见图 1 由于主管道的制造偏差和设 备制造 偏差 导 致安装 时 l三 管道 两端 与 卡 f j 应设备 管嘴端 面仔 存夹 角 需对 管道进行斜面坡 口加工和偏心加 1 二 主 管道冷段坡 口如果按照正常坡 口加 T 工艺进 行内壁 镗孔 加 I 区域最小壁 将 小于主管道设计最小壁 厚 热段 主 图1 压力容器 主管道 蒸汽发生器布置图 因此 主管道的坡 口加 工 仅耍有很高的加 工 精度 而I l 需要在 加工时调整坡 口面的 角度和内镗 孔的 角度 以往使 用的坡 口加 方法 已不再适 用 1 AP 1 0 0 0 核电站主管道的坡 口形式和加工采 用的设备 AP 1 0 0 0 核 电站主管道采 用 r 窄I n J 隙单而焊U 形 坡 口 窄 I fi 隙双面焊u形坡 口两种 类型 压 力容 器 侧热 段管段 冷段管段均选 用单面焊u 形坡 口 蒸 发器恻热段管段选 用双面焊U形坡 冷段管段选 用单而焊U形坡 口 见图2 5 2 2 0 1 3 c 奄 加 工 2 A P 1 0 0 0 核电站 管道采用坡 j 形式 场坡 I l 加 需 满 足直 管 弯管 管段坡 rJ J lJ 上 管道端 晡 直 斜面切割坡 口加 I 许可进 行 管道偏心坡 精确加 亡 同tl f 管道现场安装时 I h 于主 设备位置相对 固定 对中精度要求 高 常 的 坡 口加工和测量设备厄法满足 现场 采 用的坡 I 1 加 工设 备 粗切 割 采用外 径 坡 口 J L P HS F l 0 5 0 L f I 十主管道热段 P HS F 7 5 0 用于 士管道冷段 坡 17的而切割 内镗 孔 外坡 口加工均采用数控坡 口加工村 L Ome g a 9 B 见图3 图6 AP l 0 0 0 核 电站 主管 道的坡 口加工 是根据现场 实际测量管道和设备数据 不断调整坡 l 加工机来 完成的 测量技术需满 足主设备和主管道的现场测 量要求 并花压 力容器就位而蒸汽发 器没有就位 罔3 外径坡L 机 P H S F 罔4 O m e g a 9 B 操作台 图5 O m e g a 9 B li ll Y 机头图6 O m e g a 9 r A l 卡式底座 的前提下 正 确计算 出主管道阳端的切割余量 监 督 指导数控坡 口加 J L ff J 定位 现 场 采 用的 测 量 设 备 FARO激 光 跟 踪 仪 I ON 配套软件S A S p a t i a l An a l y z e r 空 日 J 测量分 析软件 见图7 7 F A R O 激光跟踪仪 计算机 S p a t i a l A n a l y z e r 软件 2 激光跟踪测量及3 D建模拟合 激 光跟 踪 测 量 技 术 是 采用 高精 度 便携 式 的 二维 标 测 量 设 备 激 光跟 踪 仪 将 靶 球 放 在需 要 定 位 的 点 上 进 行数 据 采 集 运 用 S p a t i a l A n a l y z e r 软 件汁算获得高精度 5 m内精度为 士0 0 2 5 ram 测量数据的技术 此技术首次应用在 核电站主管道坡 g l 加工中 现场使 用F A RO 激光跟踪 仪 对放 在需要 定位 的主管道平 主设备的测量点上的靶球进行测量 坡 口加工前需要对士管道 蒸汽发生器 蒸汽发生器 垂 直支撑 反应堆压 力容 器进行激 光测量 数据 采 集 然后运 用S p a t i a l An a l y z e r 软件进 行3 D建模 拟 合 调整 计算主管道冷段和热段的 各管段管端切 割量 切割 角度 坡 口加 1 二 的偏心景 现场的激 洲量要点如下 1 激 光跟踪 仪安装 卒制点的 陂置 测量数 据采集之前 分别在丰管道 J 及周围 蒸汽 发牛器 本 体及 胤围 反应堆压 力容 器及压 力容器腔 室墙 体 卜 蒸汽发生器腔室墙体上布 置安装控制点 注 意蒸汽发生器腔室墙体上的安装控制点 以压 力容 床 自动化 n e T o o l s A u t o ma t i o n 器腔室1 人 的安装控制 点为接点通过 管道4 L f l a l 传递 引入 安装控制点用热熔胶加以同定 控制点空 间 分布应均 匀 保证能够完成所有洲量 域的数据采 集 且能满 足每次仪 器设站 至少能够测到6 个安装 控制点 2 激光跟踪 仪的安装 启动 激 光跟踪 仪 安装时 为了保证仪 器的稳定性 脚架 间距至少保 持在 l m肢以 上 启动仪 器进 行预热时 预热时 间 需要3 0 4 5 mi II 激光跟踪 仪 的红灯 闪烁说明仪 器正住 处于预热 状态 红 灯稳 定不 闪代表 预热 完 成 3 激光跟踪仪 的卡 交准 测量开始之 前必须 川标准件对激 l 跟踪仪进行校准 超过 允许偏差需 要 进行一 次 自我 补偿 补 偿后 才 町以肝 始测量 作 4 激 光跟 踪 义 的建站 定位 f if ff 量事先 设 好的安装控制点为仪器定位 测量所何 叮见的控制 点 并 保证每 个测站位置至少测量6 个控制点 建 议能测量到的控制点全部进行测量 在测量过程 中 如果有控制点偏差超过允许偏差 0 1 mm 贝 1 舍 弃此控制点 停止使用 5 激 光跟踪 仪的复测 每完成一个建站的 数据测量点采集工作 必 须对建站的控制点进行复 测 核埘激光跟踪仪存测 最过程中是否发生移位 如果复测 卜 j 初始理 沦值偏差超过0 1 mm 则重新 为 激光跟踪仪建站定位 重新测量之前测鼙的所有测 量点 6 激光跟踪 仪 次建站测最 不能完成所 标记的测量点 需要变换位置重新建站定位 开始 测量 每次测量后 应保护好控制点 以备以后使 用 3 主管道的坡 口加工的工序 坡 17加工分两个阶段进行 第一阶段是丰管道冷段 热段的反应堆 力容 器端坡 口加工 此部分 I 作在主管道专用加 工车间 内加工完成 第二阶段是 主管道冷段 热段的蒸汽发生器端 坡 17 加 L 主管道与反应堆压 力容器侧焊 r l 焊接 完成5 0 左右厚度后 蒸汽发生器 含主泵泵壳 吊装就 位之I j i 在C A 0 l 模块 人 的蒸 汽发生器腔 窀 内进行 奄 加 奄 讯 I m e 姜 5 3 at i on 1 标切割线 根据激光测量及3 D建模拟合 确定的切割量数据 考虑压 力容 器侧主管道焊 口 焊 接5 0 厚 度时 的焊缝 收缩量 按 照激 光测量及 3 D 建模拟合确定的管段切割量分 别加 6 焊缝收 缩量的预 留长度 的焊缝 收缩 切割余量 确定主 管道坡 口加 工的激光测量及3 D 建 模拟合最终切割 量坐标 采用激光跟踪仪 配合在管段上绘制最终 切割线 F F L 粗略切割线 R F L 及基准线 划 线过程是建模模 型在管体上 的映射 应注 意对激光测量 点进 行核对 并对划线使用的工具 和划痕深度进行控制 见 图8 图8 主管道坡口 加工划线示意图 2 管段粗切割 主管道的粗切割加工采用 外径坡 口机 由于管道制造偏差最终坡 口端面 存 在倾 角 机 器需 倾角安装 具体的安装 以管段上 划的切割线为准 主管道进行粗 切断处理时 为了减少面加 工 的加 工量 切断刀具安装位置应该在粗 略切割 线 内侧 管段粗切断 后 对管端毛刺进 行打磨 清 理 管道表面的冷却液及切断碎屑 3 管 口面切割 第一步为Ome g a 9 B 坡 I 1 机加 工机头 的拼装 调试 定位 步骤 如下 坡 口机 的内置卡盘支撑安装 初步安装机 器卡 盘 支撑上 的4 个主要支腿及4 个辅助 支腿 利 用支腿 内置螺栓调 节并固定卡盘支撑 坡 口机加 工机 头安 装 将Ome g a 9 B 机 身本体 加工机头 就 位 至卡盘 相应 的联 接点 拧紧4 个联接 螺栓 以确 保机 身本体 固定在卡盘上 机 器手动调试 当 机器本体安 装完毕后 使用 固定在 刀架上 的百 分 表 指针靠 压在管材的内 外表面 绕管道 内 外 壁进行周 向检钡 0 手动调节机 器与管 材的同心 度 采用激光跟踪仪对坡 口机加 工机 头进行最 终定 位 面加工时坡 口机 的轴线 与压 力容器管嘴 坐标系的z轴平行或重合 由干主管道制造偏差 5 4 参 蔼 加 籼工 压 力容器侧主管道冷段没有直管段 增加了坡 口机 定位的难度 在坡 1 3 机加工机头 的耳环上安装坡 12 1 机调整工装 利用主管道上的控制点对激光跟踪 仪进行建站定位 在该主管道相对应的压力容器管 嘴坐标系下 通过调整卡盘 确保 y 板成直线 并且与相对应的压力容器管嘴端面平行 X y 板中 心对齐压力容器管嘴坐标系原点 借助计算机显示 器上的实时显示 转动O me g a 9 B 坡 17 1 机加工机头 比较0 9 0 1 8 0 2 7 0 位置上的 y z 值 首先调 整z轴 使 其在0 9 0 1 8 0 2 7 0 位置达到相同的值 然后调整 轴和 y 车 由 使 y 板 中心位于压力容器管嘴坐标系原点 重新 检查x y z 轴 最终调整使其偏差达到0 2 mm以 内 在坡 口机加工机头上安装外切割 刀架 测量 刀具行走的距离 保证 刀架行程满足加 工要求 面切割之前确保坡 口机安装精确定位 端面倾角符 合要求 第 二 步 面 切 割 管 道粗 切割 完 成 后 用 Ome g a 9 B坡 1 3 机对主管道端面加工调节余量进行 修 整 并以此端面为基准面 测量并记录端面至最 终切割线 F F L 的距离 加工至F F L E 离约1 mm 处 控制每 刀的进刀量 最终完成面切割 面切割 应当控制每次的进刀量不能超 过0 2 5 mm 且加 工 的最终表面应没有冷作硬化层和不 当操作引起的变 色 面加工过程中 始终采用激光跟踪仪对坡 口 端面和坡 口机的位置进行监测 保证加 工端面与激 光建模拟 合端面相一 致 由于 主管道 本体的不规 则 实际加工时 激光建模拟合端面与加工前最终 切割线 F F L 有差异时 以实际激光建模拟合端 面为准 4 管 口内镗孔 压力容 器侧主管道冷 段管 口由于制造 偏差 管道存在 椭 圆 不同的位 置管 壁厚度不均匀 按照正常的坡 13 加 工工艺进行 内镗 孔 无法满足管道最小壁厚的要求 根据管道各个 位置壁厚的不同 内镗孔角度采用 l 2 5 2 T 后过渡区采用 1 0 倾角 见图9 图l 0 镗 孔轴线 9 图9 压力容器侧冷段管口内镗孔及坡口加工轴线示意图 图1 0 蒸汽发生器侧主管道冷段管口和压力容器侧热段管口 内镗孔及坡口加工轴线示意图 操作过程 采用激光跟踪对Ome g a 9 B 坡 口机 的位置进行调 整 调 整方法与面切割 时坡 口 机 的调整方法基本相 同 内镗孔时则不 同 坡 口 加工机轴 线与管段轴线平行 或重合 拆卸面切 割 刀架 安 装 内径 刀架 内镗 孔前需在管端面 0 9 0 I 8 0 2 7 0 分别标记 出镗孔位置标 记点 在O me g a 9 B坡 口机操作台打开 内镗孔切 割程 序 进行模拟程序操 作 检验程序的正确性 与走 刀的轨迹 确保满足加 工要求 管道 内镗 孔时 当距 离镗孔位 置标 示点I mm时 每次进 刀 加工后都要 对壁厚进行测量 并 控制每次 的进 刀 量不能超过0 2 5 mm 且加工 的最终表面 应没有 有害 的冷作硬化层和不 当操 作引起的变色 管 道 内镗 孔过 程 中 采用激 光跟踪 仪对坡 口机 的轴 线位 置进行监测 保证坡 口机轴线与管段轴线平 行或 重合 内镗孔加工后 用超声波测厚仪 对最 终切割 线 F F L F F L 6 5 mm F F L 1 2 4 mm的0 9 0 1 8 0 2 7 0 位置 管道 外壁标记 点处的壁厚进行测量 用游标卡尺 对 凸台高度范围内0 9 0 1 8 0 2 7 0 方向管 段面 内径进 行测量 用 角度尺 以管段面为基准 对管内壁 的内膛角度进行测量 5 管道 外侧坡 口加工 采用管 口面切割 时Ome g a 9 B 坡 口机 的调整方法进行调整 确保 坡 17 1 机 的轴 线角度和安装位 置与测量建模数据斜 面位 置相一 致 并使用百分表 对安装位置进行验 证 拆 除内径刀架 安装外径 切割刀架 测 量管壁 的实际尺寸 按 照钝边理 论厚度要求在管 端面0 9 0 1 8 0 2 7 0 分别作上标 记 在O m e g a 9 B坡 I 1 机操作台打开外坡 口加工程序 根据测量 实际值 调整外坡 I 1 加 工程序 进行程 序模拟 查 看走刀轨迹 检查 完毕后 开始外径 坡 口加 工 当加 工至 距 离钝边 加 工标记 约 1 mm 时 对钝边 厚度进行复测 并控 制每刀进 刀厚度 不超过0 2 5 mm 管道 外坡 口加工过 程 中 采 用激 光跟踪仪对坡 口机的轴线位置进行监 测 保 证坡 口机轴线与管 段端 面轴线平行或重 合 钝 边打 磨 坡 口加工完 成后 用抛光片对坡 口钝边 进行 打磨 打磨前应测量钝 边实际厚度 根据测 量结 果安 排打磨次数 确保坡 口尺寸满足设计要 求 主 管道 与 反 应 堆压 力容 器 侧焊 口焊 接 完 成 5 0 厚度后 需要 重新对蒸汽发生 器侧的 主管 道 管 口进行激光测量 建模并重新拟合 计算