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【摘 要】换热器是核电站的重要设备之一，其管板管孔制造工艺一直是换热器制造过程中的技术难题。本文结合笔者多年的实践经验，通过介绍核电站换热器管板管孔的技术特点，重点从多个方面探讨了换热器管板管孔的加工技术，并提出一些个人见解，以供参考。
【关键词】换热器；管板管孔；钻孔工艺；加工技术
1.概述
随着我国国民经济的持续快速发展，国内核电领域的建设规模不断扩大，大型的核电站数量日益增加。核电设备的质量对核电机组的安全运行具有重要的作用，如何提高核电设备的质量逐渐成为核电工作中需要解决的问题之一。换热器作为核电设备制造中最常见的产品，具有结构简单、造价低廉和使用方便等优点，在核电领域有着广泛的应用。但是，换热器管板管孔的设计精度要求高，一般采用切削性能较差的复合材料，若制造人员没有控制好管板管孔的加工质量，不仅会直接影响到换热器设备综合性能的发挥，而且也会给核电站的运行带来一定的安全隐患。因此，制造人员必须重视换热器管板管孔的加工质量，通过提高管板管孔的制造工艺，以确保换热器设备功能的正常发挥。
2.核2、3级换热器管板管孔的技术特点和难点
3.核电站换热器管板管孔加工技术
以数控立式钻床为例，根据大量的工艺试验和产品实际加工的数据分析，欲获得高精度、质量稳定的管孔，需注意几方面关键因素的影响。
3.1 管板的装夹和校调
管板装夹和校调确定了管板待加工面的位置，是确保管孔垂直度的关键工序。常在钻床主轴安装千分表，检查管板平面的高度差，将千分表的四周跳动量调整到要求范圍内。通常，对于核2、3级换热器管板的水平公差范围，应在0.05mm以下。
3.2 管板中心的定位
人工定位是在管板上以划线的方式，确定管板中心点，然后在机床主轴安装中心钻，靠人眼判断中心钻与管板中心是否对正。这种方法的误差较大，存在人工划线、人眼判断的累计误差，造成管孔位置精度不高，不利于后续换热器管束的装配。
工具定位是借助专用的检测工具，进行对刀定位。现在数控加工中常用寻边器寻找工件的中心位置。寻边器是用于数控加工中确定工件中心位置的一种检测工具，可很方便地确定XY平面的加工中心。这种检测工具的应用避免了人为因素的累计误差，其定位公差可达±0.005mm。
在核2、3级换热器管板管孔加工中，优先采用专用检测工具确定管板中心，可以提高管孔的位置精度，为换热器的管束装配提供有利条件。
3.3 刀柄
对于高速机床而言，主轴、刀柄、刀具三者在高速旋转时，必须具有极高的同心度及很好的动平衡。但刀具和刀柄之间的配合，很难实现无间隙配合，间隙的存在会引起刀具的径向跳动，影响了切削时的动平衡。
3.4 刀具材料的选择
加工深孔的刀具种类很多，应根据加工设备和管板材料选择合适刀具。核级换热器的管板多选用奥氏体不锈钢材料。奥氏体不锈钢材料的切削性能比碳钢材料差，加工硬化现象严重，具有切削温度高、切削力大、切屑不易折断、易黏结，线膨胀系数大等特点。根据这些特点选择的刀具材料应具有耐热性好、耐磨性高、与不锈钢的亲和作用小等特点。
常用的刀具材料有高速钢和硬质合金。通过试验对比，高速钢钻头不适合不锈钢材料的加工，转速不能很高，切屑易缠绕，容易烧伤钻头，不宜高速切削。硬质合金钻头有更好的耐热性和耐磨性，可进行高速切削，更适合不锈钢材料的切削加工。因此，试验中主要选用了整体硬质合金内冷钻和硬质合金钎焊刀头式单刃枪钻。
3.5 钻孔工艺
根据不同的加工精度选用合理的钻孔工艺方法，是保证管孔加工质量的重要因素。
管板钻孔一般有两种工艺方法：（1）一次钻削成形的加工方法；（2）钻孔加铰孔的组合加工方法。
通过试验发现，表1中孔径公差在0.05mm以内的管孔，无论是使用整体硬质合金内冷钻头，还是使用硬质合金钎焊刀头式单刃枪钻，选用一次钻削成形的加工方法均不能达到要求。以加工φ10.35mm的管孔为例，该规格和管孔的长径比最大，超过12，加工难度最高。由于该管孔小而深，造成排屑困难，在试验过程中，部分整体硬质合金内冷钻因切屑堵塞而发生了断裂；因钻头的长径比较大，在立式钻床的高钻速下不易定位，容易偏离，导致进刀面的孔口0～20mm范围内孔径均超差0.05mm左右，且该段表面的光洁度差，呈现螺旋状表纹，整个管孔长度内的孔径有变化，不符合要求。为解决问题，改用组合加工方法。需预先考虑合理的铰削余量，应通过一定量的试验，才能确定铰削余量。对第一道钻孔孔径进行数据收集和分析，确保在后序铰孔中，解决孔口处的超差问题。通过试验，该种方法能有效解决孔口超差的问题。并且铰孔后的孔径均在所要求公差范围内，表面光洁度良好，小于Ra3.2。另外，钻小孔径深孔时，可采取钻一定深度后退刀排屑的加工方法，有利于排屑顺畅。
表1中孔径公差在0.15mm以内的管孔，可采用一次钻削成形的加工方法进行管孔加工，能满足加工要求。
4.6 钻孔切削参数和冷却液的选择
（1）切削参数的选择
枪钻的转速也会影响孔加工表面的质量，当其他参数不变，转速过低会造成孔加工表面的粗糙度达不到要求，转速高于一定值，会造成断屑困难，引起切屑堵塞。进给量过大或过小也会造成断屑困难，影响切屑的形状和大小，枪钻的切屑长度应为50～70mm，若切屑太厚，可通过提高转速，降低进给量来调整。因此，枪钻的转速和进给量有一个合理的范围，才能保证枪钻的正确使用和钻孔质量。转速及切削进给量与被加工材料和钻头直径大小相关，根据各刀具供应商提供的切削用量推荐表，见表1所示，从表2中可查出切削速度和进给量，再以切削速度计算转速，在此范围内，通过切削试验对参数进行微调，可确定最佳切削参数。
（2）冷却液及参数的选择
在深孔加工中，冷却液的作用是冷却润滑及利用油压排出切屑，其特性参数也会影响加工孔的精度。枪钻的冷却液与一般机械加工用油相比，具有压力高，流量大等特点，对黏度和过滤精度有一定的要求。选择黏度与钻孔直径有关，直径越小，黏度越低。通常钎焊硬质合金枪钻的切削油过滤精度必须达到5～20μm。冷却液流量随加工孔径的增大而增加，孔钻得越深所需压力就越大，才能保证冷却液有更大的流速和压力，达到通畅排屑的作用。如果冷却液供应不充分，则会造成切屑在切屑槽中的堆积，切削力增大，过大的扭矩使枪钻折断，或产生刀头与刀杆分离现象。
4.结语
核电站换热器管板管孔的加工质量对核电站安全运行的影响是巨大。因此，在管板管孔制造过程中，制造人员必须掌握好管板管孔的基本性质，确定加工设备和装夹定位方法，同时选择合适的刀柄刀具和切削参数，排除其它因素对管孔质量的影响，并采取合理的加工方案，最大限度提高换热器管板管孔的加工质量。
参考文献：
[1] 石曾伟；刘世辉.核级热交换器管子管板胀接及质量控制[J].电站辅机.2013年第02期
[2] 张林利.换热器管板钻孔程序的自动生成及应用[J].安庆石化.2001年第01期
【关键词】换热器；管板管孔；钻孔工艺；加工技术
1.概述
随着我国国民经济的持续快速发展，国内核电领域的建设规模不断扩大，大型的核电站数量日益增加。核电设备的质量对核电机组的安全运行具有重要的作用，如何提高核电设备的质量逐渐成为核电工作中需要解决的问题之一。换热器作为核电设备制造中最常见的产品，具有结构简单、造价低廉和使用方便等优点，在核电领域有着广泛的应用。但是，换热器管板管孔的设计精度要求高，一般采用切削性能较差的复合材料，若制造人员没有控制好管板管孔的加工质量，不仅会直接影响到换热器设备综合性能的发挥，而且也会给核电站的运行带来一定的安全隐患。因此，制造人员必须重视换热器管板管孔的加工质量，通过提高管板管孔的制造工艺，以确保换热器设备功能的正常发挥。
2.核2、3级换热器管板管孔的技术特点和难点
3.核电站换热器管板管孔加工技术
以数控立式钻床为例，根据大量的工艺试验和产品实际加工的数据分析，欲获得高精度、质量稳定的管孔，需注意几方面关键因素的影响。
3.1 管板的装夹和校调
管板装夹和校调确定了管板待加工面的位置，是确保管孔垂直度的关键工序。常在钻床主轴安装千分表，检查管板平面的高度差，将千分表的四周跳动量调整到要求范圍内。通常，对于核2、3级换热器管板的水平公差范围，应在0.05mm以下。
3.2 管板中心的定位
人工定位是在管板上以划线的方式，确定管板中心点，然后在机床主轴安装中心钻，靠人眼判断中心钻与管板中心是否对正。这种方法的误差较大，存在人工划线、人眼判断的累计误差，造成管孔位置精度不高，不利于后续换热器管束的装配。
工具定位是借助专用的检测工具，进行对刀定位。现在数控加工中常用寻边器寻找工件的中心位置。寻边器是用于数控加工中确定工件中心位置的一种检测工具，可很方便地确定XY平面的加工中心。这种检测工具的应用避免了人为因素的累计误差，其定位公差可达±0.005mm。
在核2、3级换热器管板管孔加工中，优先采用专用检测工具确定管板中心，可以提高管孔的位置精度，为换热器的管束装配提供有利条件。
3.3 刀柄
对于高速机床而言，主轴、刀柄、刀具三者在高速旋转时，必须具有极高的同心度及很好的动平衡。但刀具和刀柄之间的配合，很难实现无间隙配合，间隙的存在会引起刀具的径向跳动，影响了切削时的动平衡。
3.4 刀具材料的选择
加工深孔的刀具种类很多，应根据加工设备和管板材料选择合适刀具。核级换热器的管板多选用奥氏体不锈钢材料。奥氏体不锈钢材料的切削性能比碳钢材料差，加工硬化现象严重，具有切削温度高、切削力大、切屑不易折断、易黏结，线膨胀系数大等特点。根据这些特点选择的刀具材料应具有耐热性好、耐磨性高、与不锈钢的亲和作用小等特点。
常用的刀具材料有高速钢和硬质合金。通过试验对比，高速钢钻头不适合不锈钢材料的加工，转速不能很高，切屑易缠绕，容易烧伤钻头，不宜高速切削。硬质合金钻头有更好的耐热性和耐磨性，可进行高速切削，更适合不锈钢材料的切削加工。因此，试验中主要选用了整体硬质合金内冷钻和硬质合金钎焊刀头式单刃枪钻。
3.5 钻孔工艺
根据不同的加工精度选用合理的钻孔工艺方法，是保证管孔加工质量的重要因素。
管板钻孔一般有两种工艺方法：（1）一次钻削成形的加工方法；（2）钻孔加铰孔的组合加工方法。
通过试验发现，表1中孔径公差在0.05mm以内的管孔，无论是使用整体硬质合金内冷钻头，还是使用硬质合金钎焊刀头式单刃枪钻，选用一次钻削成形的加工方法均不能达到要求。以加工φ10.35mm的管孔为例，该规格和管孔的长径比最大，超过12，加工难度最高。由于该管孔小而深，造成排屑困难，在试验过程中，部分整体硬质合金内冷钻因切屑堵塞而发生了断裂；因钻头的长径比较大，在立式钻床的高钻速下不易定位，容易偏离，导致进刀面的孔口0～20mm范围内孔径均超差0.05mm左右，且该段表面的光洁度差，呈现螺旋状表纹，整个管孔长度内的孔径有变化，不符合要求。为解决问题，改用组合加工方法。需预先考虑合理的铰削余量，应通过一定量的试验，才能确定铰削余量。对第一道钻孔孔径进行数据收集和分析，确保在后序铰孔中，解决孔口处的超差问题。通过试验，该种方法能有效解决孔口超差的问题。并且铰孔后的孔径均在所要求公差范围内，表面光洁度良好，小于Ra3.2。另外，钻小孔径深孔时，可采取钻一定深度后退刀排屑的加工方法，有利于排屑顺畅。
表1中孔径公差在0.15mm以内的管孔，可采用一次钻削成形的加工方法进行管孔加工，能满足加工要求。
4.6 钻孔切削参数和冷却液的选择
（1）切削参数的选择
枪钻的转速也会影响孔加工表面的质量，当其他参数不变，转速过低会造成孔加工表面的粗糙度达不到要求，转速高于一定值，会造成断屑困难，引起切屑堵塞。进给量过大或过小也会造成断屑困难，影响切屑的形状和大小，枪钻的切屑长度应为50～70mm，若切屑太厚，可通过提高转速，降低进给量来调整。因此，枪钻的转速和进给量有一个合理的范围，才能保证枪钻的正确使用和钻孔质量。转速及切削进给量与被加工材料和钻头直径大小相关，根据各刀具供应商提供的切削用量推荐表，见表1所示，从表2中可查出切削速度和进给量，再以切削速度计算转速，在此范围内，通过切削试验对参数进行微调，可确定最佳切削参数。
（2）冷却液及参数的选择
在深孔加工中，冷却液的作用是冷却润滑及利用油压排出切屑，其特性参数也会影响加工孔的精度。枪钻的冷却液与一般机械加工用油相比，具有压力高，流量大等特点，对黏度和过滤精度有一定的要求。选择黏度与钻孔直径有关，直径越小，黏度越低。通常钎焊硬质合金枪钻的切削油过滤精度必须达到5～20μm。冷却液流量随加工孔径的增大而增加，孔钻得越深所需压力就越大，才能保证冷却液有更大的流速和压力，达到通畅排屑的作用。如果冷却液供应不充分，则会造成切屑在切屑槽中的堆积，切削力增大，过大的扭矩使枪钻折断，或产生刀头与刀杆分离现象。
4.结语
核电站换热器管板管孔的加工质量对核电站安全运行的影响是巨大。因此，在管板管孔制造过程中，制造人员必须掌握好管板管孔的基本性质，确定加工设备和装夹定位方法，同时选择合适的刀柄刀具和切削参数，排除其它因素对管孔质量的影响，并采取合理的加工方案，最大限度提高换热器管板管孔的加工质量。
参考文献：
[1] 石曾伟；刘世辉.核级热交换器管子管板胀接及质量控制[J].电站辅机.2013年第02期
[2] 张林利.换热器管板钻孔程序的自动生成及应用[J].安庆石化.2001年第01期