珠海市世茂發(fā)展有限公司 （廣東 519070） 朱 兵

1. 概述

當(dāng)前，世界上的主要能源是煤、石油、天然氣等化石燃料，然而這些化石燃料是不可再生的能源。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，人類亟需新的替代能源，目前只有核能可以達(dá)到工業(yè)應(yīng)用，大規(guī)模地替代化石燃料。

在國(guó)家的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃中，大力發(fā)展新能源成了重中之重，而核電在整個(gè)新能源中以占據(jù)了非常大的比重。前期的核電設(shè)備大多以原裝進(jìn)口為主，很大程度上限制了核電站的裝機(jī)容量，國(guó)家也為此付出了昂貴的代價(jià)。隨著我國(guó)核電產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，近年來部分核電設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，而相關(guān)制造企業(yè)為核電設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化也做出了很大的貢獻(xiàn)。

在核電設(shè)備制造中應(yīng)用到許多設(shè)備，如焊接設(shè)備、機(jī)加設(shè)備、打磨設(shè)備及檢測(cè)設(shè)備等。在眾多設(shè)備中，打磨設(shè)備雖然不是最重要的，但卻在解決技術(shù)難題、提高生產(chǎn)效率、改善工人勞動(dòng)環(huán)境上起著很大的作用。

在傳統(tǒng)工藝中，核電設(shè)備及容器產(chǎn)品中筒體窄間隙焊縫的清根和打磨大多使用大型機(jī)床來進(jìn)行，表面的打磨拋光則一般都是人工進(jìn)行。大型機(jī)床成本昂貴，操作繁雜。此外，人工打磨效率低，質(zhì)量無法保證，操作環(huán)境也十分惡劣。這些因素都大大地制約了產(chǎn)品制作的質(zhì)量和交貨期。而自動(dòng)磨銼機(jī)的操作簡(jiǎn)單便利，高效高質(zhì)量，在解決技術(shù)難題、改善工人勞動(dòng)環(huán)境等方面起著重要作用。高效率、高質(zhì)量磨銼設(shè)備的成功應(yīng)用，給國(guó)內(nèi)核電設(shè)備的制造帶來了革命性的技術(shù)進(jìn)步。

2. 自動(dòng)磨銼機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)

自動(dòng)磨銼機(jī)作為焊接輔助設(shè)備，主要用于筒體內(nèi)外窄間隙焊縫的加工、筒體內(nèi)外縱縫及外環(huán)縫清根以及內(nèi)外表面打磨拋光，球形封頭或橢圓形封頭內(nèi)外表面的打磨，馬鞍形焊縫的打磨，以及鋼板平面狀態(tài)時(shí)雙V形坡口的制備等。筒體的直徑為500～6000mm，封頭的直徑為600～6000mm。也可以根據(jù)特殊要求進(jìn)行專機(jī)設(shè)計(jì)，滿足使用者不同尺寸的要求。

DEUMA公司的自動(dòng)磨銼機(jī)主要由電控系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)立柱、懸臂橫梁、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)構(gòu)、底座支架、除塵系統(tǒng)以及為完成磨銼工作需要而配置的專業(yè)磨頭等輔助裝置構(gòu)成。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

自動(dòng)磨銼機(jī)的關(guān)鍵部件是磨頭，DEUMA公司采用了瑞士BURCH公司的磨頭。瑞士BURCH公司長(zhǎng)期致力于磨頭在核電設(shè)備應(yīng)用中的研究，BURCH磨頭在長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)使用中得到了驗(yàn)證，是可靠、穩(wěn)定、高效、安全的設(shè)備，在行業(yè)中具有代表性和先進(jìn)性。

BURCH公司的多功能磨頭WLS18.5是BURCH公司開發(fā)的一款具有廣泛適用性的典型產(chǎn)品，它既能安裝砂輪也能安裝砂帶，并且能實(shí)現(xiàn)磨頭的X、Y、Z三軸轉(zhuǎn)動(dòng)，較大地滿足了使用者的一般性生產(chǎn)需求。

圖1 DEUMA公司自動(dòng)磨銼機(jī)

WLS18.5多功能磨頭及參數(shù)如圖2、表1所示。

圖2 WLS18.5多功能磨頭

WLS18.5多功能磨頭上安裝有多個(gè)安全開關(guān)和傳感器，當(dāng)任何一個(gè)開關(guān)和傳感器不工作時(shí)機(jī)器都無法開始工作。液晶操作屏上顯示有報(bào)警信號(hào)（如砂輪砂帶沒有裝好、砂帶沒有漲緊、防護(hù)蓋沒有蓋好等），確保設(shè)備及操作者的安全。

在打磨過程中，根據(jù)使用者的要求來調(diào)節(jié)磨銼壓力，磨銼壓力越大磨削量就越大，反之則越小。磨銼壓力的設(shè)置可以直接在操作屏上輸入，也可以在遙控盒上按旋鈕加減設(shè)置。設(shè)備接到指令后從PLC直接將命令傳輸?shù)侥ヮ^上的氣壓控制盒來調(diào)整壓力大小，當(dāng)壓力平衡后磨頭上的鎖緊裝置馬上將浮動(dòng)塊鎖死，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正常工作，打磨開始。以上的一連串動(dòng)作基本是同時(shí)完成的，使用過程中進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)也不會(huì)出現(xiàn)停頓，即使是在打磨過程中進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)也是毫無問題。

自動(dòng)磨銼機(jī)配備有大功率的除塵裝置，自動(dòng)將打磨出來的粉塵和鐵屑通過耐高溫的管道集中到尾部的除塵裝置中，這樣避免了在打磨過程中粉塵和鐵屑四處飛揚(yáng)，工作環(huán)境得到了很大的改善。

3. 電氣控制技術(shù)

DEUMA公司自動(dòng)磨銼機(jī)的電氣控制系統(tǒng)采用西門子PLC控制技術(shù)。觸摸屏組態(tài)技術(shù)、工控領(lǐng)域較為成熟的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，再加上高性能的西門子伺服系統(tǒng)組成了高精度的定位控制系統(tǒng)。由于采用了PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，故系統(tǒng)升級(jí)及可擴(kuò)展性極強(qiáng)，能高速傳輸循環(huán)或非循環(huán)數(shù)據(jù)的交換任務(wù)。不僅系統(tǒng)整體響應(yīng)速度快，自動(dòng)化程度高，而且具有網(wǎng)絡(luò)診斷功能。

表1 WLS18.5多功能磨頭參數(shù)

PLC采用了高端主流的西門子大中型PLC系統(tǒng)S7-300。由模塊式結(jié)構(gòu)的CPU模塊、信號(hào)模塊和功能模塊等組成控制系統(tǒng)，維修和擴(kuò)展方便。CPU指令功能強(qiáng)大，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大，可智能化地診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件，集成了各種中斷處理能力，如時(shí)間中斷、報(bào)警中斷、循環(huán)中斷等。

控制系統(tǒng)由電控柜、主控制臺(tái)以及遙控盒等組成。主控制臺(tái)上裝有西門子計(jì)算機(jī)觸摸屏控制系統(tǒng)，還可以加裝工業(yè)控制計(jì)算機(jī)以對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行擴(kuò)充。

控制系統(tǒng)軟件采用Windows操作界面，控制界面有中文、德文、英文三種文字，便于使用者進(jìn)行操作。各種參數(shù)均以數(shù)字、圖表等形式顯示，并且可隨時(shí)進(jìn)行修改設(shè)置。

控制系統(tǒng)留有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口和其他控制接口，可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程磨銼過程監(jiān)視和系統(tǒng)自動(dòng)故障診斷，可以控制DEUMA公司其他設(shè)備，如變位機(jī)、滾輪架等協(xié)同工作，也能夠通過本系統(tǒng)配備的遙控操作盒實(shí)現(xiàn)控制功能。

4. 打磨技術(shù)應(yīng)用

在生產(chǎn)應(yīng)用中，砂帶打磨一般是用于零件表面的打磨拋光，而砂輪打磨主要是用于坡口的打磨清根。表面的打磨一般都要求能達(dá)到一定的表面粗糙度等級(jí)，同一種材料要打磨出不同等級(jí)的表面粗糙度將取決于砂帶的選用。砂帶的選用可以參考圖3所示的BURCH公司提供的數(shù)據(jù)。

圖3 砂帶打磨的表面粗糙度

在不同的材料上，推薦砂帶的速度如表2所示。

表2 推薦砂帶的速度 （單位：SFPM）

在實(shí)際的工件打磨操作中，操作者根據(jù)不同工件來設(shè)置不同的磨銼壓力，這需要操作者在實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)。DEUMA公司自動(dòng)磨銼機(jī)操作屏上有一個(gè)電流表，顯示的電流值為磨頭上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流值，一般情況下使用砂帶打磨時(shí)的電流≤20A，使用砂輪打磨時(shí)電流≤40A，可以瞬間超載，但如果長(zhǎng)時(shí)間超電流使用，設(shè)備將自行斷電保護(hù)，磨頭停止工作。長(zhǎng)時(shí)間的超電流容易導(dǎo)致砂帶斷裂、砂輪爆裂等安全隱患，因此建議使用者不應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間超電流使用。

在平板上打磨，可在操作屏的打磨界面上設(shè)置打磨初始點(diǎn)和終點(diǎn)，啟動(dòng)自動(dòng)打磨按鍵后設(shè)備可以自動(dòng)地在設(shè)定區(qū)域進(jìn)行反復(fù)打磨。

筒體內(nèi)外表面的打磨也可以設(shè)置打磨初始點(diǎn)和終點(diǎn)，工件需放置在滾輪架上進(jìn)行自動(dòng)打磨。

球形和橢圓形封頭內(nèi)外表面的打磨，工件需放置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，其轉(zhuǎn)速要求在0.3～3r/min以上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打磨（注：封頭打磨最好使用專用的砂帶磨頭BOK-II）。在打磨前，當(dāng)設(shè)置好內(nèi)外表面的起始點(diǎn)和終點(diǎn)后，系統(tǒng)自動(dòng)記錄和保存磨頭相關(guān)的位移數(shù)據(jù)，根據(jù)此數(shù)據(jù)調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先編制好的程序進(jìn)行計(jì)算，并得出封頭內(nèi)外表面的弧線，最終設(shè)備將依據(jù)此弧線進(jìn)行自動(dòng)打磨。

具體操作如圖4、圖5所示。

圖4 環(huán)縫——直縫磨銼

圖5 球頭磨銼

自動(dòng)磨銼機(jī)在我們國(guó)內(nèi)通過DEUMA公司的推廣已經(jīng)得到了較好的應(yīng)用，其中在東方電氣、上海電氣、哈爾濱電氣等核電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)中應(yīng)用良好。

目前，自動(dòng)磨銼機(jī)在核電設(shè)備制造中應(yīng)用最廣的主要是蒸汽發(fā)生器和汽水分離再熱器，因?yàn)檫@兩種產(chǎn)品都有很長(zhǎng)的筒身，需要幾節(jié)筒體對(duì)接在一起，筒體對(duì)接現(xiàn)在都是使用窄間隙焊接工藝，而此焊接工藝應(yīng)用的前提是必須在對(duì)接筒體內(nèi)壁先進(jìn)行打底焊接，再反面進(jìn)行清根處理后才能進(jìn)行。在沒有使用自動(dòng)磨銼機(jī)之前，需要人工進(jìn)行打磨處理，而窄間隙的焊縫很深，有些達(dá)到250mm以上，所以對(duì)人工操作來說是一項(xiàng)困難、繁重、危險(xiǎn)的工作，稍微有操作上的不慎就會(huì)導(dǎo)致砂輪破裂，從而威脅到操作人員的人身安全。此外，人工操作工作效率非常低下，如一個(gè)f5m筒體上的一條窄間隙焊縫需要2個(gè)操作工（每人每天工作8h）2天左右的時(shí)間才能完成。而使用了自動(dòng)磨銼機(jī)后，以上的問題都能得到很大的改善，設(shè)備通過自動(dòng)控制，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)打磨清根。操作者可以在離打磨清根區(qū)域15m遠(yuǎn)的地方進(jìn)行操作設(shè)備，并大大提高了生產(chǎn)效率，1人操作設(shè)備8h內(nèi)可以完成一條f5m窄間隙焊縫的打磨清根。

5. 結(jié)語

自動(dòng)磨銼機(jī)很早就已經(jīng)在歐洲、美國(guó)等多家核電設(shè)備公司廣泛應(yīng)用。實(shí)踐證明，自動(dòng)磨銼機(jī)技術(shù)操作簡(jiǎn)單便利，高效高質(zhì)量，可有效解決技術(shù)難題、改善工人勞動(dòng)環(huán)境。自動(dòng)磨銼機(jī)技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用，不僅給國(guó)內(nèi)的核電設(shè)備制造業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來了工藝性的革命，而且促進(jìn)了國(guó)內(nèi)的相關(guān)磨銼技術(shù)的快速發(fā)展。