小直径直管冷装工艺方法

王艳华 于均刚

哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司 河北秦皇岛 066206

接管的连接方式由最早的间隙装配与焊接结合，后来变化为胀接与焊接结合，再到现阶段的冷装与焊接结合，而最被认可的连接方式便是冷装与焊接的结合。

1 前期准备

提到冷装，大家都不陌生，是一种过盈配合的方式，是利用温度变化影响尺寸来实现装配，但对于小直径直管冷装来说，难度较大。冷装一般从以下几个方面考虑与准备：

（1）冷装要求的过盈量的确定；

（2）冷却介质的选择；

（3）冷却时间与接管外径变化的关系；

（4）冷却后置于空气中接管外径的变化情况，即接管冷却后，允许装配时间的确定。

2 设计过程

对于制造厂，过盈量的要求需要满足设计图纸及设计技术条件的要求，基本是确定值，那接下来的问题就是如何去实现。同时冷却介质温度较低的一般有液态氧、液态氮，而对于实体制造厂来说，液态氮温度比较适合，而且液态氮较为安全，故一般选用液态氮做为冷却介质。小直径直管液氮冷却直径变化量极小，同时从液氮中取出后对温度的变化极为敏感，冷装难度较大。例如φ30-φ35的小直径接管要求的过盈量为0.005mm-0.025mm，理论计算在液态氮中冷却后的直径变化约0.1mm左右，因此必须试验确定小直径直管液氮冷却取出置于空气中后，接管外径随时间的变化规律，同时试验期间，还要验证冷装的效果（例如贴合程度）及冷装的残余应力测试。因冷装的过盈量较小，冷装孔加工精度无法满足要求，则只能选择针对加工后冷装孔的实际孔径尺寸，配加工对应冷装直管的外径。考虑制造厂对设备的生产制造周期均较长，过盈量极小，孔径测量时的工件温度与对应配加工的接管加工时的工件温度不同，温度将产生一定的尺寸变化，会超过过盈量要求，故孔径测量时，同时记录待测工件的工件温度，配加工接管外径测量时，接管温度必须与对应孔的工件温度基本相同，同时对孔及管做好对应标记，冷装时按对应关系进行冷装。

3 实验分析和结果

冷装试验时，使用专门的液氮冷却装置，具有冷却保温防飞溅作用，同时满足冷装管的清洁要求。试验发现，小直径接管在液氮中浸泡不少于25分钟后，由液态氮中取出的5秒内，直径就会回弹至少0.03mm。而较为适合装配的孔轴直径差应≥0.05mm，因此对于小直径接管的装配时间要求极为严格，待冷装接管由液氮中取出至装配妥当过程的时间必须控制在5秒内，否则极易出现卡死（即未冷装到要求位置，便卡死在孔内，无法继续装配也无法拔出）现象。

对冷装试验件，选择实际过盈量较小的进行剖开验证，贴合程度满足要求。

对冷装试验件，选择实际过盈量较大的按RCC-M MC1362沸腾氯化镁试验进行残余应力评估，结果残余应力不大于150MPa，满足要求。冷装过程中，任何参数或者操作的控制不当都会造成接管装配位置的误差，导致发生冷装卡死风险，且后续接管的取出难度较大，存在接管报废的风险，是制造中的极大难点。考虑冷装存在一定的卡死风险，冷装试验期间，也提前准备了返工预案，并进行了冷装卡死返工试验（例如机加去除卡死接管等），为确保设备的制造提供技术支持。

图1 液氮冷却装置

图2 部分冷装试验图

图3 剖开试验图（放大至少20倍）

图4 卡死接管机加取出图

4 结语

经过以上试验以及产品最终验证，冷装虽然能够减小残余应力，但是冷装管直径越小，液氮冷缩量越小，冷装难度就会随意增大。因为小直径冷装管的冷装风险较大，冷装过程中需要清洁控制，粉尘残渣均会导致冷装卡死，同时掌控冷装孔与管的配加工对应配对、冷装管浸泡时间、取出后冷装操作时间是重点。