自動磨銼機在核電產(chǎn)品中的應用特點

珠海市世茂發(fā)展有限公司 （廣東 519070） 朱 兵

1. 概述

當前，世界上的主要能源是煤、石油、天然氣等化石燃料，然而這些化石燃料是不可再生的能源。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，人類亟需新的替代能源，目前只有核能可以達到工業(yè)應用，大規(guī)模地替代化石燃料。

在國家的產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整規(guī)劃中，大力發(fā)展新能源成了重中之重，而核電在整個新能源中以占據(jù)了非常大的比重。前期的核電設備大多以原裝進口為主，很大程度上限制了核電站的裝機容量，國家也為此付出了昂貴的代價。隨著我國核電產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，近年來部分核電設備已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)化，而相關制造企業(yè)為核電設備的國產(chǎn)化也做出了很大的貢獻。

在核電設備制造中應用到許多設備，如焊接設備、機加設備、打磨設備及檢測設備等。在眾多設備中，打磨設備雖然不是最重要的，但卻在解決技術難題、提高生產(chǎn)效率、改善工人勞動環(huán)境上起著很大的作用。

在傳統(tǒng)工藝中，核電設備及容器產(chǎn)品中筒體窄間隙焊縫的清根和打磨大多使用大型機床來進行，表面的打磨拋光則一般都是人工進行。大型機床成本昂貴，操作繁雜。此外，人工打磨效率低，質(zhì)量無法保證，操作環(huán)境也十分惡劣。這些因素都大大地制約了產(chǎn)品制作的質(zhì)量和交貨期。而自動磨銼機的操作簡單便利，高效高質(zhì)量，在解決技術難題、改善工人勞動環(huán)境等方面起著重要作用。高效率、高質(zhì)量磨銼設備的成功應用，給國內(nèi)核電設備的制造帶來了革命性的技術進步。

2. 自動磨銼機結構參數(shù)

自動磨銼機作為焊接輔助設備，主要用于筒體內(nèi)外窄間隙焊縫的加工、筒體內(nèi)外縱縫及外環(huán)縫清根以及內(nèi)外表面打磨拋光，球形封頭或橢圓形封頭內(nèi)外表面的打磨，馬鞍形焊縫的打磨，以及鋼板平面狀態(tài)時雙V形坡口的制備等。筒體的直徑為500～6000mm，封頭的直徑為600～6000mm。也可以根據(jù)特殊要求進行專機設計，滿足使用者不同尺寸的要求。

DEUMA公司的自動磨銼機主要由電控系統(tǒng)、旋轉立柱、懸臂橫梁、驅動電動機及減速機構、底座支架、除塵系統(tǒng)以及為完成磨銼工作需要而配置的專業(yè)磨頭等輔助裝置構成。結構如圖1所示。

自動磨銼機的關鍵部件是磨頭，DEUMA公司采用了瑞士BURCH公司的磨頭。瑞士BURCH公司長期致力于磨頭在核電設備應用中的研究，BURCH磨頭在長期的現(xiàn)場使用中得到了驗證，是可靠、穩(wěn)定、高效、安全的設備，在行業(yè)中具有代表性和先進性。

BURCH公司的多功能磨頭WLS18.5是BURCH公司開發(fā)的一款具有廣泛適用性的典型產(chǎn)品，它既能安裝砂輪也能安裝砂帶，并且能實現(xiàn)磨頭的X、Y、Z三軸轉動，較大地滿足了使用者的一般性生產(chǎn)需求。

圖1 DEUMA公司自動磨銼機

WLS18.5多功能磨頭及參數(shù)如圖2、表1所示。

圖2 WLS18.5多功能磨頭

WLS18.5多功能磨頭上安裝有多個安全開關和傳感器，當任何一個開關和傳感器不工作時機器都無法開始工作。液晶操作屏上顯示有報警信號（如砂輪砂帶沒有裝好、砂帶沒有漲緊、防護蓋沒有蓋好等），確保設備及操作者的安全。

在打磨過程中，根據(jù)使用者的要求來調(diào)節(jié)磨銼壓力，磨銼壓力越大磨削量就越大，反之則越小。磨銼壓力的設置可以直接在操作屏上輸入，也可以在遙控盒上按旋鈕加減設置。設備接到指令后從PLC直接將命令傳輸?shù)侥ヮ^上的氣壓控制盒來調(diào)整壓力大小，當壓力平衡后磨頭上的鎖緊裝置馬上將浮動塊鎖死，驅動電動機正常工作，打磨開始。以上的一連串動作基本是同時完成的，使用過程中進行參數(shù)調(diào)節(jié)也不會出現(xiàn)停頓，即使是在打磨過程中進行壓力調(diào)節(jié)也是毫無問題。

自動磨銼機配備有大功率的除塵裝置，自動將打磨出來的粉塵和鐵屑通過耐高溫的管道集中到尾部的除塵裝置中，這樣避免了在打磨過程中粉塵和鐵屑四處飛揚，工作環(huán)境得到了很大的改善。

3. 電氣控制技術

DEUMA公司自動磨銼機的電氣控制系統(tǒng)采用西門子PLC控制技術。觸摸屏組態(tài)技術、工控領域較為成熟的PROFIBUS現(xiàn)場總線技術，再加上高性能的西門子伺服系統(tǒng)組成了高精度的定位控制系統(tǒng)。由于采用了PROFIBUS現(xiàn)場總線技術，故系統(tǒng)升級及可擴展性極強，能高速傳輸循環(huán)或非循環(huán)數(shù)據(jù)的交換任務。不僅系統(tǒng)整體響應速度快，自動化程度高，而且具有網(wǎng)絡診斷功能。

表1 WLS18.5多功能磨頭參數(shù)

PLC采用了高端主流的西門子大中型PLC系統(tǒng)S7-300。由模塊式結構的CPU模塊、信號模塊和功能模塊等組成控制系統(tǒng)，維修和擴展方便。CPU指令功能強大，數(shù)據(jù)存儲容量大，可智能化地診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件，集成了各種中斷處理能力，如時間中斷、報警中斷、循環(huán)中斷等。

控制系統(tǒng)由電控柜、主控制臺以及遙控盒等組成。主控制臺上裝有西門子計算機觸摸屏控制系統(tǒng)，還可以加裝工業(yè)控制計算機以對系統(tǒng)功能進行擴充。

控制系統(tǒng)軟件采用Windows操作界面，控制界面有中文、德文、英文三種文字，便于使用者進行操作。各種參數(shù)均以數(shù)字、圖表等形式顯示，并且可隨時進行修改設置。

控制系統(tǒng)留有計算機網(wǎng)絡接口和其他控制接口，可以通過計算機網(wǎng)絡進行遠程磨銼過程監(jiān)視和系統(tǒng)自動故障診斷，可以控制DEUMA公司其他設備，如變位機、滾輪架等協(xié)同工作，也能夠通過本系統(tǒng)配備的遙控操作盒實現(xiàn)控制功能。

4. 打磨技術應用

在生產(chǎn)應用中，砂帶打磨一般是用于零件表面的打磨拋光，而砂輪打磨主要是用于坡口的打磨清根。表面的打磨一般都要求能達到一定的表面粗糙度等級，同一種材料要打磨出不同等級的表面粗糙度將取決于砂帶的選用。砂帶的選用可以參考圖3所示的BURCH公司提供的數(shù)據(jù)。

圖3 砂帶打磨的表面粗糙度

在不同的材料上，推薦砂帶的速度如表2所示。

表2 推薦砂帶的速度 （單位：SFPM）

在實際的工件打磨操作中，操作者根據(jù)不同工件來設置不同的磨銼壓力，這需要操作者在實踐中積累經(jīng)驗。DEUMA公司自動磨銼機操作屏上有一個電流表，顯示的電流值為磨頭上驅動電動機的電流值，一般情況下使用砂帶打磨時的電流≤20A，使用砂輪打磨時電流≤40A，可以瞬間超載，但如果長時間超電流使用，設備將自行斷電保護，磨頭停止工作。長時間的超電流容易導致砂帶斷裂、砂輪爆裂等安全隱患，因此建議使用者不應長時間超電流使用。

在平板上打磨，可在操作屏的打磨界面上設置打磨初始點和終點，啟動自動打磨按鍵后設備可以自動地在設定區(qū)域進行反復打磨。

筒體內(nèi)外表面的打磨也可以設置打磨初始點和終點，工件需放置在滾輪架上進行自動打磨。

球形和橢圓形封頭內(nèi)外表面的打磨，工件需放置在旋轉平臺上，其轉速要求在0.3～3r/min以上實現(xiàn)自動打磨（注：封頭打磨最好使用專用的砂帶磨頭BOK-II）。在打磨前，當設置好內(nèi)外表面的起始點和終點后，系統(tǒng)自動記錄和保存磨頭相關的位移數(shù)據(jù)，根據(jù)此數(shù)據(jù)調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)預先編制好的程序進行計算，并得出封頭內(nèi)外表面的弧線，最終設備將依據(jù)此弧線進行自動打磨。

具體操作如圖4、圖5所示。

圖4 環(huán)縫——直縫磨銼

圖5 球頭磨銼

自動磨銼機在我們國內(nèi)通過DEUMA公司的推廣已經(jīng)得到了較好的應用，其中在東方電氣、上海電氣、哈爾濱電氣等核電設備生產(chǎn)企業(yè)中應用良好。

目前，自動磨銼機在核電設備制造中應用最廣的主要是蒸汽發(fā)生器和汽水分離再熱器，因為這兩種產(chǎn)品都有很長的筒身，需要幾節(jié)筒體對接在一起，筒體對接現(xiàn)在都是使用窄間隙焊接工藝，而此焊接工藝應用的前提是必須在對接筒體內(nèi)壁先進行打底焊接，再反面進行清根處理后才能進行。在沒有使用自動磨銼機之前，需要人工進行打磨處理，而窄間隙的焊縫很深，有些達到250mm以上，所以對人工操作來說是一項困難、繁重、危險的工作，稍微有操作上的不慎就會導致砂輪破裂，從而威脅到操作人員的人身安全。此外，人工操作工作效率非常低下，如一個f5m筒體上的一條窄間隙焊縫需要2個操作工（每人每天工作8h）2天左右的時間才能完成。而使用了自動磨銼機后，以上的問題都能得到很大的改善，設備通過自動控制，遠程視頻監(jiān)控實現(xiàn)了自動打磨清根。操作者可以在離打磨清根區(qū)域15m遠的地方進行操作設備，并大大提高了生產(chǎn)效率，1人操作設備8h內(nèi)可以完成一條f5m窄間隙焊縫的打磨清根。

5. 結語

自動磨銼機很早就已經(jīng)在歐洲、美國等多家核電設備公司廣泛應用。實踐證明，自動磨銼機技術操作簡單便利，高效高質(zhì)量，可有效解決技術難題、改善工人勞動環(huán)境。自動磨銼機技術在中國的應用，不僅給國內(nèi)的核電設備制造業(yè)及相關產(chǎn)業(yè)帶來了工藝性的革命，而且促進了國內(nèi)的相關磨銼技術的快速發(fā)展。