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采用深孔加工改善加工質量

發布時間:2020-03-19 14:57瀏覽次數:

  采用向上拉拽式對用于離心澆注原油的管件進行深孔鉆加工作業是非比尋常的。為了達到加工后的離心澆注原油的管件的孔表面平滑且孔的壁厚均勻,深孔鉆床的鉆頭設置成向上拉拽式作業方式。

  使用深孔鉆床進行加工作業,遠遠不僅僅只限于鉆孔作業這么簡單。還會有這樣的加工作業任務,如采用鉆孔加工作業來改善粗加工后的孔的質量。這些管件的粗加工后的孔直徑不均勻,其表面生成很多氧化皮層。在這種情況下,如果要將這些管件用作液體介質的澆注管道則無法使用。

  這樣的管件在石油化工行業是用作原油的裂化裝置的。原油裂化技術原本是由俄羅斯研發出來的。該項技術集中了很多技術訣竅。俄羅斯圣彼得堡Promety 材料科學技術總研究所除了研發材料外,還研發相應的設備。

  為了研發用于原油裂化裝置的管件項目,該俄羅斯圣彼得堡Promety材料科學技術總研究所總共使用了7種內徑為80~150mm、最大長度為9000mm的不同的管件變形件進行研究試驗。這些管件將在異常高溫條件下使用。管件的材料是含有高成分鉻和鎳的防銹和耐高溫鋼。總之,對于俄羅斯的設備設計人員來說,沒有現成的普通標準材料可以使用。為此,他們決定自行研發一種特殊的合金材料,現在,這種特殊的合金材料已取得了專利權。

  此外,石油專家要求此類管件的直徑大小精準,并具有同一性。如果管件壁厚存在著偏差和變化,那么,在高應力分布不均的情況下就會導致管件破裂,特別是用作離心澆注原油的管件更是如此。

  發明深孔鉆技術

  原油在高壓管道內涌流,如果管件孔的表面質量不理想,就會影響原油涌流,從而導致很大的壓力損失,同時也會在孔的表面留下沉積物堆積。這時,俄羅斯圣彼得堡的專家們便采用了深孔鉆加工方法來加工這些管件,從而發明了深孔鉆技術。

  位于德國Schwaben地區Detingen/Erms的一個企業研發出了一種大型深孔鉆床,掌握了用于離心澆注原油的管件深孔鉆加工技術。

  對于上述管件的深孔鉆加工作業只能使用單管系統基礎的工具,加工作業時,單管系統工具和管件孔壁之間形成了環形槽,通過這些環形槽實現冷卻劑供給。鉆頭裝有硬金屬制成的轉盤,在滿鉆時由冷卻劑通過一個刨屑口將刨屑從鉆加工區沖進鉆孔管,最終到達刨屑輸送裝置。

  拉拽加工作業方式

  在正常情況下,鉆加工作業的鉆頭先通過加工的管件,隨后導向板變換線路進行切割,在管件孔內便生成一個直的孔。而用于離心澆注原油的管件深孔鉆加工卻要采用另一種作業方式,因為一般鉆孔加工作業方式,無法在用于離心澆注原油的管件內生成一個直孔,管件的孔不能達到100%的直。在這種情況下,所加工的管件的孔每1m長后便有一個大約1mm的彎曲。為了解決此問題,鉆加工工具必須能跟隨著管件的彎曲進行加工作業。選擇深孔鉆加工技術,鉆頭導向裝置采用可掉頭回轉加工原理, 即加工作業時,導向板運行在切割裝置之前,這樣便形成了一個拉拽加工作業方式,進而達到了管件孔的全長壁厚均勻的目的。

  在采用以單管系統工具為基礎的深孔鉆技術加工項目中,項目研發方與合作伙伴 BTA深孔鉆加工作業設備有限公司進行合作,目的是使管件孔的表面盡可能平滑。在此之前,人們一直采用粗加工鉆頭進行加工,用一刨屑鉆頭進行成品最后的調整加工。而BTA公司研發的深孔鉆加工作業裝置有一個帶有硬金屬板的導向系統,該系統液壓式支撐在管件的孔中,用以平衡孔壁的不規則性。

  深孔鉆加工管里有一個液壓軟管,這樣在使用拉拽式深孔鉆進行加工作業時,從加工的管件孔內導出刨屑也不存在問題。所以,這種深孔鉆加工作業,不需要設置原來必須設置的刨屑導出口這樣的結構。一個重要的細節是,設置轉盤很重要。這些轉盤的外形尺寸的設置標準是以刨屑深度5mm為基準的。BTA公司選用抗斷裂韌度強的不銹鋼作為制造轉盤的材料。

  采用BTA公司研制的深孔鉆加工裝置的專用工具加工作業流程如下:首先,鉆床操作人員將最長達9m的管件張緊在深孔鉆床上,接著,由鉆孔工具加工出整個管件的粗加工孔,并安裝上鉆頭。然后,進行拉拽式鉆孔,直至管件又重新回到起始位置。接著反方向進行沖擊式刨削,刨削前進行切割。刨削的深度僅為0.5mm。

  完成上述加工工序后,將鉆管連同刨削鉆頭從加工管件中拉出。之后,工具液壓式返回運行進行切割。鉆管支撐在導向板上,刨削鉆頭由人工合成材料制成。采取這樣的措施能夠防止在工具回拉時使管件孔壁受損。

  在正常情況下,耐高溫的高合金材料的切削難度會很大。為此,除了采取上述措施外,針對切削時有刨削飛出,還要為切割板設置一個刨削防護柵。此外,深孔鉆加工工具也必須設置兩個防護柵。

  確保長使用壽命

  長為9m的管件不是一個單件組成的產品。生產廠家還會提供一個長為3m的管口材料。用戶將該管口材料與用于離心澆注原油的管件焊接在一起。焊接工藝要求必須達到一個相應的精準度,以便在加工后能保證管件的孔壁平滑。此外,BTA深孔鉆加工作業設備有限公司也很好的解決了焊接處的淬火硬化處理問題。這不僅證明了深孔鉆床的結構方案合理,而且還確保了整個加工流程的可靠性。

  用于離心澆注原油的長達9m的管件還結合一個起爆層,這樣,如果管件材料具有不均勻性,則成了危及管件使用壽命的最危險殺手。但是,BTA公司研發的ML 500系列深孔鉆床計方案卻能成功的解決存在的材料不均勻的缺陷問題。采用該型深孔鉆床進行加工作業時,鉆頭的轉盤可在管件的整個長度范圍內起作用。為了能夠使鉆管連同支架短桿、導向滑塊和鉆床中心架駛入鉆孔,ML 500系列深孔鉆床總長度設置為25m,是加工管件長度的兩倍。

  ML 500系列深孔鉆床是一個穩定的可進行微調的深孔鉆床。該深孔鉆床的全套結構均有阻尼振動的功能。為了阻尼振動,該機床的底座還帶有兩個專門的有混凝土填充物的加固裝置。該型深孔鉆床的其他結構件也采用特別穩定的設計方案,如進給齒桿有斜銑齒,目的是使振動達到最小化。

  ML 500系列深孔鉆床除了穩定性好以外,其操作控制也實現了最佳化。因為管件的粗加工采用拉拽式作業方式,所以必須在鉆管駛入后再安裝粗加工鉆頭,由于采用特殊結構形式的滑塊齒桿,所以操作人員可從后面接近滑塊齒桿。這樣,即使是加工最大的管件工件,也可非常方便的將管件工件安裝在深孔鉆床上。

  完成管件的粗加工后,要進行管件孔的刨削,這道工序對深孔鉆床的使用壽命影響不大,此道工序最重要的是要確保管件孔壁的表面質量。使用ML 500系列深孔鉆床加工的管件孔壁的表面質量是顯而易見的,用戶希望管件孔壁表面的Ra值≤1μm,而使用ML500系列深孔鉆床加工的管件孔壁表面的Ra實際值恰恰保持在0.4~ 0.7μm的范圍內。

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