超特高壓開關(guān)設(shè)備中關(guān)鍵焊接件

2024/8/91河南平高電氣股份有限公司胡中輝2017年2月超特高壓開關(guān)設(shè)備中關(guān)鍵焊接件的開發(fā)與應(yīng)用Contents|目錄一、立項背景二、項目執(zhí)行情況三、項目研究成果四、經(jīng)濟(jì)效益及推廣應(yīng)用五、主要完成人情況一

近年來，隨著國家電網(wǎng)高壓、超高壓、特高壓等一大批重點(diǎn)工程的建設(shè)以及公司核心零部件國產(chǎn)化的不斷推進(jìn)，作為關(guān)鍵核心零部件制造的一線單位來說，超特高壓開關(guān)設(shè)備中關(guān)鍵焊接件在生產(chǎn)制造中的開發(fā)與應(yīng)用已到了亟待解決的地步，由于關(guān)鍵焊接件的設(shè)計和工藝要求復(fù)雜，各項技術(shù)參數(shù)嚴(yán)謹(jǐn)，在進(jìn)行實際制造中易產(chǎn)生不能滿足圖紙工藝要求和生產(chǎn)需求，造成供貨拖期和質(zhì)量不能保證，影響產(chǎn)品的成套，進(jìn)一步影響了作為裝備制造企業(yè)的聲譽(yù)。為此我們針對這一現(xiàn)象我們對超特高壓開關(guān)設(shè)備中關(guān)鍵件的生產(chǎn)制造技術(shù)進(jìn)行工藝攻關(guān)（例：支架焊裝類,動觸頭桿類、活塞桿裝配、變徑鋁合金筒體,導(dǎo)向焊裝、三支柱絕緣子內(nèi)嵌件筒體、接頭等十幾種類型關(guān)健件），本課題主要闡述對支架焊裝類、變徑母線筒體在實際制造過程中的工藝攻關(guān)，優(yōu)化產(chǎn)品工藝路線，制定合理的生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)，制作一系列的工裝夾具，滿足了實際生產(chǎn)需求。一、立項背景

1.特高壓開關(guān)設(shè)備中的黑色金屬焊接支架焊裝零件，焊接后要求加工精度高，多用于傳動部位，對零件加工的尺寸精度、粗糙度要求高。傳統(tǒng)加工方式一次體檢合格率只有30%為左右，質(zhì)量和進(jìn)度無法保證。為有效解決這一生產(chǎn)難題，我們進(jìn)行了開發(fā)和試驗，經(jīng)過試驗我們設(shè)計制作的工裝夾具、刀具，以及制定的合理車削參數(shù)和加工工藝的安排，解決了支架焊裝質(zhì)量和進(jìn)度均無法保證的難題，制造水平達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先。該項目獲得授權(quán)實用新型專利一項，受理發(fā)明專利一項，發(fā)表論文一篇。

2.

.超高壓開關(guān)設(shè)備中的鋁合金焊接筒體，長度從2-18米不等，內(nèi)部安裝導(dǎo)電桿，并充0.4MPa～0.75MPa高純SF6氣體用于絕緣介質(zhì)。為了保證筒體的絕緣性能，通常采用鋁合金板材卷制、拼焊后焊接鋁合金法蘭，或鋁合金螺旋管與鋁合金法蘭焊接。

傳統(tǒng)鉚裝方式是手工找正鉚焊，難度大，效率低。為有效解決這一難題，需要一種簡潔、高效的工裝，實現(xiàn)降本增效。我們設(shè)計制作了筒體對中鉚焊工裝，制定了合理的使用方法和技巧，解決了大型筒體手工劃線鉚裝效率較低的難題，縮減了加工工序，提高了生產(chǎn)效率，制造水平達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先。該項目獲得授權(quán)實用新型專利一項，受理發(fā)明專利一項。

3.另外還對超特高壓開關(guān)設(shè)備中關(guān)鍵焊接件的組成零部件接頭類進(jìn)行攻關(guān)，設(shè)計制作裝夾工裝，解決接頭類零部件在加工中粗糙度不良的難題，制作工裝的結(jié)構(gòu)尺寸、裝夾位置、裝卸方便性等達(dá)到生產(chǎn)和質(zhì)量要求，解決了該類零部件的生產(chǎn)制造難題，此項目獲得國優(yōu)QC成果一項。二、項目執(zhí)行情況通過項目的實施，掌握在超特高壓開關(guān)設(shè)備中關(guān)鍵焊接件的生產(chǎn)制造技術(shù)（1.支架焊裝類2.變徑鋁合金筒體）拓寬了加工和工藝思路，制作了一系列的工裝夾具，積累了寶貴經(jīng)驗，為我公司打造核心零部件制造企業(yè)及關(guān)鍵零部件國產(chǎn)化推進(jìn)做出了積極貢獻(xiàn)，為后續(xù)核心零部件的開發(fā)與應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。1、研究目標(biāo)結(jié)合我公司零部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計制造工裝；制造工藝的研究；材料的切削機(jī)理研究；刀桿、刀具研究；組合卡具技術(shù)；精密切削加工技術(shù)；材料研究；工藝優(yōu)化技術(shù)；焊接技術(shù)優(yōu)化。2、研究內(nèi)容三

3.1支架焊裝類零部件制作了一系列的工裝車具，解決了過去采用傳統(tǒng)裝卡方式造成的深孔加工時排屑不暢問題，支架焊裝導(dǎo)向桿中關(guān)鍵尺寸和粗糙度無法保證的難題，并且配合配重使零部件轉(zhuǎn)動時達(dá)到動平衡，減小振動提高轉(zhuǎn)速，從而提高支架焊裝轉(zhuǎn)動軸加工效率和加工精度。

3.1.1支架焊裝類零部件創(chuàng)新點(diǎn)：1）在超特高壓開關(guān)制造行業(yè)內(nèi)，首次將動平衡應(yīng)用到加工中，研制配重工裝并配合使用一夾一頂用開口夾套，使支架焊裝在加工轉(zhuǎn)動軸時，解決過程不平穩(wěn)、車削橢圓變型的難題，保證轉(zhuǎn)動軸尺寸，圓度和圓柱度要求。2）創(chuàng)新裝夾方式，研制裝卡胎具，使支架焊裝和定位胎具的螺紋相擰緊，胎具中間采用通孔，配合使用特殊制作的合金刀桿和經(jīng)刃磨的刀片，加工支架焊裝導(dǎo)向桿中關(guān)鍵尺寸，保證粗糙度要求。3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)方案二、項目執(zhí)行情況3.1.2附圖說明3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)方案圖1異形支架焊裝二、項目執(zhí)行情況2024/8/99其中，1、支架焊裝導(dǎo)向桿，2、支架焊裝連扳，3、支架焊裝轉(zhuǎn)動軸，4、支架焊裝軸套,5、配重螺桿，6、配重銅塊，7、配重壓蓋，8、壓緊螺母，9、定位胎具，10自制合金調(diào)質(zhì)刀桿，11、開口定位銅套，12、可拆卸刀片，13、緊定螺釘，14、支架焊裝圖2車具組成明細(xì)圖3為使用工裝加工深孔狀態(tài)圖4為工裝動平衡狀態(tài)下加工轉(zhuǎn)動軸3.1.3具體實施方式

1）車床卡盤卡右端Φ50外圓，如圖1。車左端Φ100外圓及M85×2螺紋，為加工支架焊裝導(dǎo)向桿1中的φ34±0.1×165深孔準(zhǔn)備定位螺紋。

2）裝卡定位胎具9，將支架焊裝14上的M85×2螺紋與定位胎具9上M85×2外螺紋擰緊。定位胎具9采用空心結(jié)構(gòu),中間為φ35通孔，如圖5。便于加工φ34±0.1×165深孔時排出金屬屑，轉(zhuǎn)速由原來的100轉(zhuǎn)/分鐘，提高至240轉(zhuǎn)/分鐘，提高了深孔加工表面粗糙度。圖5定位胎具9采用空心結(jié)構(gòu)3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)方案二、項目執(zhí)行情況

3）特制的硬質(zhì)合金刀桿直徑為φ30，剛度足夠避免了刀桿顫抖和變形,如圖6。采用特制合金刀桿10配合經(jīng)過特殊刃磨的YT15刀片12加工支架焊裝導(dǎo)向桿1中關(guān)鍵尺寸φ34±0.1mm，保證粗糙度Ra6.3。常規(guī)工具鋼等刀柄直徑只有φ20左右，剛度不足，在加工φ34深孔時容易出現(xiàn)顫抖和讓刀，導(dǎo)致φ34精孔加工后刀紋嚴(yán)重，左右φ34孔尺寸大小不一呈現(xiàn)錐形孔。圖6特制φ30直徑硬質(zhì)合金刀桿3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)方案二、項目執(zhí)行情況

4）支架焊裝導(dǎo)向桿1材質(zhì)為35CrMo棒材，材料硬且粘，常規(guī)工具鋼等切削過程中容易出現(xiàn)刀具刃口磨損，導(dǎo)致加工表面質(zhì)量下降。經(jīng)過特殊刃磨的YT15刀片采用可裝卸結(jié)構(gòu)，硬質(zhì)合金刀片YT15加工35CrMo合金鋼避免了刀具頻繁磨損，車刀副切削刃采取8~12°設(shè)計，如圖7。有效避免了副后刀面的磨損，可裝卸結(jié)構(gòu)可以快速更換刀片，有效減少停工等待時間，提高了加工效率。圖7經(jīng)過特殊刃磨的YT15刀片3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)方案二、項目執(zhí)行情況

5）安裝配重車具組件5、配重螺桿，6、配重銅塊，7、配重壓蓋，8、壓緊螺母后，如圖8。支架焊裝旋轉(zhuǎn)時達(dá)到了動平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)速由原來的160轉(zhuǎn)/分鐘，提高至710轉(zhuǎn)/分鐘，有效提高了切削速度和加工效率，避免了支架焊裝轉(zhuǎn)動軸3外圓加工后出現(xiàn)橢圓現(xiàn)象。同時提高了零件加工精度和操作安全性。圖8安裝配重車具組件使支架焊裝旋轉(zhuǎn)時達(dá)到動平衡狀態(tài)3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)方案二、項目執(zhí)行情況6）采用開口定位銅套11夾緊一側(cè)支架焊裝轉(zhuǎn)動軸3，另一側(cè)采用頂尖頂緊，配重車具組件安裝后支架焊裝14轉(zhuǎn)動達(dá)到動平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)動無明顯顫抖，加工支架焊裝轉(zhuǎn)動軸3時較原來兩頂裝卡方式采用撥叉驅(qū)動效率更高。如圖9圖9開口定位銅套一夾一頂裝卡方式3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)方案二、項目執(zhí)行情況

7）采用該車具加工前后的實物照片對比，如圖10。改進(jìn)前內(nèi)孔加工后經(jīng)過鉗修處理仍然十分粗糙，尺寸及粗糙度不能滿足圖紙和質(zhì)量要求；改進(jìn)后內(nèi)孔一次加工成型，無需鉗修即可滿足要求。圖10改進(jìn)前后深孔精加工后實物照片對比3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)方案二、項目執(zhí)行情況16

3.2變徑鋁合金筒體ZL101A鑄鋁硅合金變徑筒體與6063-T6鋁合金擠壓管鉚焊時，采用該大型變徑鋁合金筒體對中鉚焊工裝，改變了過去采用手工劃線鉚裝方式效率較低的問題，高精高效的保證兩端端法蘭焊接后平行度和鉆孔偏斜量。減小兩端端法蘭加工量，使該筒體的加工節(jié)約了劃線和落地鏜加工工序，提高了加工效率。3.2.1變徑鋁合金筒體創(chuàng)新點(diǎn)：在超特高壓開關(guān)制造行業(yè)內(nèi)首次采用激光定位的方法，保證制作的筒體焊接對中工裝平行度，使兩端法蘭和精密大型鋁合金筒體有了基準(zhǔn)保證。配合使用工裝中的微調(diào)裝置，T型槽滑塊，保證鉚裝后鑄造變徑筒體長度、兩端法蘭平行度及與大型鋁合金筒體同軸度的要求。3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)方案二、項目執(zhí)行情況

3.2.2附圖說明

圖11大型變徑鋁合金筒體3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)方案二、項目執(zhí)行情況1、操作機(jī)構(gòu)，2、激光校準(zhǔn)裝置，3、彎板裝配，4、T型螺母，5、托盤裝配，6、支架裝配，7、T型螺母，8、ZL101A鑄鋁硅合金變徑筒體，9、Φ600×8鋁合金擠壓管圖12鉚裝結(jié)構(gòu)圖（左右結(jié)構(gòu)對稱）3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)方案二、項目執(zhí)行情況3.2.3具體實施方式以ZL101A鑄鋁硅合金J/T6-I鑄鋁硅合金與Φ600×86063-T6擠壓鋁合金管材異種鋁合金焊接為例，所獲得的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖11所示，具體實施方式步驟如下：

1）先將兩組彎板裝配3固定在10米鉚裝平臺中心線T型槽內(nèi)，采用T型螺母4快速定位。兩組彎板裝配3端平面距離7520mm左右。

2）采用吊車將變徑筒體8配合定位銷固定在彎板裝配3上，如圖13。其中變徑筒體8的支筒體可以通過托盤裝配5固定在鉚裝平臺上進(jìn)行找平定位，或?qū)⒆儚酵搀w8的支筒體端面調(diào)整至與鉚裝平臺垂直位置，隨后采用L形彎尺靠垂直，間隙0.05mm以內(nèi)。隨后采用激光精確定位裝置，如圖14。兼顧調(diào)整兩組彎板裝配3使其兩定位平面平行。圖13采用吊車將變徑筒體8配合定位銷固定在彎板裝配3上圖14激光精確定位裝置3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)方案二、項目執(zhí)行情況3）將兩組支架裝配6采用T型螺母7固定在鉚裝平臺中心線T型槽內(nèi)，將鋁合金擠壓管9吊裝至兩組支架裝配6上，轉(zhuǎn)動支架裝配6手柄調(diào)整鋁合金擠壓管9的中心線高度，保證鋁合金擠壓管9與變徑筒體8環(huán)縫高度一致。如圖15。4）微調(diào)操作機(jī)構(gòu)1，調(diào)整鋁合金擠壓管9與變徑筒體8兩處環(huán)縫鉚裝間隙，盡量保證各處鉚裝間隙均勻一致，同時兼顧鉚裝的加工余量。如圖16。圖15調(diào)整鋁合金擠壓管9與變徑筒體8環(huán)縫坡口處高度一致圖16微調(diào)操作機(jī)構(gòu)保證鉚裝間隙及鉚裝余量3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)方案二、項目執(zhí)行情況圖18焊后實物圖片圖17鉚裝環(huán)焊縫5）對稱鉚裝鋁合金擠壓管9與變徑筒體8兩條環(huán)縫。圖176）拆除工裝，下轉(zhuǎn)變徑筒體焊裝至下工序焊接環(huán)縫。3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)方案二、項目執(zhí)行情況2024/8/9

三、項目研究成果申報專利四項，其中授權(quán)實用新型專利兩項，受理發(fā)明專利兩項，分別為：

1.國家實用新型專利：一種車削加工焊接支架的夾具（專利號：ZL201520562264.6）

2.國家實用新型專利：筒體焊接對中工裝（專利號：ZL201620120502.2）3.國家發(fā)明專利：一種車削加工焊接支架的夾具及焊接支架的加工方法【專利號：2015104576931（受理公告中）】4.國家發(fā)明專利：一種筒體焊接對中工裝【專利號：2016100857127（受理公告中）】發(fā)表論文一篇：（中國學(xué)術(shù)期刊、中國核心期刊（遴選）、中國科技期刊）——《企業(yè)技術(shù)開發(fā)》：一種異形支架焊裝車削的加工改進(jìn)2016.04（中旬刊）發(fā)表四、經(jīng)濟(jì)效益及推廣應(yīng)用

通過超特高壓開關(guān)設(shè)備中關(guān)鍵焊接件的開發(fā)與應(yīng)用后，800千伏支架焊裝類零部件2014年至2016年加工949件，800千伏變徑筒體焊裝2014年至2016年加工1027件。改進(jìn)后全部達(dá)到圖紙及技術(shù)要求，并大幅提高了實物質(zhì)量，合格率一致保持在99%以上，制造效率分別提升300%和600%。通過項目的實施共計節(jié)約總金額約282.79萬元。