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加氢泵筒体部件加工工艺探析

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摘要:加氢进料泵是筒形多级泵,一般达10级左右,用于输送石油化工介质。工作温度较高,工作压力在30多兆帕,筒体一般采用锻钢件,吸入法兰多为铸件,吐出法兰为锻钢件,与筒体拼接组焊。结构较复杂,承受的压力也较高。合理安排粗车,半精车,精车及镗,钻工序,以及必要的热处理,和渗透检验工序,是保证零件精度,产品运转性能,和使用寿命的必要手段。本论文以TD460-190X9为例从原材料入厂,到装配试验,出厂制定了一套详细的工艺及检验方案。改进了加工及打压方案,增加了必要的检验工序,既保证了加工精度,又提高了效率。同时也保证了产品的质量。

关键词:组焊结构改进;渗透检验;水压试验

引言

加氢进料泵也称双壳体泵,输送石油化工介质,加氢泵级数较多,泵轴也较长,10级左右叶轮的泵筒体长达1500米左右。工作压力在30MPa以上。筒体一般采用锻钢件,吸入法兰多为铸件,吐出法兰为锻钢件,与筒体止口定位拼接组焊。筒体与泵盖配合的止口堆焊硬质合金,筒体部件高压区1.5倍工作压力试验。加工工序的合理安排,法兰与筒体定位止口的改进,焊前部位的着色检验的合理安排,高压自紧压板的设计,都是保证零件精度,产品质量和性能,以延长使用寿命的必要手段。也是工艺人员的目标。

1泵筒体部件的工艺研究

1.1泵体原材料检验

加氢泵的泵体材质多为CK22N,锻造后按粗加工毛坯图交货。锻造厂提供合格的化学成分报告单。其金相组织为铁素体+珠光体。锻造后进行正火处理900±10℃,空气冷却(热处理曲线见图1),试块同炉。热处理后进行常温力学性能试验Rm、Rel、A、Ak。按企标标准验收力学性能。泵体为承压件,应进行100%体积的超声波探伤。其中长度缺陷以Φ2当量测试不应大于150。以上检验手段是保证泵体材质合格的基础条件。

1.2筒体部件的简要工序

以TD460-190X9泵筒体为例,其筒体材料是CK22N锻件,筒体外圆准880mm,长1424mm。泵筒体部件由吸入法兰,吐出法兰,泵起吊板,支撑板,定位块,接头等14个零件组焊而成。这些零部件原材料有铸造、有锻造、也有板材、圆钢。筒体部件精加工后与泵盖等部件做水压试验。对这种尺寸大,组件多,承压又高的部件,在粗、精加工,组件焊接各个工序注意事项及留余量,以及各种检验工序的合理安排,才能保证产品质量。筒体部件的工艺路线可分为三个阶段:①按筒体单件图加工各部位尺寸。车好筒体与泵盖配合的止口堆焊前尺寸,并且光洁度达。(筒体小头外圆暂不车出)②按筒体部件图加工组焊。堆焊316L前止口着色检验→堆焊316L→车好大外圆及堆焊部位光洁度达→车好小端外圆及堆焊部位光洁度达→焊层进行着色检验→镗出吸入吐出法兰出口→焊接坡口着色→焊接吸入吐出法兰及各件→打磨焊缝→焊缝着色→焊缝消应力→车两端316L焊层余量0.5mm→焊层部位硫酸铜检验→镗好泵膀及底部导向块尺寸→钻好吸入吐出法兰及泵体两侧螺纹孔→精车两端→焊好定位键及排液管→精加工面及焊缝着色检验③组焊后的各部位水压试验。泵体的吸入侧和吐出侧为低压区进行低压试验,中间部分为高压区进行高压试验。可见,筒体部件加工工艺复杂,由六道车,三道焊接序,三道镗序和三道钻序以及四处着色检验和一处硫酸铜检验构成。所有焊接工序后都要做热处理,消除焊接应力。

1.3筒体小端尺寸工序顺序改变

为了提高硬度和耐磨性,筒体的配合止口、端面,吐出口处筒体内壁都要求有3mm的316L堆焊层。按泵筒体粗加工图加工各部分尺寸,车好两端止口堆焊前尺寸达图,光洁度,注意筒体小头部分尺寸按大外圆接平,堆焊筒体内孔时,焊机本身对堆焊件外壁的定位要求是圆柱,正常的按图纸加工,到焊接时就需要做工装来支撑,对于这样大的筒体件来讲,显而易见做工装费时费料。最经济的解决就是在毛坯制造时,小端按大端的相同尺寸锻制毛坯,便于止口堆焊316L硬质合金时采用筒体旋转工艺堆焊。在堆焊前要焊前清理,用丙酮或酒精清理筒内待堆焊部位。堆焊后车焊层达,并且焊层部位着色检验,堆焊后再车好小端外圆尺寸。

1.4筒体与法兰组焊工艺定位止口设计

吸入法兰为铸件,吸入口内为椭圆型,采用在筒体外圆加工出5mm椭圆型凸台与吸入法兰对接定位拼焊。吐出口内径为圆形,采用在泵体上加工出准159H9,和准151工艺定位止口,与吐出法兰准159h9,和准151止口插焊定位,焊完镗去定位止口,镗吸入口达准167。省去了之前堆焊唇→镗焊唇→打磨焊唇→着色等一系列工序(见图2),节约了焊材,堆焊工时,同时也保证了产品质量。

1.5焊层检验表面余量

泵筒体部件为承压件,按照筒体的质量要求,对于全部密封面都要进行着色检验。如果安排在精加工阶段,如果有缺陷,补焊就容易引起精加工止口尺寸精度变形,因此,在堆焊完,安排一道半精车,车焊层单边留余量0.5mm,这时候进行液体渗透检验,比较合适和合理,如果焊层有缺陷,这个余量深度大部分可以被检测出来,也可以在精加工前补焊好,不影响加工精度。精加工后再安排一次堆焊层着色检验,检验的合格率大幅度提高,发现有也是剩余的小缺陷,补焊方便,补焊面积小,不影响精加工精度。筒体与吸入吐出法兰焊接处内孔壁流道也有焊层。这里不是配合止口,尺寸精度要求不高,所以精加工后一次做好硫酸铜检验和着色检验即可。

2筒体水压试验

试压方式一般分为粗试压和精试压。一般铸件承压零件在粗加工后进行一次粗试压,旨在及时发现缺陷,及时补焊。泵筒体和泵盖为锻件,内部组织和性能都很好,所以只安排合装精试压。按照图纸要求,泵盖要进行3MPa水压试验,筒体进行33MPa水压试验,分别持续30Min钟不得有泄漏和冒汗现象。

2.1自紧式压板的设计

采用整体打压,两侧为低压区,中间部分为高压区。压板材质为Q235的钢板。压板厚度计算公式:单位mm,P为试验压力,单位MPa。分别计算出吸入法兰,吐出法兰,高压区隔板及两侧密封函体压板的厚度。吐出口采用自紧式压板与浮动压板设计(见图3)自紧式压板内止口与浮动压板外圆为准320H7/准320f9过盈配合。浮动压板外圆加工密封槽,与自紧压板密封。浮动压板下平面加工密封槽,与法兰平面密封。浮动压板内径与吐出法兰内径尺寸相同。在自紧压板内止口的上平面加工出准300x1的台,由于泵体内有压力,这个空台就会对浮动压板产生一个向下的压力,巧妙的利用了物理学知识,再大的压力,这种压板的设计都安全可靠。

2.2打压步骤设计

①将泵盖部件,两端密封函体与泵筒体部件合装在一起,上好胶圈。配合面涂二硫化钼。抽压把好试压工具。接好压力表,稳压阀。②先将高压区打压至3MPa,稳压,然后低压区打压至3MPa。再将高压区打压至45MPa压力。持续30min不得有渗漏,冒汗等现象。③高压区先泄压至3MPa,稳压。低压区泄压至0MPa,再高压区泄压至0MPa。升压时先将高压区打压至低压压力,在逐步升压低压区和高压区,这样避免隔板两侧压差过高,对于泵筒体内部止口作用力减小,防止受力过大而变形。也降低了因压差过大发生的危险。同理泄压方式。

3结语

按照工艺需要,合理安排筒体各部位的加工序顺序,在不同的加工阶段,不同的加工余量的情况下要排相应的焊接,堆焊工序,以及各种检验工序,压力试验工序。是更好的提高产品零件质量,精度,进而提高产品工作性能的保证.

作者:刘秋艳 单位:沈阳鼓风机集团石化泵有限公司

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