RU2302929C2 - Process for working tube welded seams in lathe - Google Patents

Abstract

FIELD: nuclear power production plants, working of tubular articles for canal nuclear reactors.

SUBSTANCE: process comprises steps of rotating tube and introducing cutting tool into it. In order to minimize metal breaking at working irregularities of welded seam surface and to provide desired surface roughness degree, attachment in the form of sleeve is used. In said sleeve shaft is mounted in bearing assemblies. Plate designed for mounting in lathe rest is secured to lateral surface of sleeve. Cutting tool is in the form of cylindrical milling cutter sharpened along gently sloping arc and mounted in one end of said shaft. Apparatus to be joined with shaft of electric motor mounted in separate plate used for securing to rest of lathe is mounted on opposite end of said shaft. Milling cutter is mounted until coincidence of its cross symmetry axis with symmetry axis of welded seam. Then milling cutter is moved till it touches mostly protruded inside portion of welded seam and turning on rotation of milling cutter from electric motor for moving milling cutter in cross direction relative to tube.

EFFECT: improved quality of worked surface of tube welded seams.

3 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к технологии токарной обработки преимущественно внутренних поверхностей сварных швов труб с получением стабильно воспроизводимых конфигураций поверхностей с одновременным обеспечением высокой чистоты поверхности. Такие требования к токарной обработке внутренних поверхностей сварных швов возникают при массовом производстве высокоответственных трубчатых изделий для канальных ядерных реакторов, например, в циркониевых частях каналов с приваренными на концах переходниками, к которым предъявляются высокие требования по геометрии и шероховатости внутренней поверхности.The invention relates to the technology of turning mainly of the inner surfaces of pipe welds with obtaining stably reproduced surface configurations while ensuring high surface cleanliness. Such requirements for turning the inner surfaces of welds arise in the mass production of highly demanding tubular products for channel nuclear reactors, for example, in the zirconium portions of channels with adapters welded at the ends, which have high demands on the geometry and roughness of the inner surface.

Цирконий и сплавы на его основе нельзя шлифовать абразивными материалами, т.к. они резко понижают коррозионные свойства циркониевой поверхности в горячей воде и паре.Zirconium and alloys based on it cannot be ground with abrasive materials, as they sharply reduce the corrosion properties of the zirconium surface in hot water and steam.

При традиционной токарной обработке внутренних поверхностей сварных швов расточными резцами трудно получить высокую воспроизводимость качественной внутренней поверхности сварного шва. Трудности токарной обработки сварных швов в трубах связаны с тем, что в процессе сварки на внутренней поверхности швов образуются хаотично чередующиеся наплывы и провисания, при токарной обработке которых возникают неравномерные нагрузки на резце, которые вызывают частые удары, что приводит в итоге к дроблению и образованию недопустимой шероховатости внутренней поверхности сварного шва, что усугубляется при увеличении расстояния расположения сварного шва от торца трубы.With traditional turning of the inner surfaces of welds with boring cutters, it is difficult to obtain high reproducibility of the high-quality inner surface of the weld. The difficulties of turning welds in pipes are connected with the fact that during welding on the inner surface of welds chaotically alternating bursts and sags are formed, during turning of which uneven loads on the cutter arise, which cause frequent impacts, which ultimately leads to crushing and formation of unacceptable roughness of the inner surface of the weld, which is aggravated by increasing the distance of the location of the weld from the end of the pipe.

Все известные по классу В23В 35/00 приспособления для токарной обработки внутренних поверхностей, например, в трубах не обеспечивают высоких требований при токарной обработке внутренней поверхности сварного шва циркониевой части канала ядерного реактора РБМК-1000 как по воспроизводимости геометрии мениска, так и по чистоте обработки поверхности при массовом производстве.All the devices for turning internal surfaces, known in class V23B 35/00, for example, in pipes, do not provide high requirements for turning the internal surface of the weld of the zirconium part of the channel of the RBMK-1000 nuclear reactor both in reproducibility of the meniscus geometry and in the cleanliness of the surface in mass production.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка технологии токарной обработки, которая позволяет сократить до минимума дробление металла при обработке неровностей поверхности сварного шва и пришовной зоны с получением в результате правильной формы мениска глубиной не более 0,5 мм и одновременно обеспечивает получение высокой чистоты при обработке поверхности металла.The problem to which the claimed invention is directed is to develop a turning technology that minimizes metal crushing when machining surface irregularities in the weld and the welded area, resulting in a correct meniscus shape with a depth of not more than 0.5 mm and at the same time provides high purity when processing a metal surface.

Технический результат, получаемый в результате решения поставленной задачи, состоит в создании технологии токарной обработки с применением приспособления к токарному станку, обеспечивающего процесс резания, сочетающий в себе одновременно два вида резания: тонкое фрезерование по всей площади сварного шва и пришовной зоны и тонкую токарную обработку за счет минимальной, не превышающей 1 микрона подачи инструмента (с помощью поперечной подачи суппорта) на один оборот обрабатываемой трубы, что позволяет стабильно получать необходимую пологую форму мениска в области сварного шва и требуемую чистоту обработки получаемой поверхности практически мало зависимую от квалификации токаря.The technical result obtained by solving the task is to create a turning technology using a fixture for a lathe that provides a cutting process that combines two types of cutting at the same time: thin milling over the entire area of the weld and the welded area and thin turning for account of the minimum, not exceeding 1 micron, feed of the tool (using the transverse feed of the caliper) per revolution of the processed pipe, which allows you to stably obtain the required floor The exact shape of the meniscus in the weld area and the required surface finish of the resulting surface are almost independent of the qualification of the turner.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе обработки сварных швов труб на токарном станке, включающем вращение трубы и ввод в нее режущего инструмента, используют приспособление в виде втулки, в которой на подшипниках установлен вал, к боковой поверхности втулки жестко прикреплена пластина, предназначенная для закрепления в суппорте токарного станка, режущий инструмент выполняют в виде цилиндрической фрезы, заточенной по пологой дуге и установленной на одном конце упомянутого вала, при этом на противоположном конце вала устанавливают устройство для соединения с валом электродвигателя, установленного на отдельной плите, предназначенной для закрепления в упомянутом суппорте токарного станка, устанавливают фрезу до совпадения поперечной оси ее симметрии с осью симметрии сварного шва, перемещают фрезу до касания с наиболее выступающей внутрь частью сварного шва, а затем включают вращение фрезы от электродвигателя и перемещают ее в поперечном к трубе направлении;The specified technical result is achieved by the fact that in the method of treating pipe welds on a lathe, including rotating the pipe and introducing a cutting tool into it, use a device in the form of a sleeve in which a shaft is mounted on the bearings, a plate designed for fastening in the support of the lathe, the cutting tool is made in the form of a cylindrical cutter, sharpened in a gentle arc and mounted on one end of the shaft, while at the opposite end the shaft is installed a device for connecting to the shaft of an electric motor mounted on a separate plate, designed to be fixed in the aforementioned support of the lathe, the mill is installed until the transverse axis of its symmetry coincides with the axis of symmetry of the weld, the mill is moved until it touches the most protruding part of the weld, and then turn on the rotation of the cutter from the electric motor and move it in the direction transverse to the pipe;

- кроме того, упомянутое устройство для соединения с валом электродвигателя выполняют в виде шкива для клиноременной передачи;- in addition, the aforementioned device for connecting to the motor shaft is made in the form of a pulley for V-belt transmission;

- кроме того, в плите для установки электродвигателя выполняют продольные прорези под крепежные болты, предназначенные для перемещения электродвигателя при одевании и снятии клиновых ремней со шкивов.- in addition, in the plate for installing the electric motor, longitudinal slots are made for mounting bolts designed to move the electric motor when dressing and removing V-belts from the pulleys.

Сущность изобретения поясняется схематическим чертежом фрагмента токарного станка с приспособлениями, установленными в резцедержателе станка.The invention is illustrated by a schematic drawing of a fragment of a lathe with devices installed in the tool post of the machine.

Приспособления содержат: державку 1 в виде вращающегося вала, на консольном конце которого закреплена цилиндрическая фреза 2, заточенная по пологой дуге, а на другом конце вала установлен шкив 3, соединенный клиновым ремнем 4 со шкивом 5 электродвигателя 6. Державка 1 установлена на подшипниках во втулке 7 и при работе закрепляется нажимными винтами 8 в резцедержателе 9 токарного станка посредством г-образной пластины 10, жестко соединенной с втулкой 7, например, с помощью сварки.The devices contain: a holder 1 in the form of a rotating shaft, on the cantilever end of which a cylindrical cutter 2 is mounted, sharpened in a gentle arc, and a pulley 3 is mounted on the other end of the shaft, connected by a V-belt 4 to the pulley 5 of the electric motor 6. The holder 1 is mounted on bearings in the sleeve 7 and during operation is fixed by pressing screws 8 in the tool holder 9 of the lathe by means of an L-shaped plate 10, rigidly connected to the sleeve 7, for example, by welding.

Электродвигатель 6 установлен на пластине 11, закрепляемой четырьмя нажимными винтами 8 в резцедержателе 9 токарного станка.The electric motor 6 is mounted on a plate 11, secured by four pressure screws 8 in the tool holder 9 of the lathe.

Заявленный способ используют в тех случаях, когда требуется чистовая безабразивная обработка сварных швов, преимущественно на внутренней поверхности трубы, например, в циркониевых частях каналов ядерных реакторов после электроннолучевой сварки труб из циркониевого сплава с концевыми деталями, например, при сварке трубы с переходными биметаллическими втулками (переходниками) цирконий-нержавеющая сталь, позволяющие соединять циркониевые части каналов, находящиеся в активной зоне реактора, с нержавеющими частями каналов, находящиеся вне активной зоны.The claimed method is used in those cases where a non-abrasive finishing of welds is required, mainly on the inner surface of the pipe, for example, in the zirconium portions of the channels of nuclear reactors after electron beam welding of pipes made of zirconium alloy with end parts, for example, when welding a pipe with transitional bimetallic bushings ( adapters) zirconium-stainless steel, which allows to connect the zirconium portions of the channels located in the reactor core with the stainless parts of the channels located in not an active zone.

Способ обработки сварных швов труб на токарном станке с использованием заявляемых приспособлений для чистовой обработки сварных швов производится в следующем порядке. Для чистовой безабразивной обработки преимущественно внутренних поверхностей сварных швов циркониевую трубу с приваренными биметаллическими переходниками цирконий-сталь вставляют в отверстие шпинделя токарного станка. Центрируют и закрепляют в кулачках токарного патрона 12. Державку 1 с цилиндрической фрезой 2, заточенной по пологой дуге, закрепляют с помощью г-образной пластины 10 в резцедержателе 9. В этом же резцедержателе 9 закрепляют пластину 11 с установленным на ней электродвигателем 6, после чего за счет перемещения электродвигателя вдоль прорезей в плите путем ослабления крепежных болтов одевают на шкивы 3 и 5 клиновой ремень 4, который натягивают обратным перемещением электродвигателя 6 с последующим его креплением на плите 11. С помощью продольного и поперечного перемещения суппорта 13 токарного станка вводят в отверстие переходника цирконий-сталь 14 державку 1 с фрезой 2 и устанавливают фрезу 2 таким образом, чтобы ее поперечная ось симметрии совпадала с поперечной осью симметрии сварного шва 16, соединяющего циркониевую трубу 15 с переходником 14. После этого включают малые обороты шпинделя с патроном 12 и с помощью маховичка 17 поперечной подачи суппорта 13 медленно перемещают фрезу 2 до тех пор пока она не коснется наиболее выступающей внутрь трубы части сварного шва 16. С момента первого касания фрезой 2 сварного шва 16 включают вращение фрезы 2 путем включения электродвигателя 6 и медленно не более 0,5 мкм на один полный оборот шпинделя подают фрезу 2, при этом скорость вращения шпинделя подбирают опытным путем, добиваясь наилучшего качества внутренней поверхности сварного шва с точки зрения чистоты его обработки.A method of processing welds of pipes on a lathe using the inventive devices for the finishing of welds is performed in the following order. To finish non-abrasive machining of mainly the internal surfaces of welds, a zirconium pipe with welded bimetallic zirconium-steel adapters is inserted into the hole of the spindle of a lathe. Center and fix in the cams of the turning chuck 12. The holder 1 with a cylindrical cutter 2, sharpened in a gentle arc, is fixed using the L-shaped plate 10 in the tool holder 9. In the same tool holder 9, the plate 11 is fixed with an electric motor 6 installed on it, after which by moving the electric motor along the slots in the plate by loosening the fixing bolts, a V-belt 4 is put on the pulleys 3 and 5, which are pulled by the reverse movement of the electric motor 6 with its subsequent mounting on the plate 11. Using the longitudinal the transverse movement of the support 13 of the lathe is introduced into the hole of the adapter zirconium-steel 14 holder 1 with a cutter 2 and set the cutter 2 so that its transverse axis of symmetry coincides with the transverse axis of symmetry of the weld 16 connecting the zirconium pipe 15 with the adapter 14. After that turn on the small spindle revolutions with the chuck 12 and with the help of the handwheel 17 of the transverse support of the caliper 13 slowly move the cutter 2 until it touches the most protruding part of the weld seam 16. The first Milling cutter 2 of the weld 16 includes turning the cutter 2 by turning on the electric motor 6 and slowly, no more than 0.5 microns are fed to the cutter 2 for one full spindle revolution, while the spindle rotation speed is selected experimentally, achieving the best quality of the inner surface of the weld from the point of view purity of its processing.

Пример выполненияExecution example

Обрабатывали на токарном станке внутренние поверхности сварных швов в средних частях каналов ядерного реактора РБМК-1000. Средняя часть канала представляет собой циркониевую трубу диаметром 88 мм и с толщиной стенки 4 мм с приваренными к ней по концам биметаллическими втулками (переходниками) цирконий сталь. В качестве режущего элемента использовали цилиндрическую фрезу диаметром 60 мм и шириной 60 мм, которую затачивали по пологой дуге радиусом 150 мм. В качестве державки использовали вал диаметром 40 мм. Вал устанавливали на радиальноупорных подшипниках во втулке диаметром 110 мм. Предварительно к втулке приварили пластину для крепления вращающейся державки в резцедержателе токарного станка. Втулку с пластиной после сварки отожгли, после чего произвели ее расточку под установку подшипников. На противоположном от фрезы конце вращающейся державки установили понижающий обороты шкив для клиноременной передачи. Собранное приспособление с помощью пластины установили в резцедержателе и зажали четырьмя нажимными винтами в резцедержателе. После этого на отдельной плите установили электродвигатель со шкивом под клиноременную передачу, после чего плиту закрепили в резцедержателе с помощью четырех оставшихся свободными нажимных винтов таким образом, чтобы шкивы вращающейся оправки и электродвигателя оказались в одной плоскости. После установки плиты за счет перемещения электродвигателя по прорезям в плите на шкивы надевали клиновой ремень и обратным перемещением двигателя его натянули, а двигатель закрепили.The internal surfaces of the welds in the middle parts of the channels of the RBMK-1000 nuclear reactor were machined on a lathe. The middle part of the channel is a zirconium pipe with a diameter of 88 mm and a wall thickness of 4 mm with zirconium steel bimetallic bushings (adapters) welded to it at the ends. As a cutting element, a cylindrical cutter with a diameter of 60 mm and a width of 60 mm was used, which was sharpened in a gentle arc with a radius of 150 mm. A shaft with a diameter of 40 mm was used as a holder. The shaft was mounted on angular contact bearings in a sleeve with a diameter of 110 mm. Previously, a plate for fastening a rotating holder in a tool holder of a lathe was welded to the sleeve. After welding, the sleeve with the plate was annealed, after which it was bored to fit the bearings. At the opposite end of the rotary toolholder from the mill, a revolving pulley was installed for V-belt transmission. The assembled device with the help of the plate was installed in the tool holder and clamped with four pressure screws in the tool holder. After that, an electric motor with a pulley for a V-belt drive was installed on a separate plate, after which the plate was fixed in the tool holder with the four remaining free pressure screws so that the pulleys of the rotating mandrel and the electric motor were in the same plane. After installing the plate, by moving the electric motor through the slots in the plate, a V-belt was put on the pulleys and pulled by the reverse movement of the engine, and the engine was fixed.

За счет поперечного и продольного перемещения суппорта ввели державку с фрезой в отверстие переходника цирконий-сталь и установили фрезу максимальным наружным диаметром строго по оси сварного шва. После этого включили вращение шпинделя станка и осторожно перемещали суппорт в поперечном направлении до тех пор, пока один максимально выступающий наплыв сварного шва не коснулся фрезы. После касания фрезой сварного шва включили вращение фрезы и с помощью поперечной подачи суппорта медленно перемещали фрезу, постепенно удаляя наплывы на внутренней поверхности сварного шва. После полного удаления наплывов на крайне малом перемещении фрезу ввели в тело стенки трубы на глубину 200 мкм, после чего фрезу отвели от стенки и выключили вращение шпинделя и фрезы.Due to the transverse and longitudinal movement of the caliper, a holder with a mill was introduced into the hole of the zirconium-steel adapter and the mill was installed with a maximum outer diameter strictly along the axis of the weld. After that, the rotation of the machine spindle was turned on and the caliper was carefully moved in the transverse direction until one maximally protruding influx of the weld touched the cutter. After the cutter touched the weld, the cutter was turned on and the cutter was slowly moved using the transverse feed of the caliper, gradually removing the influx on the inner surface of the weld. After the sag was completely removed at an extremely small displacement, the cutter was introduced into the body of the pipe wall to a depth of 200 μm, after which the cutter was taken away from the wall and the spindle and cutter rotation was turned off.

Осмотр места обработки сварного шва с помощью перископа показал, что обработанная поверхность сварного шва шириной 12 мм имеет ровную глянцевую поверхность, что полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к внутренней поверхности циркониевой части канала ядерного реактора РБМК-1000.Inspection of the weld seam processing site using a periscope showed that the treated weld surface with a width of 12 mm has a smooth glossy surface, which fully meets the requirements for the inner surface of the zirconium channel of the RBMK-1000 nuclear reactor.

Claims (3)

1. Способ обработки сварных швов труб на токарном станке, включающий вращение трубы и ввод в нее режущего инструмента, отличающийся тем, что используют приспособление в виде втулки, в которой на подшипниках установлен вал, к боковой поверхности втулки жестко прикреплена пластина, предназначенная для закрепления в суппорте токарного станка, режущий инструмент выполняют в виде цилиндрической фрезы, заточенной по пологой дуге и установленной на одном конце упомянутого вала, при этом на противоположном конце вала устанавливают устройство для соединения с валом электродвигателя, установленного на отдельной плите, предназначенной для закрепления в упомянутом суппорте токарного станка, устанавливают фрезу до совпадения поперечной оси ее симметрии с осью симметрии сварного шва, перемещают фрезу до касания с наиболее выступающей внутрь частью сварного шва, а затем включают вращение фрезы от электродвигателя и перемещают ее в поперечном к трубе направлении.1. A method of processing pipe welds on a lathe, including rotating the pipe and introducing a cutting tool into it, characterized in that a device is used in the form of a sleeve in which a shaft is mounted on bearings, a plate is fixed to the side surface of the sleeve for fixing in the support of the lathe, the cutting tool is made in the form of a cylindrical cutter, sharpened in a gentle arc and mounted on one end of the shaft, while at the opposite end of the shaft set device for I connected to the shaft of an electric motor mounted on a separate plate, designed to be fixed in the aforementioned support of the lathe, install the cutter until the transverse axis of its symmetry coincides with the axis of symmetry of the weld, move the cutter until it touches the most protruding part of the weld, and then turn on cutters from the electric motor and move it in the direction transverse to the pipe. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутое устройство для соединения с валом электродвигателя выполняют в виде шкива для клиноременной передачи.2. The method according to claim 1, characterized in that the said device for connecting to the motor shaft is made in the form of a pulley for V-belt transmission. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в плите для установки электродвигателя выполняют продольные прорези под крепежные болты, предназначенные для перемещения электродвигателя при одевании и снятии клиновых ремней со шкивов.3. The method according to claim 1, characterized in that in the plate for installing an electric motor, longitudinal slots are made for mounting bolts designed to move the electric motor when dressing and removing V-belts from pulleys.