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[摘 要]分析、探究影响稳压器下封头电加热套管冷装质量的工艺因素，通过试验确定了冷装工艺方案及参数，成功地完成了稳压器下封头电加热套管的冷装工作。
[关键词]稳压器 套管 冷缩 冷装
中图分类号：TG457.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0020-01
1.工艺分析
冷装就是冷却收缩被包容件，以形成装配间隙的过盈连接。为了保证冷装质量，首先需核定电加热套管的安全冷装间隙，电加热套管的安全冷装间隙Δ冷装=Δ 0+Ymax+Δ形状。其中Δ 0是为了避免冷装中配合面互相插伤、粘连需要的最小间隙，采用同样公称直径φ30间隙配合H7/g6的最小间隙，查公差表计算出
Δ0=EI-es=0-（-0.007）Δ0=0.007mm；Ymax即为图纸设计装配的最大过盈量，Ymax=0.03mm；孔径和套管配合面加工累计的形状误差Δ形状=0.02mm，计算核定电加热套管安全冷装间隙Δ冷装=0.057mm。
电加热套管配装直径仅为φ30mm，其冷却收缩量要大于安全冷装间隙0.057 mm，才能满足冷装要求。根据金属材料收缩比得知，冷却温度T 冷却<100K即摄氏-173℃，不锈钢类材料收缩比趋于平稳，其冷缩量基本上达到最大状态。参阅常用冷却剂物理性能表1，选定冷却剂为液氮，液氮沸点-195.8℃（合计77.2K）即为电加热套管的冷却温度，根据金属材料冷却冷缩量的理论公式Δ理论=L（L293-LT）/L293（L—被包容件直径，LT—被包容件在冷却温度K下的直径， L293—被包容件在20℃即293K下的直径，），计算电加热套管的理论冷缩量。查图3金属材料收缩比，确定不锈钢在冷却温度77.2K时，其收缩比（L293-LT）/L293=275×10-5，计算电加热套管的理论冷缩量Δ理论≈30×275×10-5 mm=0.0825mm。电加热套管理论冷缩量Δ理论为0.0825mm，大于电加热套管安全冷装间隙0.057mm，故采用液氮冷却是合理的选择。
电加热套管冷缩后温度低，冷装时间短，实测冷缩量不易实现，故采用冷却时间来保证工件冷却温度，以冷却温度控制工件冷缩量。为了达到最好的冷却效果，采用直接冷却法，将工件直接置放于带绝热层冷却桶的液氮中。根据冷却时间经验公式t经验=αδ+6（α—工件材料冷却综合系数，单位：分钟/mm，钢类材料α=1.2；δ—工件壁厚3.5mm，t经验—冷却时间，单位：分钟），计算电加热套管经验冷却时间t=1.2×3.5+6=10.2分钟。但是计算出的经验冷却时间仅能参考，不能作为冷装工艺参数直接指導冷却套装，我们还需通过试验选定适宜的冷却时间，以保证冷缩效果。
2.冷装试验
a.制备冷装试件：套管孔冷装试板与产品下封头厚度（115+2 +1）、材料相同，并按产品堆焊堆焊层12mm，以保证材料符合性， 模拟三圈套管孔的实际位置，将冷装试板分别按内圈孔、中圈孔和外圈孔摆放成48°、56°、64°的加工位置，固定冷装试板，以与工件相同的加工工艺镗冷装试板上的6-φ30MF孔，从左到右依顺序编注孔位号，检测孔径精度和表面粗糙度，配磨6个冷装试验套管。
b.冷缩试验：配备好盛装液氮的冷却保温桶，加入液氮，封盖。复核6个冷装试验套管的配装外径，用φ0.5的不锈钢捆绑试验套管，在捆绑的不锈钢丝提抓端粘附编号，然后将试验套管放入液氮中卧式埋藏，分别在冷却时间2分钟、4分钟、6分钟、8分钟、10分钟、12分钟、14分钟、16分钟、18分钟、20分钟快速提取试验套管，用千分尺测量试验套管配装外径冷缩后实测值，见表2，与试验套管冷却前外径尺寸对比，计算出试验套管的实时冷缩量，将套管实际冷缩量数据计入表3中。根据试验套管实测冷缩量数据做出套管的实时冷缩图，观察套管实时冷缩图得知，试验套管在液态氮中冷却10分钟后，工件冷缩量趋于稳定，继续冷却，冷缩量仅在0.01mm范围内变化，与计算出电加热套管的经验冷却时间10.2分钟相吻合。为了达到最佳的冷却效果，将套管的冷却时间定为16分钟。对比6个试验套管冷却16分钟后，其外径冷缩量在0.065—0.095mm，与电加热套管的理论收缩量0.0825mm有微量差异，但是均大于电加热套管安全冷装间隙0.057mm，可满足冷装要求。
c.冷装试验：通过冷缩试验，我们确定了冷却剂和冷却时间，核实了套管外径实际冷缩量可满足冷装要求，但是冷装操作时，套管顺利导入管口、套管轴心与套管孔轴心保持重合、工件结合面清洁、人工操作熟练程度等都是影响冷装质量的因素，因此通过冷装试验进一步排除这些影响因素，提高冷装操作的稳定性和可靠性。
冷装试验分为故障冷装试验和顺利冷装试验。为了模拟实装工况，冷装试板卧式置放操作台并压紧，首先用内弧刮刀沿管孔入口和出口刮除微型毛刺，沿入口端和出口端用160#纱布再次磨砂，手摸感觉滑溜，然后用亚麻布沾丙酮前后拉推清洗内孔，用白色亚麻布检测无污物即可，然后分别进行故障冷装试验和顺利冷装试验。
故障冷装试验：在冷装过程中，套管可能会在入口、中途和出口端出现卡阻现象，选用1#、3#、5#编号孔进行冷装卡阻试验。按表5进行了故障冷装试验，并通过下一步顺利冷装试验来验证冷装卡阻后修复方案的可行性。
顺利冷装试验：在冷装过程中，控制冷装时间、做到操作熟练流畅是保证顺利冷装的关键，通过冷装试板中孔位编号6、4、2、5、3、1的冷装试验进一步优化冷装流程、筛选确认最佳的冷装时间，以保证冷装顺利完成。考虑到操作空间影响，冷装顺序从右到左进行。先将套管进行清洁、标识，放入液氮中冷却计时，同时清洁管孔，待套管冷却至16分钟，戴上防冻手套，快速提出工件，手握托平对正，目视垂直，上下左右微量摆动套管导入内
孔，分别以快速、适中和缓慢用力一次推入，听到哐当的一声，整个过程即完成。
3.制定冷装工艺方案
3.1.工艺装备：备专用刮刀一把、铆工榔头一个、紫铜棒Ф29.5×300一根、木棒Ф20×300一根、油光锉刀一把、160#砂布、亚麻布、防冻手套、清洗剂丙酮、冷装用保温桶Ф800×600一个、冷却剂液氮。
3.1.人员配备：铆工2名，站在与下封头相连接的筒体内，分别手持铜棒和榔头，负责应急从封头内壁往外击打退出套管； 装配钳工1名，专门负责冷装；检验工1名，负责应急检测。
3.3 冷装操作
将下封头上三圈套管孔从内到外按逆时针方向依1#—63#编号，套管孔实际长度分别为外圈30个孔深L=167，中圈26个孔深L=151，内圈7个孔深L=142；冷装过盈量为（0.01～0.030）mm，套管和套管孔配装外圆表面粗糙度为Ra0.8，套管外径不圆度为0.01mm，套管孔同轴度在0.01mm，冷装按内圈、中圈、外圈顺序依次进行。用内弧刮刀沿管孔入口和出口刮除微型毛刺，沿入口端和出口端用160#纱布再次磨砂，手摸感觉滑溜，用亚麻布裹木棒沾丙酮前后拉推清洗内孔，用白色亚麻布检测无污物后，再用亚麻布重点摩擦入口、出口端，手摸光滑即可。复核套管编号和外径尺寸，用丙酮清洗、亚麻布擦拭干净，用细不锈钢捆绑套管，在捆绑的不锈钢丝提取端粘附套管编号，将套管以平卧状态放入冷装桶中冷却。冷却桶离封头距离2m左右，以便钳工提取套管。一次放入7～10件套管冷却为宜，工件埋藏在液氮里，液氮表面开始发生剧烈翻腾和蒸发现象，5分钟后逐渐平稳，冷却至16分钟，准备装配。钳工戴好防冻手套，先看好套管标识，核对孔位，再快速提取套管，手握托平对正使套管轴线和孔心重合，目视垂直，上下左右微量摆动套管导入内孔，一次用力迅速推入，听到轴向定位哐当声，一个套管的冷装就在3—5秒内顺利完成。如果冷装操作中出现“卡阻”，不能用力击打硬装，而是由封头内侧两人协作，一人扶正紫铜棒，一人用榔头击打，若套管出现松退，可连续击打7-8次退出。
参考文献
[1] <<金属切削原理与刀具>>，机械工业出版社2003 。
作者简介
杨美昆（1979.02—），男，西安市人，工程师，一直从事于核设备的制造加工工作。
[关键词]稳压器 套管 冷缩 冷装
中图分类号：TG457.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0020-01
1.工艺分析
冷装就是冷却收缩被包容件，以形成装配间隙的过盈连接。为了保证冷装质量，首先需核定电加热套管的安全冷装间隙，电加热套管的安全冷装间隙Δ冷装=Δ 0+Ymax+Δ形状。其中Δ 0是为了避免冷装中配合面互相插伤、粘连需要的最小间隙，采用同样公称直径φ30间隙配合H7/g6的最小间隙，查公差表计算出
Δ0=EI-es=0-（-0.007）Δ0=0.007mm；Ymax即为图纸设计装配的最大过盈量，Ymax=0.03mm；孔径和套管配合面加工累计的形状误差Δ形状=0.02mm，计算核定电加热套管安全冷装间隙Δ冷装=0.057mm。
电加热套管配装直径仅为φ30mm，其冷却收缩量要大于安全冷装间隙0.057 mm，才能满足冷装要求。根据金属材料收缩比得知，冷却温度T 冷却<100K即摄氏-173℃，不锈钢类材料收缩比趋于平稳，其冷缩量基本上达到最大状态。参阅常用冷却剂物理性能表1，选定冷却剂为液氮，液氮沸点-195.8℃（合计77.2K）即为电加热套管的冷却温度，根据金属材料冷却冷缩量的理论公式Δ理论=L（L293-LT）/L293（L—被包容件直径，LT—被包容件在冷却温度K下的直径， L293—被包容件在20℃即293K下的直径，），计算电加热套管的理论冷缩量。查图3金属材料收缩比，确定不锈钢在冷却温度77.2K时，其收缩比（L293-LT）/L293=275×10-5，计算电加热套管的理论冷缩量Δ理论≈30×275×10-5 mm=0.0825mm。电加热套管理论冷缩量Δ理论为0.0825mm，大于电加热套管安全冷装间隙0.057mm，故采用液氮冷却是合理的选择。
电加热套管冷缩后温度低，冷装时间短，实测冷缩量不易实现，故采用冷却时间来保证工件冷却温度，以冷却温度控制工件冷缩量。为了达到最好的冷却效果，采用直接冷却法，将工件直接置放于带绝热层冷却桶的液氮中。根据冷却时间经验公式t经验=αδ+6（α—工件材料冷却综合系数，单位：分钟/mm，钢类材料α=1.2；δ—工件壁厚3.5mm，t经验—冷却时间，单位：分钟），计算电加热套管经验冷却时间t=1.2×3.5+6=10.2分钟。但是计算出的经验冷却时间仅能参考，不能作为冷装工艺参数直接指導冷却套装，我们还需通过试验选定适宜的冷却时间，以保证冷缩效果。
2.冷装试验
a.制备冷装试件：套管孔冷装试板与产品下封头厚度（115+2 +1）、材料相同，并按产品堆焊堆焊层12mm，以保证材料符合性， 模拟三圈套管孔的实际位置，将冷装试板分别按内圈孔、中圈孔和外圈孔摆放成48°、56°、64°的加工位置，固定冷装试板，以与工件相同的加工工艺镗冷装试板上的6-φ30MF孔，从左到右依顺序编注孔位号，检测孔径精度和表面粗糙度，配磨6个冷装试验套管。
b.冷缩试验：配备好盛装液氮的冷却保温桶，加入液氮，封盖。复核6个冷装试验套管的配装外径，用φ0.5的不锈钢捆绑试验套管，在捆绑的不锈钢丝提抓端粘附编号，然后将试验套管放入液氮中卧式埋藏，分别在冷却时间2分钟、4分钟、6分钟、8分钟、10分钟、12分钟、14分钟、16分钟、18分钟、20分钟快速提取试验套管，用千分尺测量试验套管配装外径冷缩后实测值，见表2，与试验套管冷却前外径尺寸对比，计算出试验套管的实时冷缩量，将套管实际冷缩量数据计入表3中。根据试验套管实测冷缩量数据做出套管的实时冷缩图，观察套管实时冷缩图得知，试验套管在液态氮中冷却10分钟后，工件冷缩量趋于稳定，继续冷却，冷缩量仅在0.01mm范围内变化，与计算出电加热套管的经验冷却时间10.2分钟相吻合。为了达到最佳的冷却效果，将套管的冷却时间定为16分钟。对比6个试验套管冷却16分钟后，其外径冷缩量在0.065—0.095mm，与电加热套管的理论收缩量0.0825mm有微量差异，但是均大于电加热套管安全冷装间隙0.057mm，可满足冷装要求。
c.冷装试验：通过冷缩试验，我们确定了冷却剂和冷却时间，核实了套管外径实际冷缩量可满足冷装要求，但是冷装操作时，套管顺利导入管口、套管轴心与套管孔轴心保持重合、工件结合面清洁、人工操作熟练程度等都是影响冷装质量的因素，因此通过冷装试验进一步排除这些影响因素，提高冷装操作的稳定性和可靠性。
冷装试验分为故障冷装试验和顺利冷装试验。为了模拟实装工况，冷装试板卧式置放操作台并压紧，首先用内弧刮刀沿管孔入口和出口刮除微型毛刺，沿入口端和出口端用160#纱布再次磨砂，手摸感觉滑溜，然后用亚麻布沾丙酮前后拉推清洗内孔，用白色亚麻布检测无污物即可，然后分别进行故障冷装试验和顺利冷装试验。
故障冷装试验：在冷装过程中，套管可能会在入口、中途和出口端出现卡阻现象，选用1#、3#、5#编号孔进行冷装卡阻试验。按表5进行了故障冷装试验，并通过下一步顺利冷装试验来验证冷装卡阻后修复方案的可行性。
顺利冷装试验：在冷装过程中，控制冷装时间、做到操作熟练流畅是保证顺利冷装的关键，通过冷装试板中孔位编号6、4、2、5、3、1的冷装试验进一步优化冷装流程、筛选确认最佳的冷装时间，以保证冷装顺利完成。考虑到操作空间影响，冷装顺序从右到左进行。先将套管进行清洁、标识，放入液氮中冷却计时，同时清洁管孔，待套管冷却至16分钟，戴上防冻手套，快速提出工件，手握托平对正，目视垂直，上下左右微量摆动套管导入内
孔，分别以快速、适中和缓慢用力一次推入，听到哐当的一声，整个过程即完成。
3.制定冷装工艺方案
3.1.工艺装备：备专用刮刀一把、铆工榔头一个、紫铜棒Ф29.5×300一根、木棒Ф20×300一根、油光锉刀一把、160#砂布、亚麻布、防冻手套、清洗剂丙酮、冷装用保温桶Ф800×600一个、冷却剂液氮。
3.1.人员配备：铆工2名，站在与下封头相连接的筒体内，分别手持铜棒和榔头，负责应急从封头内壁往外击打退出套管； 装配钳工1名，专门负责冷装；检验工1名，负责应急检测。
3.3 冷装操作
将下封头上三圈套管孔从内到外按逆时针方向依1#—63#编号，套管孔实际长度分别为外圈30个孔深L=167，中圈26个孔深L=151，内圈7个孔深L=142；冷装过盈量为（0.01～0.030）mm，套管和套管孔配装外圆表面粗糙度为Ra0.8，套管外径不圆度为0.01mm，套管孔同轴度在0.01mm，冷装按内圈、中圈、外圈顺序依次进行。用内弧刮刀沿管孔入口和出口刮除微型毛刺，沿入口端和出口端用160#纱布再次磨砂，手摸感觉滑溜，用亚麻布裹木棒沾丙酮前后拉推清洗内孔，用白色亚麻布检测无污物后，再用亚麻布重点摩擦入口、出口端，手摸光滑即可。复核套管编号和外径尺寸，用丙酮清洗、亚麻布擦拭干净，用细不锈钢捆绑套管，在捆绑的不锈钢丝提取端粘附套管编号，将套管以平卧状态放入冷装桶中冷却。冷却桶离封头距离2m左右，以便钳工提取套管。一次放入7～10件套管冷却为宜，工件埋藏在液氮里，液氮表面开始发生剧烈翻腾和蒸发现象，5分钟后逐渐平稳，冷却至16分钟，准备装配。钳工戴好防冻手套，先看好套管标识，核对孔位，再快速提取套管，手握托平对正使套管轴线和孔心重合，目视垂直，上下左右微量摆动套管导入内孔，一次用力迅速推入，听到轴向定位哐当声，一个套管的冷装就在3—5秒内顺利完成。如果冷装操作中出现“卡阻”，不能用力击打硬装，而是由封头内侧两人协作，一人扶正紫铜棒，一人用榔头击打，若套管出现松退，可连续击打7-8次退出。
参考文献
[1] <<金属切削原理与刀具>>，机械工业出版社2003 。
作者简介
杨美昆（1979.02—），男，西安市人，工程师，一直从事于核设备的制造加工工作。