小直徑直管冷裝工藝方法

王艷華 于均剛

哈電集團(tuán)（秦皇島）重型裝備有限公司 河北秦皇島 066206

接管的連接方式由最早的間隙裝配與焊接結(jié)合，后來(lái)變化為脹接與焊接結(jié)合，再到現(xiàn)階段的冷裝與焊接結(jié)合，而最被認(rèn)可的連接方式便是冷裝與焊接的結(jié)合。

1 前期準(zhǔn)備

提到冷裝，大家都不陌生，是一種過(guò)盈配合的方式，是利用溫度變化影響尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)裝配，但對(duì)于小直徑直管冷裝來(lái)說(shuō)，難度較大。冷裝一般從以下幾個(gè)方面考慮與準(zhǔn)備：

（1）冷裝要求的過(guò)盈量的確定；

（2）冷卻介質(zhì)的選擇；

（3）冷卻時(shí)間與接管外徑變化的關(guān)系；

（4）冷卻后置于空氣中接管外徑的變化情況，即接管冷卻后，允許裝配時(shí)間的確定。

2 設(shè)計(jì)過(guò)程

對(duì)于制造廠，過(guò)盈量的要求需要滿足設(shè)計(jì)圖紙及設(shè)計(jì)技術(shù)條件的要求，基本是確定值，那接下來(lái)的問(wèn)題就是如何去實(shí)現(xiàn)。同時(shí)冷卻介質(zhì)溫度較低的一般有液態(tài)氧、液態(tài)氮，而對(duì)于實(shí)體制造廠來(lái)說(shuō)，液態(tài)氮溫度比較適合，而且液態(tài)氮較為安全，故一般選用液態(tài)氮做為冷卻介質(zhì)。小直徑直管液氮冷卻直徑變化量極小，同時(shí)從液氮中取出后對(duì)溫度的變化極為敏感，冷裝難度較大。例如φ30-φ35的小直徑接管要求的過(guò)盈量為0.005mm-0.025mm，理論計(jì)算在液態(tài)氮中冷卻后的直徑變化約0.1mm左右，因此必須試驗(yàn)確定小直徑直管液氮冷卻取出置于空氣中后，接管外徑隨時(shí)間的變化規(guī)律，同時(shí)試驗(yàn)期間，還要驗(yàn)證冷裝的效果（例如貼合程度）及冷裝的殘余應(yīng)力測(cè)試。因冷裝的過(guò)盈量較小，冷裝孔加工精度無(wú)法滿足要求，則只能選擇針對(duì)加工后冷裝孔的實(shí)際孔徑尺寸，配加工對(duì)應(yīng)冷裝直管的外徑。考慮制造廠對(duì)設(shè)備的生產(chǎn)制造周期均較長(zhǎng)，過(guò)盈量極小，孔徑測(cè)量時(shí)的工件溫度與對(duì)應(yīng)配加工的接管加工時(shí)的工件溫度不同，溫度將產(chǎn)生一定的尺寸變化，會(huì)超過(guò)過(guò)盈量要求，故孔徑測(cè)量時(shí)，同時(shí)記錄待測(cè)工件的工件溫度，配加工接管外徑測(cè)量時(shí)，接管溫度必須與對(duì)應(yīng)孔的工件溫度基本相同，同時(shí)對(duì)孔及管做好對(duì)應(yīng)標(biāo)記，冷裝時(shí)按對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行冷裝。

3 實(shí)驗(yàn)分析和結(jié)果

冷裝試驗(yàn)時(shí)，使用專門的液氮冷卻裝置，具有冷卻保溫防飛濺作用，同時(shí)滿足冷裝管的清潔要求。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小直徑接管在液氮中浸泡不少于25分鐘后，由液態(tài)氮中取出的5秒內(nèi)，直徑就會(huì)回彈至少0.03mm。而較為適合裝配的孔軸直徑差應(yīng)≥0.05mm，因此對(duì)于小直徑接管的裝配時(shí)間要求極為嚴(yán)格，待冷裝接管由液氮中取出至裝配妥當(dāng)過(guò)程的時(shí)間必須控制在5秒內(nèi)，否則極易出現(xiàn)卡死（即未冷裝到要求位置，便卡死在孔內(nèi)，無(wú)法繼續(xù)裝配也無(wú)法拔出）現(xiàn)象。

對(duì)冷裝試驗(yàn)件，選擇實(shí)際過(guò)盈量較小的進(jìn)行剖開(kāi)驗(yàn)證，貼合程度滿足要求。

對(duì)冷裝試驗(yàn)件，選擇實(shí)際過(guò)盈量較大的按RCC-M MC1362沸騰氯化鎂試驗(yàn)進(jìn)行殘余應(yīng)力評(píng)估，結(jié)果殘余應(yīng)力不大于150MPa，滿足要求。冷裝過(guò)程中，任何參數(shù)或者操作的控制不當(dāng)都會(huì)造成接管裝配位置的誤差，導(dǎo)致發(fā)生冷裝卡死風(fēng)險(xiǎn)，且后續(xù)接管的取出難度較大，存在接管報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)，是制造中的極大難點(diǎn)。考慮冷裝存在一定的卡死風(fēng)險(xiǎn)，冷裝試驗(yàn)期間，也提前準(zhǔn)備了返工預(yù)案，并進(jìn)行了冷裝卡死返工試驗(yàn)（例如機(jī)加去除卡死接管等），為確保設(shè)備的制造提供技術(shù)支持。

圖1 液氮冷卻裝置

圖2 部分冷裝試驗(yàn)圖

圖3 剖開(kāi)試驗(yàn)圖（放大至少20倍）

圖4 卡死接管機(jī)加取出圖

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上試驗(yàn)以及產(chǎn)品最終驗(yàn)證，冷裝雖然能夠減小殘余應(yīng)力，但是冷裝管直徑越小，液氮冷縮量越小，冷裝難度就會(huì)隨意增大。因?yàn)樾≈睆嚼溲b管的冷裝風(fēng)險(xiǎn)較大，冷裝過(guò)程中需要清潔控制，粉塵殘?jiān)鶗?huì)導(dǎo)致冷裝卡死，同時(shí)掌控冷裝孔與管的配加工對(duì)應(yīng)配對(duì)、冷裝管浸泡時(shí)間、取出后冷裝操作時(shí)間是重點(diǎn)。