核电硼注箱人孔主螺柱的结构改进

2013-03-02林黎锋刘永智田燕妮李鹏飞西安核设备有限公司陕西西安710021

中国核电 2013年1期

林黎锋，刘永智，田燕妮，刘刚，李鹏飞（西安核设备有限公司，陕西西安 710021）

核电硼注箱人孔主螺柱的结构改进

林黎锋，刘永智，田燕妮，刘刚，李鹏飞
（西安核设备有限公司，陕西西安 710021）

针对硼注箱人孔主螺柱的结构，根据加工经验，将人孔主螺柱的两种结构对比分析，介绍其结构的难易加工情况，结构的合理性。介绍螺纹、内孔加工的加工过程，采用螺栓拉伸机时残余变形量的测量，水压试验的操作规程，提出加工中注意的问题，为此类螺柱的加工提供借鉴。

人孔主螺柱；结构；优化

核电产品稳压器、安注箱、硼注箱等人孔主螺柱内腔都安装了测量杆，以便在组装、试压和运行中准确反映检测主螺柱受力变形情况。其中有的材料为42CrMoE、0Cr17Ni4Cu4Nb等锻件，中心要求加工φ6+0.2mm孔，深度515 mm，

0管孔粗糙度Ra3.2，且与外圆M68×4螺纹同轴度0.02 mm。与φ6 mm中心孔相接的M5螺纹长度15 mm。孔严格垂直于右面平面，其垂直度允差为0.02 mm。右面端面与装配到其中的测量杆端面必须在一个平面上，允差为0.02 mm，见图1。

图1 测量杆Fig.1 Measured stud

1 结构

1.1 人孔主螺柱的结构人孔主螺柱组件是由人孔主螺柱和测量杆组合经过加工销孔，测量杆与主螺柱以螺纹副形式连接后，在螺纹副下端面结合面处用φ4 mm定位固化两者位置，以便准确反映出受力变化，确保设备安全性。钎焊固定销子，保证测量杆与主螺柱的相对位置。在没有螺纹的另一端，要求加工时测量杆与人孔主螺柱在一个平面上，允差小于0.02 mm。

1.2 中心孔的加工

根据加工精度，选择德国进口的数控深孔钻BW320-1-1200NC进行加工。制定的内孔加工方案为先用φ6.1(h5) mm全长1 030 mm的Type110形钻头加工522 mm深，接着再用φ4.2/ φ6.08(h5) mm全长1 030 mm的Type112形钻头钻透，φ4.2 mm钻头有效长度大于20 mm。

采用的切削用量：φ6.1 mm钻头主轴转速1 600 r/min，进给量9 mm/min；φ4.2/ φ6.08(h5) mm钻头主轴转速1 600 r/min，进给量6 mm/min。压力P为70 bar，留量Q为10 L/ min。

1.3 外形的加工

采用CA6140车床进行加工外形，保证与中心孔的同轴度。

测量杆采用拉顶尖进行加工，由于其长度515 mm与直径5.5 mm的比值约为93.6，属于细长工件，采用专用工具装夹，在车床上加工。

测量杆的两种结构见图2。

图3的测量杆左端螺纹为M5，长度为（15±0.5）mm，加工螺纹时，采用板牙绞丝，有的测量杆还要求加工M5螺纹空刀槽直径φ3.7 mm×长度3 mm。M5的螺纹空刀直径较小φ3.7 mm，导致测量杆刚性不足，车床加工中易变形，造成加工后装配M5螺纹困难，易造成废品。

图4的测量杆左端螺纹为M8，长度为（13.5±0.5）mm，加工螺纹时，采用板牙绞丝，M8的螺纹直径相对M5螺纹刚性有很大的提高，车床加工中易加工，装配也方便。

图2 测量杆结构Fig.2 Structure of the measured studs

图3 M5测量杆旋合位置Fig.3 Screwing position of the M5 measured stud

图4 M8测量杆旋合位置Fig.4 Screwing position of the M8 measured stud

实际加工中采用φ10 mm的棒料进行，总长加长3 mm，左端加工M8的螺纹比较方便，铣槽时M8的螺纹刚性好，易加工槽。

1.4 骑缝销孔的加工

将测量杆旋入人孔主螺柱，旋至一定位置后，镗床加工φ4 mm销孔。测量杆与主螺柱以螺纹副形式连接后，在螺纹副下端面结合面处用φ4 mm定位固化两者位置，以便准确反映出受力变化，确保设备安全性。

M5的测量杆螺纹M5小于φ6 mm孔，旋入时只能从右端旋入，利用螺丝刀旋转，由于使用螺丝刀有一定的朝右轴向力，使螺纹旋转困难，经常卡住。所以加工制造时只能将总长加长10 mm，利用手或钳子将螺纹旋至要求位置。

M8的测量杆螺纹M8大于φ6 mm孔，旋入时从左端旋入，利用螺丝刀旋转，由于使用螺丝刀有一定的朝右轴向力，和螺纹的受力方向一致，很轻松地就能旋到合适位置。

M5的测量杆旋合的位置见图3，没有旋至台阶面，加工φ4 mm骑缝销孔时，由于螺纹有间隙，经常产生测量杆旋转，导致钻头损坏，产生废品。

M8的测量杆旋合的位置见图4，旋合至φ8.5 mm右侧台阶面，使测量杆φ8 mm端面与螺柱φ8.5 mm右端面紧密接触，螺纹侧面接触无间隙，加工φ4 mm骑缝销孔时，测量杆不会旋转，容易加工。

M5的测量杆直径较小，加工φ4 mm骑缝销孔时要求位置严格，稍微有误差，就发生φ4 mm钻头折断。M8的测量杆直径较大，加工φ4 mm骑缝销孔时要求位置相对较松，易操作加工。

螺纹拧到位置后，在镗床上对螺纹结合处镗骑缝孔，装配销子后钎焊固定。

1.5 右端平面的加工

为了保证测量杆和螺柱的右端面在一个平面上，装配销子后钎焊固定后还要进行加工。车螺柱右侧面，保证长度留量0.5 mm。磨右端面达到图纸要求Ra1.6，且在一个平面上。加工时要注意保护外面加工过的螺纹，采用铜或铝的工装接触。

1.6 人孔主螺柱拉伸量测量

人孔主螺柱组装为组件后，在一定载荷作用下要准确地测出螺柱体的拉伸长度（即右面六方上平面到测量杆上平面之间的距离）。我们分析主螺栓与测量杆的结构，制作了检具，把千分表固定在测量块上，利用测量块下平面和人孔主螺柱平面结合且滑动来实现伸长量的测量，即先把千分表头滑动到测量杆的上平面，再拖动滑块使表头滑到主螺栓的上平面，千分表的读数即为测量的数据。

测具本身精度可达0.001 mm，测量精度稳定在0.005 mm之内，准确地测出主螺栓的拉伸长度。

我们制定的某产品试压规定，由于水压试验规程中规定，密封时螺栓残余伸长量为（0.15±0.02）mm，绝对伸长量为≤0.46 mm，为保证满足绝对伸长量时，残余伸长量不超出范围，按照如下方案实施。

1）先用绝对伸长量0.3 mm对称均布预紧，并分别记录螺栓的残余伸长量；

2）然后以每增加0.05 mm的绝对伸长量预紧，测量残余伸长量，直至残余伸长量为（0.15±0.02）mm时，进行水压试验。

2 存在的问题

在加工的图纸中，有的图纸提出要求测量杆右端面低于人孔主螺柱右端面0.2 mm，根据加工的大量人孔主螺柱来讲，经过拉伸机拉伸后，由于有残余变形，测量杆右端面全都低于人孔主螺柱右端面0.2～0.3 mm。所以在没有拉伸之前，特别要求将测量杆右端面低于人孔主螺柱右端面0.2 mm没有必要。在经过水压试验时采用螺栓拉伸机拉伸时都产生一定的残余伸长量。假如低0.2 mm，读残余伸长量数时，还要用读数减去0.2 mm才是伸长量，还没有右端为平面的读数直观。

[1] 金属切削原理与刀具. 北京：机械工业出版，2003. (Metal Cutting Theory and Cutter. Beijing: Mechanical Industry Press, 2003.)

[2] 刘刚，田燕妮，林黎锋.机电产品开发与创新[R]. (LIU Gang, TIAN Yan-ni, LIN Li-feng. Development and Innovation of Electromechanical Products [R].)

Structural Improvement for the Manhole Main Threaded Stud of the Boron Injection Tank

LIN Li-feng，LIU Yong-zhi，TIAN Yan-ni，LIU Gang，LI Peng-fei
(Xi'an Nuclear Equipment Co.，Ltd.，Xi'an of Shaanxi Prov. 710021，China)

In light of the processing experience, the two structures of the manhole main threaded stud of the boron injection tank are analyzed comparatively to introduce the difficulty or easiness in processing of the two structures, and the rationality of each structure. The paper also introduces the stud thread and inner hole processing, the measurement of the residual transformation when adopting the stud stretcher, and the operation rule of the hydraulic test. And issues shall be noticed are put forward to provide reference for processing of studs of the same kind.

manhole main threaded stud；structure；optimization

TM623 Article character: A Article ID: 1674-1617(2013)01-0064-04