数控技术在压力容器制造中的应用

2021-01-21续宇航

设备管理与维修 2021年20期

续宇航

（中国核工业二三建设有限公司，浙江嘉兴 314300）

0 引言

压力容器制造业不仅涉及较多的加工行业，且在制造过程中还融合了焊接和机械加工等技术，数控技术在压力容器加工制造领域的重要性越来越突出。伴随着科学技术的发展和产品设备的更新换代，对生产压力容器的位置、形状、公差有了全新要求，常规的生产技术已经无法满足现阶段的效率需求。数控技术高精度、高效率的生产优势较为显著，现代化压力容器生产过程中数控技术的引入是时代发展的必然需求，有效解决其生产效率、零部件精度、不规则曲面加工生产等难题。

1 研究现状

现代工业压力容器的制造工艺的快速发展，离不开数控技术的各方面支持，数控技术在国外压力容器制造领域的应用已经非常广泛，而且其技术应用水平相对较高。生产压力容器时，先对材料进行切割，然后使用卷板机弯形，使用激光焊接最终成型，后续进行探测和气密性实验，保证压力容器的密闭性达到标准要求。压力容器制造中运用先进的数控技术可以让企业更快实现自动化，提升生产效率，降低压力容器的生产制造成本。

2 数控技术主要优势

2.1 数控技术的便捷性

在我国各地的机械加工厂家广泛运用了数控技术后，机械加工的制造和生产过程得以改善和优化，简化了生产和加工环节，凸显数控技术在生产中的便捷性。大规模应用数控技术，改进和提升了加工过程中的各种工艺和参数，使机械加工变得更为方便。

2.2 数控技术的高效性

数控技术的高效性体现在3 个方面：①数控技术在机械加工制造中的应用，能够快速装夹此工件，完成多道工序的加工制造，实现机械加工件的精准度并节约加工时间；②机械加工制造领域的数控技术，可以高质量完成普通机床难以完成的复杂零件制造工艺，如零件曲面形状的加工制造；③采用模块化的标准制造工具，节约了换刀的安装时间，提升工具实现标准化的进度和管理水平。

3 特点分析

数控技术的应用能在很大程度上提升压力容器制造水平，保证在机械加工制造的可靠性。在机械加工制造过程中应注重加强数控技术的正确使用方法，了解压力容器的制造工艺特点和具体应用领域，在实际运用中进行必要的研究分析，以满足压力容器制造过程的具体要求。

在科学的工艺流程指导下，压力容器制造工艺会得到技术上的较大提升，有效提高产品的质量水平。压力容器生产制造的工艺流程大致分为以下阶段：①压力容器制造所需的原材料下料；②全部材料加工成形；③组织高效率的焊接队伍实施焊接作业；④焊接完成后组织无损检测、热处理检测；⑤进行压力检测，根据评价结果对最终压力容器的性能进行综合评价，确保生产压力容器的质量。在加工过程中会发生构件变形的情况，导致尺寸不符合标准，产生设备故障，对压力容器的工件质量产生影响，进而给机械制造企业造成经济上的损失。当制造压力容器的封头、筒体截面上的大孔等，都会给压力容器的加工质量带来潜在威胁。应注重强化在压力容器制造中的应用规范，强化技术标准流程，为其下料成形提供技术支持，以促进最终压力容器达到预期效果。

4 应用实例

4.1 电站锅炉设备

电站锅炉汽包部分和低压化工容器在制造过程中，除了加工的程度更大之外，对产品加工精度要求不是特别高，可以利用通用数控机床按照图纸要求进行标准加工。对于有特殊密封要求的压力容器，普通机床已经不能满足它的标准制造工艺，无法控制产品形位和尺寸公差，要选择加工精度高的大型数控机床对其加工。大型数控机床能够满足各项工艺参数的特殊要求，能够精确加工和减少误差。大型数控机床通过进行编制加工程序，精确加工各尺寸和形状的产品部件。加工过程不需要人工干预，高度自主性运行，还可实现多轴联动进行复杂曲面的部件加工制造。数控加工技术在压力容器制造领域的应用越来越广泛，制造工艺也在逐步提升。

4.2 相贯曲线自动切割焊接

相贯曲线自动切割焊接数控技术广泛应用于核电设备、电站锅炉、造船、压力容器、油气输送、供水供热等行业领域。行业中常用的相贯曲线有垂直正交、斜向、偏心等类型，还有一些非管—管相贯曲线的形式，如弧形管—直管相贯、椭球—管相贯、锥—管相贯等。普通相贯曲线自动切割设备技术得到了突破和推广，自动曲线焊接设备的关键技术还有待突破。目前，国内外仍广泛采用手工焊接技术，焊接质量和效率不能满足部分大型企业的要求。大型设备关键核心部件的焊接要求普遍非常高，工作量也非常大，普通人很难完成，这就要求焊接相关人员必须具备过硬的焊接技术和身体素质，才可以保障焊接的质量完好。

4.3 水室封头专用数控机床结构应用

国内外常用大型立式车床、落地铣镗床等普通机床配合定位器加工水室封头，生产组织环节多，生产周期长，加工检测设备消耗大，精度难以保证。水室封头是核动力蒸汽发生器等设备的关键部件，是蒸汽发生器与核反应压力容器等部件的接口，它的形状比较复杂，加工难度比其他部件要大。在国内研发制造水室封头加工专用的数控机床，攻克水室封头高效加工都是非常重要的技术课题，同时也是技术难题。制造这种专用数控机床是有效推进我国第三代核电设备系列化、批量化生产的重要保证。

4.4 无缝气瓶旋压施工的数控技术

在实际生产制造中，按照无缝气瓶的加工工艺，气瓶的旋压施工有正向和反向旋压两种形式，两种旋压工艺存在一定的差异：正向旋压是材料的流动方向和旋压轮的供给方向相同，反向旋压是材料流动方向与旋轮供给方向不同。

无缝气瓶主要用于呼吸气瓶、中大型高压气体运输气瓶的加工制造方面，有钢制无缝气瓶、铝合金气瓶、复合材料钢内胆气瓶和复合材料铝内胆气瓶四种类型。传统的制造工艺为冲压瓶顶和冲压瓶底，再与管坯或卷焊瓶体进行焊接，完成基本的无缝气瓶制造。实践表明，这种工艺制造过程工序复杂、制造费用较高，产品的密封性和承压能力也较差。随着旋压机械发展为一种新型的无缝气瓶生产技术，越来越多的制造厂家开始采用旋压工艺制备气瓶，有效消除了传统气瓶生产工艺过程中出现的焊接连续性不好、强度弱、较脆弱并容易产生裂痕和拉应力相对集中等一系列问题。

如果保持气瓶的开口端直径较小、缩颈量较大或保持密封状态，就必须采用无芯模缩颈旋压工艺进行特殊加工。缩颈旋压可以加工薄壁空心回转零件，将一个类似筒形状的空心零部件加热至强度最低、塑性最好的温度状态，通过旋压轮的不停摆动使管口端部收缩，经多次旋轮压制即可成形。气瓶收口的加工制造工艺要将管形毛坯放置在空心主轴上，需要成形的管口端伸出，配合旋轮架用液压夹具把装置夹紧。从管口端开始加工，保持旋轮来回摆动，每摆动一次向空心主轴进给一次，由于是连续对轴的压缩，管坯口的直径会越来越小。颈部直径达到要求后，用旋轮围绕工件进行平行移动，延长颈部并旋光。

气瓶作为储存容器的应用领域很广，在工业、矿业、医药、汽车等多个加工制造领域都有体现，大型或超大型气无缝气瓶是未来发展的主要趋势。运用数控旋压技术加工生产出来的无缝气瓶拥有很多优点，如整体无缝、密闭性高等，市场应用前景广阔，在未来有可能完全代替传统工艺制造的气瓶。