核电高中压外缸全尺寸检测方法.pdf

第5 9 卷第2 期Vol.59 No.2中国铸造装备与技术CHINAFOUNDRY MACHINERY&TECHNOLOGY2024年3 月Mar.2024核电高中压外缸全尺寸检测方法简辉东，李文定，李磊，罗旭，雍伟（共享铸钢有限公司，宁夏银川7 5 0 0 2 1）摘要：着重介绍核电高中压外缸全尺寸检测的过程，通过工业摄影测量系统、三坐标划线仪、测厚仪等测量设备，结合对应的软件系统，对核电高中压外缸进行全尺寸的检测，确保产品尺寸完全符合顾客图纸要求。相较于传统测量方法，对于重量大、尺寸测量数据多的产品，全尺寸测量不仅能够覆盖1 0 0%尺寸检验，并且检验效率和精度有了极大的提高。关键词：全尺寸检测；工业摄影测量系统；三坐标划线仪；检验效率；核电高中压外缸中图分类号：TG247D0I:10.3969/j.issn.1006-9658.2024.02.0191背景核能作为清洁能源，越来越受到世界各国重视，全球越来越多的国家正在利用核能发电。随着核电技术从第一代发展到现在的第四代，顾客对于核电产品的尺寸检测精度有了更高的要求。核电高中压外缸作为核电站重要的零部件之一，由于铸件尺寸大、形状结构复杂、尺寸检测要求高，全尺寸检测实现困难。传统的设备受限于尺寸大小和方法等原因没办法做到对铸件的全尺寸检测，导致铸件发生加工缺肉和干涉等问题，引起顾客的抱怨。本文介绍了一种铸件全尺寸检测方法，需要我们检验人员利用更加先进的工业摄影测量系统，结合三维模型、三坐标划线仪、测厚仪等设备对铸件进行全尺寸测量的一套标准化作业方法来做到1 0 0%全尺寸检测，以此满足顾客的尺寸精度要求叫。2全尺寸检测方法2.1尺寸检测首先，公司建模人员对顾客提供的高中压外收稿日期：2 0 2 3-0 9-2 5；修订日期：2 0 2 3-1 0-1 9作者简介：简辉东（1 9 8 8 一），男，助理工程师，主要从事大型铸钢件尺寸的检测工作。E-mail:文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-9 6 5 8(2 0 2 4)0 2-0 0 8 4-0 5-84缸图纸建立1:1 的三维模型，经过建模人员互检后放入指定的全尺寸虚拟铸造系统中，划线检验人员在系统中下载使用，如图1。其次，质量工程师根据顾客提供的核电高中压外缸检测规范要求，制定出相应的尺寸检测作业指导书，在作业指导书中规定：（1)顾客的毛面尺寸控制要求、壁厚等级控制要求、加工面的控制要求；（2)产品的起线要求及在三维划线仪平台摆放要求；(3)制作了高中压外缸的加工面与非加工面的颜色区分，以及重点部位的控制要求；（4)放上顾客精加工后的装配图片，如图2。最后，质量工程师召开核电高中压外缸启动沟通会，讲解图纸及规范要求,以及产品的重点检测部位，确保划线人员能够1 0 0%了解划线检测要求。布标志点：根据尺寸检测作业指导书以及摄影测量作业指导书中的要求，通过工业摄影测量设备中的标志点，对核电高中压外缸铸件进行1 0 0%的部位贴点，贴点间距根据铸件的实际形状进行布置，每一个标志点就是一个测量数据值。布标志点是铸件1 0 0%进行检验的最重要环节，布点密度决定了检测的准确度。布编码点：工业摄影测量设备中的编码点均匀分布在铸件上，对于外缸转内缸的转站点位置简辉东，等：核电高中压外缸全尺寸检测方法第2 期vCS版权所有共享智能铸造产业创新中心有限公司保留一切权利KOCEL共享产品名称核电高压外缸工顾客图纸号750D51208按ISO8062CT14执行铸造公差壁厚公差应符合图样规定，未做规定的应符合ISO8062中CT15级的规定，且上偏差为公差的0.6 倍，下偏差为公差值的0.4值X1705全流程虚拟铸造系统Virtual Casting SystemForWholeProcess首页数模管理数模文件查看产品划线数模文件序号1划线文件2划线文件3划线文件4划线文件5划线文件划线检测名称文件GE he dian-gu ke shang ban-han jianigsGE he dian-guke shang banigsGE-he dian shang ban-jia gong-wu chengGE he dian shang ban-han jian-dui han ceGEhedian shang ban-pokou-dui han ce返回图1调用三维模型KSF铸件划线方案及尺寸控制标准GEhedian-ra ke,shang数模名称Ge hedian-gu ke min ban-ban-han jian igahan jian igs加工面留量X1操作下我查香下载壹春编号KKSF-G07QM02001版本号：Rev.0068800Kg重量72502Kg加工到图纸尺寸020001.2200040002400080002起线基准起线要求：Z向法兰高度找平，兼顾内外壁厚起线；X向管口分中心，兼顾壁厚龙门档起线；Y向轮廓分中心，兼顾壁厚、管口起线VUESUIVANTMVIEWFROMMSCALE 110尺寸检测控制要点上车品净3 5 0 只寸核限正公批控0-8，精加工划室Smm下半3 5 5 R可含上5 49 mmM2mY图2 尺寸检测作业指导书应该多布编码点，以便于铸件的转站摄影测量。摄影测量：通过起重机将铸件起吊至地面1.5m以上，拍照人员拿照相机对高中压外缸铸件进行内缸尺寸的空中拍摄，然后缓缓降至距离地面1 m左右，对铸件的内缸与外缸转站部位进行一圈的拍摄。转站这一步至关重要，它是决定高中压外缸内外腔尺寸串联的重要环节，如果转站不成功,意味着拍摄不成功，需要重新拍摄。最后将铸件降至距离地面0.2 m左右，拍摄人员站到特定的高空拍照位置，通过人工推动旋转挂在起重机上的铸件，供拍摄人员对外缸尺寸拍摄。铸件旋转不能过快，应保持缓慢匀速即可。最后将高精度的基准尺放到高中压外缸长的轮廓位置处，最少拍摄两组，多角度的进行拍摄，高精度基准尺的拍摄85第5 9 卷精度决定了铸件的尺寸精度数据处理：将照相机中的照片导人工业摄影测量系统中的计算软件，编辑好特定的参数后，对拍摄照片进行计算，得到一个内外腔所有标志点的全局三维点云数据，如图3。然后将全局三维点云数据通过TXT格式导出，将导出的数据打开，删除掉多余的编码数据，只留下XYZ三坐标的数据即可。图3 三维点云数据图数据拟合：首先在全流程虚拟设计系统中，根据铸件相对应的铸件号，下载对应名称的核电高中压外缸的三维数模，然后打开Polyworks软件，在软件中导人核电高中压外缸数模，然后导入处理好的三坐标数据，通过Polywors软件中的最佳拟合，将铸件进行一个1 0 0%重合对比。然后划线人员根据尺寸检测作业指导书中的起线要求，对铸件进行手动的拟合操作，结合铸件的实际情况，在满足顾客要求的前提下，优先减少焊补和气刨尺寸以达到最佳拟合状态，待质量工程师现场评审后，确定最佳结果。此步骤可以为前序工艺改进提供参考依据，也可为后续承修提供准确数据。划基准：核电高中压外缸在上述数据处理后得到最佳拟合结果，将铸件的基准面数据标识在铸件上，将铸件放置在三维划线仪平台上,用三坐标划线仪将基准面找平找正，然后用三坐标划线仪的测量软件测量基准面上的点数据（每个面要求至少1 0 个点）,确认是否与铸件标识的一致，如果一致,则基准线正确，可以继续划线,如果不一致，那么要修改相应方向的基准线来确保软件测中国铸造装备与技术量的数据与三维划线仪数据一致。根据加工要求划出加工基准线(确保加工基准和图纸基准一致）以及后序承修的返修线（脐子中心线、法兰高度线等）。然后根据软件测量结果，盲区部位用三维划线仪、卷尺、线坠等工具测量后提供数据，做到100%全尺寸检测。出具数据报告：通过上述步骤得到一个1 0 0%全尺寸测量的数据，划线人员根据尺寸检测作业指导书中的尺寸控制要求，对超出顾客要求的尺寸出具尺寸检测记录报告（报告中的多肉及缺肉部位进行评审），上传至内部不合格品控制系统中，待质量工程师审核后下发至后序返修流程。数据标识：划线人员对尺寸检测记录报告中有问题的部位，在铸件相应的标志点上标识数字，多肉用蓝色蜡笔，缺肉用黄色蜡笔，两者通过颜色区分。标识务必要做到件票一致，数字要清晰、工整，方便后序现场处理。2.2壁厚检测首先根据核电高中压外缸图纸，确定需要测量壁厚的位置，在铸件上测量壁厚位置按照1 5 0mm150mm划出需要测量壁厚的网格。然后用超声波测厚仪在标准的量块上测量校准，在铸件网格内逐个测量壁厚数值,写入相对应的网格内。测量完成后，拍照存档。对于超声波壁厚对照图纸尺寸有问题的部位则需要添加到尺寸检测记录表中，一并纳入后序返修尺寸中,如图4。图4壁厚测量2.3焊件尺寸检测核电高中压外缸焊件包括管口焊件和内腔支-86-简辉东，等：核电高中压外缸全尺寸检测方法撑焊件。核电高中压外缸的管口焊件对接不同于常规汽轮机缸体焊件对接：常规汽轮机缸体对接对产品材质要求不高，对接时可以焊接辅助支撑；而核电高中压外缸对对接材质有特殊要求，对接时不能焊接其他的辅助支撑，只能硬接触对接，而且焊件尺寸较大，大大增加了对接难度。核电高中压外缸管口焊接对接时，需要在三维平台上对接，用三维划线仪将铸件进行找平找正，首先用三维划线仪测量软件对铸件对接部位的本体尺寸进行检验，确保铸件本体尺寸合格，如果不合格则在三维平台返修，直至测量返修合格为止；其次是测量焊件的尺寸，对照焊件图纸对焊件进行手工检验，确认焊件是否合格，两者合格后，用三维划线仪进行测量对接，确保焊件尺寸符合图纸要求，对接时要考虑焊缝收缩，一般会预留35mm收缩量，并在焊件及本体间做好收缩尺寸间距，确保焊件尺寸一次对接后，完全符合顾客图纸要求。核电内腔支撑焊件对接时，目前有两种方法，第一种方法是：铸件上三维平台后，根据顾客图纸定位出基准柱的中心，然后用划规划出焊件直径轮廓，打上样冲眼，然后后序对接人员利用起重机将焊件放到有样冲眼轮廓的部位，用直角尺将焊件对接完成；第二种方法是在Poiyworks软件拟合好的铸件上，用Poiyworks软件中“点”到圆心的距离测量方法，在铸件的基准柱上找三个标志点，分别在软件中找到三个标志点距离基准柱圆心的理论距离，然后在铸件上用划规分别划出这三个距第2 期离，3 个距离的交点就是此基准柱的圆心，找到圆心后，用划规划出焊件直径轮廓，打上样冲眼，后序对接人员利用起重机将焊件放到有样冲眼轮廓的部位，用直角尺将焊件对接完成。2.4负荷分配试验负荷分配试验是核电外缸类产品必检项目，核电高中压外缸因铸造自身壁厚分布不均匀,加工制造偏差均有可能造成不平衡，在运行过程中，因不平衡、不对称影响机组安全运行，危害非常大。此试验的目的是识别工件自身的扭曲，修正加工的支撑高位置，从而减小几何偏差。划线人员根据质量工程师编制的核电高中压外缸负荷分配作业指导书要求做试验。工装准备：负荷分配试验对支垫工装平面度要求非常高，4个机加等高工装的平面度偏差0.2mm,在三维划线平台上做负荷分配试验时,由于划线平台精度达不到要求，需要通过摄影测量的方法，结合垫片多次微调才能使等高工装在三维划线平台的平面度达到0.2 mm的试验要求,如图5。图5 等高工装要求定位百分表及液压千斤顶位置，如图6 所示。平衡过程：操作人员4人配合，打压千斤顶和读百分表以及计数人员密切协作，严格按照作业指导书规定步骤进行，确保试验过程步骤正确，平铸件0.2 mm打磨面或加工面百分表加工结合面千正顶液压千斤顶图6 定位千分表和液压千斤顶位置-87-支垫+垫片第5 9 卷衡结果满足顾客要求。试验结果：平衡试验结果满足顾客要求后，需要在高中压外缸铸件上指定位置处划出等高距离线，并测量4处压表位置高度值，最后按照负荷分配试验后的结果进行1 0 0%全尺寸的摄影测量，得出的1 0 0%全尺寸数据提交顾客。3总结核电高中压外缸通过上述全尺寸检测方法，能够完全满足顾客的各项尺寸技术要求，为顾客提供高质量的核电产品零部件。本方法对大型铸中国铸造装备与技术钢件的全尺寸检测过程和控制要点提供作业指导，提高了核电类外缸产品的尺寸检测效率及检测精度。参考文献：1】张祖勋.工业摄影测量技术发展与应用 测绘学报，2 0 2 2,5 1(06):843-853.2沙学录.大型铸件尺寸数字化检测方法的研究与应用 .铸造设备与工艺,2 0 2 0(0 3):2 6-2 7.3孙智勇.汽轮机不对称汽缸的重力分析 机械工程师,2 0 1 5(03):227-228.Full-size measurement method for HIP outer casings of nuclear powerJIAN Huidong,LI Wengding,LI Lei,LUO Xu,YONG Wei(Kocel Steel Foundry Co.,Ltd.,Yinchuan 750021,Ningxia China)Abstract:Focusing on the process of full-size measurement of the HIP outer casing castings of the nu-clear power plant,through industrial photogrammetry systems,three-coordinate scribers,thickness gaugesand other measuring equipment,combined with the corresponding software system,the full-scale detec-tion of nuclear power high and medium pressure outer cylinders is carried out to ensure that the prod-uct size fully meets the requirements of customer drawings.Compared with traditional measurementmethods,for products with large weight and large size measurement data,full-scale measurement can notonly cover 100%dimensional inspection,but also greatly improve inspection efficiency and accuracy.Key words:Full-size measurement;Industrial photogrammetry system;Three-coordinate scriber;Inspec-tion efficiency;Nuclear power medium and high pressure outer cylinder可以跳望舞台就可以登上舞台科技：服务人类命运共同体建设。中国科学技术协会China Asociation for Sclenceand Technology致敬创新的登攀者中国科学技术协会第十次全国代表大会88