楊鳴放，王 菲，牛玉明

(中實(shí)洛陽重型機(jī)械有限公司，河南 洛陽，471000)

0 前言

抽水蓄能球閥活門的通孔旋轉(zhuǎn)至閥體的通孔處，開始抽水蓄能;當(dāng)停止抽水時，活門的閉口旋轉(zhuǎn)至閥體的通孔處，切斷上下水口，開始蓄能，此時蓄水對球閥、閥體與活門的各個部位產(chǎn)生巨大的高壓。抽水蓄能球閥在巨大的水壓下，引起旋轉(zhuǎn)卡死，由于密封不嚴(yán)、焊縫及鑄造本身出現(xiàn)裂紋，容易形成重大事故隱患。由于抽水蓄能球閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度較大，因此，中實(shí)洛陽重型機(jī)械有限公司改進(jìn)原有的制造工藝，為中閥科技和東電集團(tuán)公司的福建仙游水電工程項(xiàng)目制造的大型抽水蓄能球閥，滿足使用要求。

1 制造工藝要求

抽水蓄能球閥如圖1 所示。該球閥由法國阿爾斯通公司設(shè)計，閥體為兩半無法蘭焊合結(jié)構(gòu)?；铋T為整體結(jié)構(gòu)，閥體和活門均為鑄鋼件，其裝配方式如圖2 所示。

工藝要求:先將活門裝入閥體，如圖2 所示，將兩半閥體對合好后焊接，焊接后退火處理;然后加工活門軸處、活門的閉水口、閥體的通水口處;再加工閥體通水口處，堆焊耐磨不銹鋼層(如圖3 中C 項(xiàng)中黑色區(qū)域所示)，堆焊后加工至要求尺寸。

圖1 抽水蓄能球閥結(jié)構(gòu)Fig.1 Pumped storage structure of ball valve

圖2 閥體與活門裝配結(jié)構(gòu)Fig.2 Assembling structure of valve body and valve

圖3 不銹鋼堆焊位置Fig.3 Stainless steel welding position

2 工藝難點(diǎn)及改進(jìn)措施

2.1 焊接工藝的改進(jìn)

(1)原工藝缺陷。在將活門裝進(jìn)閥體之后，兩半閥體組裝一起進(jìn)行焊接，閥體內(nèi)為球形和圓柱形相貫，外部為不規(guī)則球形和圓柱形相貫，閥體的兩半剖分面處在大圓柱直徑的對稱中心上，兩半閥體接口處厚薄差異較大，如圖4 所示。D－D 處最厚，δ=395～400 mm;E－E 處最薄，δ=95～100 mm。從最薄處的單邊焊接坡口15°過渡到最厚處的單邊焊接坡口7°，在焊接過程中的清渣、加熱、施焊及探傷、打磨難度大。且焊后容易出現(xiàn)線性裂紋，易漏水并造成重大事故。

(2)新焊接工藝。首先進(jìn)行閥體母材與焊材等比例焊合面的焊接試驗(yàn)工作。先確定使用的試板厚為400 mm，并且焊接坡口按照圖4 進(jìn)行加工。其次焊接試驗(yàn)所用的試板材質(zhì)跟球閥材質(zhì)相同，使用多種焊材和層間溫度來試驗(yàn)焊接，最后進(jìn)行探傷試驗(yàn)確定焊接合格，然后入爐進(jìn)行退火，檢驗(yàn)焊材最終退火后能否達(dá)到要求的機(jī)械性能。經(jīng)過焊接試驗(yàn)并檢驗(yàn)試板(焊接工藝評定)合格后，進(jìn)行閥體焊接。

焊接時將兩半閥體的中分尺寸加工到圖紙要求，閥體內(nèi)外打磨光滑平整，滿足無損檢測的要求，焊接坡口立車加工，粗糙度和坡口角度均滿足圖紙要求。

焊接順序:外側(cè)焊縫對角焊1/2 后，內(nèi)側(cè)清根，進(jìn)行MT 檢查，而后對角焊內(nèi)側(cè)焊縫，內(nèi)側(cè)焊縫焊滿后，焊外側(cè)剩余焊縫，全部焊完進(jìn)行打磨，打磨合格進(jìn)行UT 和MT 探傷，在這一道工序中，應(yīng)注意的是焊接坡口要清理干凈，焊前加熱要充分，清根要清理干凈，打磨要平整，如遇探傷不合格處要刨開，并清理打磨干凈，清潔干凈，同時要注意加溫的時間和溫度，盡量不返工。全部探傷合格后進(jìn)行加溫滿足工藝要求后，再按圖紙要求堆焊凸臺。

利用活門通水孔的旋轉(zhuǎn)對閥體內(nèi)部進(jìn)行施焊及打磨，如圖2 所示，在活門的兩支撐軸處，即閥體兩支撐活門軸的孔處，設(shè)計兩個圓形支撐環(huán)安裝位置，兩支撐環(huán)與軸之間的間隙和支撐環(huán)與閥體之間的間隙經(jīng)過理論數(shù)值加經(jīng)驗(yàn)數(shù)值總和的平均值，并將兩支撐環(huán)分別用連接板焊接在兩半閥體上，起到兩端軸頭位置支撐和轉(zhuǎn)動活門時的保護(hù)作用。將活門裝入后，兩半閥體組裝合格后用40 mm 厚的聯(lián)接鋼板共計12 片，按焊縫圓周均布焊接在兩半閥體上，起固定作用。

圖4 焊縫位置和厚度Fig.4 Weld position and thickness

外焊采取立焊方式進(jìn)行，要求焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度及預(yù)熱時間按工藝規(guī)范執(zhí)行，盡量做好預(yù)備工作，確保焊后探傷一次通過。

2.2 活門與閥體之間的活動間隙

由于設(shè)計的兩半結(jié)構(gòu)的焊接坡口，正好處在進(jìn)出水口處(如圖4 所示)，將進(jìn)出水口各分成兩個半圓，焊接坡口厚薄不均，使整個閥體在焊后退火之前應(yīng)力不均，給預(yù)留活門與閥體之間的活動間隙的計算帶來了困難，留量過大容易造成密封間隙不夠，留量過小會使活門與閥體卡死。

2.3 夾具套筒刀進(jìn)行活門軸焊后加工

閥體組焊后要進(jìn)行焊后退火處理，活門在裝入閥體前不可能進(jìn)行精加工，但焊后活門處于內(nèi)部，其兩個支撐軸和關(guān)閉水口面的加工，加工切削的清理，難度非常大。原加工方法容易出現(xiàn)兩個支撐軸加工不同心，加工關(guān)閉水口面與兩支撐軸中心不平行，造成開關(guān)憋勁，甚至卡死和大量漏水。

中實(shí)洛陽重型機(jī)械有限公司自行設(shè)計的一種專門用于加工閥體與活門組裝件的刀具，如圖5所示。閥體與活門在焊后退火之前，將活門調(diào)至完全關(guān)閉狀態(tài)，調(diào)整好間隙，在上下游側(cè)口處用工藝聯(lián)接板將閥體與活門焊接固定牢固后進(jìn)行去焊接應(yīng)力退火，退火后將兩支撐環(huán)取出，由于閥體與活門在進(jìn)出水口處牢固焊接，因此該支撐環(huán)取出不會對活門兩軸與閥體支撐孔中心的同心度有影響。對閥體找正后利用夾具套筒刀在數(shù)控鏜銑床上對兩活門軸進(jìn)行粗精加工，再對閥體上的活門軸支撐孔進(jìn)行加工。

圖5 加工刀具Fig.5 Machining tool

2.4 環(huán)形工藝脹套

活門軸與閥體支撐孔加工結(jié)束后，在活門軸與閥體支撐孔之間，安裝專門設(shè)計的環(huán)形雙向工藝漲套，如圖6 所示。環(huán)形雙向工藝漲套既固定兩端軸中心，又固定活門在閥體中的位置，確保閥體與活門的進(jìn)出水孔關(guān)閉位置加工準(zhǔn)確。在環(huán)形雙向工藝漲套安裝之后，將原焊接在上下游測口處的工藝聯(lián)接板割掉，立車加工閥體與活門的上下游側(cè)口。

圖6 漲套Fig.6 Expansion sleeve

3 結(jié)束語

(1)焊接工藝由原來的平焊改為立焊，不像原來需要反復(fù)翻轉(zhuǎn)工件，提高了工作效率，焊接檢驗(yàn)由原來焊滿后探傷改成焊一段探一段，有利于及時解決焊接過程中出現(xiàn)的問題，在保證焊接質(zhì)量的前提下，避免了因焊接引起的返修現(xiàn)象，加快了生產(chǎn)效率，節(jié)約了成本。

(2)在保證加工精度的前提下，減少了加工工藝步驟。并自主開發(fā)相關(guān)配套工裝，使加工效率提高。加工精度由原來的10 μ 提高到2 μ 左右;由原來的數(shù)控繞園走刀變成直接圓形走到;橢圓度由原來的15 μ 提高到4 μ 左右;光潔度從原來的Ra0.4 變成Ra0.05。保證了加工的精度。

(3)根據(jù)工件材質(zhì)的厚度等相關(guān)數(shù)據(jù)，合理制定熱處理工藝，熱處理時間由37 h 減少為26 h，保證熱處理效果的同時，也提高了熱處理效率。

(4)改進(jìn)工藝后加工的閥體和活門，現(xiàn)場使用活門旋轉(zhuǎn)自如，球閥關(guān)閉密封嚴(yán)實(shí)，未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象和焊縫開裂現(xiàn)象。球閥耐水壓能力和密封效果達(dá)到要求。

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