CN110871300B - 大直径薄壁套筒的密集开孔方法及圆形防变形支撑 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大直径薄壁套筒密集开孔方法，该方法包括以下步骤：步骤1，套筒下料时预留余量；步骤2，在筒身上划参考线和开孔线；步骤3，沿套筒轴线方向开孔，和/或沿套筒圆周方向开孔；步骤4，按照参考线和开孔线，加工开孔直径。根据套筒开孔变形趋势，设计防变形支承结构、防变形支承装配位置和防变形支承安装方法，能有效控制大直径薄壁套筒密集开孔后的变形，保证开孔直径和套筒圆度公差，实现套筒开孔时的变形控制。

Description

大直径薄壁套筒的密集开孔方法及圆形防变形支撑

技术领域

本发明涉及一种大型石油、化工、核电等领域，大直径薄壁套筒的密集开孔方法，特别是管壳式换热器大直径薄壁套筒的密集开孔方法。

背景技术

核电蒸汽发生器承压壳体内部设置有大直径薄壁套筒，套筒上开有筛孔状密集孔，用于焊接支承销钉调节与承压壳体的同轴。套筒内部还要安装多件筛孔状支承板，用于支承固定传热管。

核电蒸汽发生器结构尺寸较大，套筒的直径也很大，直径通常大于3m。因为套筒只是分隔换热器的内部流体，属于结构件，无特殊的强度要求，因此套筒壁厚较薄，通常小于等于10mm，套筒的圆度不大于10mm。

核电蒸汽发生器的薄壁套筒上开有密集的圆孔，孔数不少于120个，孔径约Φ270mm，孔径偏差±1mm，位置度偏差±3mm，用于装配支承销钉，将套筒与承压壳体顶紧和固定。又因为套筒内部需要安装多件传热管支承板，为了保证支承板安装固定的牢靠，支承板外径与套筒内径配合间隙很小，仅有10mm左右。

上述要求，使得套筒的圆度、开孔直径必须严格控制，进而保证套筒安装精度、保证传热管束安装精度。设计一种能有效控制套筒开孔直径和套筒圆度的大直径薄壁套筒的密集开孔方法十分必要。

发明内容

为了满足上述要求，本发明人进行了锐意研究，设计出一种大直径薄壁套筒的密集开孔方法，特别是管壳换热器大直径薄壁套筒的密集开孔方法，该方法主要包括预留孔开孔直径余量，沿套筒轴线、圆周方向开孔，间隔开孔和冷加工方法。同时，根据套筒开孔变形趋势，设计圆形防变形支承，实现套筒开孔时的变形控制，其从而完成了本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：

本发明第一方面，提供一种大直径薄壁套筒的密集开孔方法，该方法主要包括以下步骤：

步骤1，套筒下料时预留长度余量；

步骤2在筒身上划参考线和开孔线；

步骤3，沿套筒轴线方向开孔，和/或沿套筒圆周方向开孔；

步骤4，按照参考线和开孔线，加工开孔直径。

其中，步骤1中，依据套筒的直径和壁厚，开孔的直径和数量预留套筒板材长度余量。

其中，步骤2中，参考线比开孔直径大1～20mm，开孔线直径和开孔直径一样。

其中，步骤3中，沿套筒轴线方向，由中间向两端进行开孔；

和/或沿套筒圆周方向，以180°对称的方式开孔；

其中，所述开孔方式为气割，优选为数控气割。

其中，步骤4中，所述加工优选为冷加工方法。

本发明第二方面，还提供了一种大直径薄壁套筒密集开孔防变形的圆形防变形支承，将圆形防变形支承放入套筒内可以起到支撑的作用，防止在开孔的过程中筒体的圆度发生形变。

其中，所述的圆形防变形支承应用在如上述的大直径薄壁套筒密集开孔方法之中，该圆形防变形支承包括左圆形防变形支承半环2、右圆形防变形支承半环3和挡板5。

其中，所述左圆形防变形支承半环2和右圆形防变形支承半环3的一端为活动连接，所述活动连接优选为通过销轴4进行铰链连接。

其中，所述挡板5设置在左圆形防变形支承半环2和右圆形防变形支承半环3的另一端靠近两个半环的开口处，优选为对称设置。

其中，所述圆形防变形支承在上述的大直径薄壁套筒密集开孔方法之中的使用方法包括以下步骤：

步骤a，依据套筒的直径和壁厚，选择圆形防变形支承；

步骤b，套筒直立放置，将圆形防变形支承装入套筒内部；

步骤c，将两个半环撑开、顶紧；

步骤d，将两个半环开口位置固定；

步骤e，按照本发明第一方面所述的大直径薄壁套筒密集开孔方法进行开孔。

其中，步骤a中，圆形防变形支承的外径选择为套筒的实际内径；

依据套筒的直径和壁厚，圆形防变形支承的厚度选择为5～40mm；

依据开孔的间隔和数量，圆形防变形支承的宽度选择为150～200mm；

其中，步骤d中，所述固定为焊接连接；在两个半环开口中间加入焊料，将两个半环开口位置焊接固定，焊料优选为拉筋板。

本发明所提供的一种大直径薄壁套筒的密集开孔方法以及在该方法之中使用的圆形防变形支承装置，能够严格控制开孔直径，确保套筒的圆度，对于保证套筒安装精度具有重要的意义。

本发明所具有的有益效果包括：

1)本发明的大直径薄壁套筒的密集开孔方法，操作简单、实用性强，通过控制开孔的顺序和方向，能够消除钻孔过程中圆孔受到的径向削切力，保证了套筒筒身的圆度；

2)本发明的大直径薄壁套筒的密集开孔方法先进行数控气割，后进行冷加工，提高了开孔的速度和精度；

3)采用本发明的大直径薄壁套筒的密集开孔方法进行开孔时，通过调整圆形防变形支承装置，可适用于不同尺寸的大直径薄壁套筒的密集开孔；

4)本发明的大直径薄壁套筒的密集开孔方法尤其适用于管壳式换热器大直径薄壁套筒的密集开孔，能保证换热器套筒与承压壳体的安装精度。

附图说明

图1示出大直径薄壁套筒密集开孔状态；

图2示出大直径薄壁套筒与换热器承压壳体的装配状态；

图3示出圆形防变形支承结构；

图4示出圆形防变形支承结构在套筒内的装配状态。

附图标号说明

1-大直径薄壁套筒的开孔；

2-左圆形防变形支承半环；

3-右圆形防变形支承半环；

4-销轴；

5-挡板；

6-千斤顶；

7-拉筋板。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

大型石油、化工、核电用管壳式换热器，承压壳体内部往往设置有大直径薄壁套筒，如图1和图2所示。通常这类薄壁套筒的直径一般大于3m，壁厚小于等于10mm，其长径比大、壁厚小和结构刚性弱。

这类薄壁套筒上往往开有密集的孔，可用于装配支承销钉，将套筒与承压壳体顶紧和固定。通常圆周方向开孔数量不少于14个，轴线方向每米不少于1个，相邻孔的最小孔桥不大于500mm。为了保证支承板安装固定的牢靠，对套筒本身的同轴度和直线度以及套筒上开孔的尺寸精度等形位公差要求较高，必须严格控制套筒的开孔尺寸和筒体圆度。

但是，对这类薄壁套筒进行加工时，筒体容易弯曲，加工精度难以控制，常规的加工方法难以满足生产对产品精度的需求。

为此，根据本发明，一方面提供了一种大直径薄壁套筒的密集开孔方法，该方法主要包括以下步骤：

步骤1，套筒下料时预留余量；

在一个优选的实施方式中，根据需要，设计套筒的尺寸，并按照设计的尺寸下料，也即裁剪板材。

根据本发明，需要制作的是带有开孔的套筒，因此裁剪的板材可以是有孔板材，也可以是无孔板材。

在一个优选的实施方式中，先将板材加工出开孔，再将裁剪好的带孔的板材卷制成筒。

板材在卷制之前开孔与卷制后开孔相比，卷制之前在板材上开孔，是在平面上进行加工，开孔操作方便，容易控制开孔尺寸。

但是，由于板材是薄壁材料，板材的刚性差，在平面上开好的孔，在卷制成筒的过程中，当孔所在的平面转变为曲面时，所开的孔会发生形变，而且这种形变难以控制和消除，制备出的带孔套筒不能够满足后期安装对开孔精度的要求。

在一个优选的实施方式中，先将板材卷制成筒，再在卷制成筒的板材上进行开孔加工。

先卷制板材，再在卷制成筒的板材上开孔，最大的优势在于可以控制开孔的精度。先卷制板材，再在卷制成筒的板材上开孔，虽然增加了后期开孔的操作难度，但是能够解决所开的孔在卷制过程中的形变，能够有效地控制开孔的尺寸和形状。

在一个优选的实施方式中，在下料时，裁剪板材的尺寸比设计尺寸大，预留余量。

根据本发明，需要制作的是大直径薄壁套筒，套筒的长径比比较大，裁剪板材的尺寸最主要的就是套筒的长度和筒身圆的周长。

套筒的结构可以分为三部分，两端和筒身。所述筒身指的是套筒两端中间需要开孔的部分。本发明所述开孔指的是在套筒筒身上进行的开孔。

套筒两端不需要进行开孔加工，因此在裁剪时，可以按照设计的尺寸准确裁剪。

下料时预留余量指的是筒身的尺寸余量。就筒身而言，展开是长方形，长方形的长对应套筒筒身的高度，长方形的宽对应的是套筒筒身圆的周长。

在套筒筒身进行开孔加工，由于板材壁薄刚性弱，在开孔时，板材因受到径向切削力而产生沿圆周方向的收缩，使板材的尺寸变小。因此，在下料时，需要预先留出余量用以弥补这部分形变产生的尺寸差。

在一个优选的实施方式中，步骤1中，依据套筒的直径和壁厚，开孔直径和数量预留套筒板材长度余量。

根据本发明，套筒在筒身开孔时产生形变主要是由于套筒的刚性弱。将板材卷制成筒，套筒的直径和壁厚决定着开孔时套筒的形变大小。

套筒的直径越大，壁厚越小，套筒的刚性就越弱，在筒身开孔时产生的形变就越大，在下料时需要预留的余量就越多。

此外，套筒筒身的收缩还源于开孔时受到的径向削切力，由此可知，套筒下料时预留的余量与套筒筒身开孔的数量和开孔直径密切相关。

在套筒上开孔直径越大，数量越多，预留的板材长度余量就越长。反之，在套筒上开孔直径越小，数量越少，预留的板材长度余量就越短。

由于开孔时筒体圆周方向会收缩，需在筒体圆周方向留足够余量，以保证安装精度。例如，对于直径为3100mm、壁厚10mm、长度9000mm、在套筒的圆周方向每一圈开14个Φ270mm孔，在套筒的轴线方向每一排开9个Φ270mm孔的套筒，套筒筒身圆的周长可预留15mm余量，套筒筒身高度可预留15-20mm余量。

步骤2，在筒身上划参考线和开孔线；

在机械加工过程中为确保加工精度，在加工零件时，必须先在工件上标注一个正确的位置，即定位。

定位准线的选择合理与否决定零件质量的好坏，对能否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及对零件各表面间的加工顺序安排都有很大影响，因此，定位准线的选择是一个很重要的方法问题。

在一个优选的实施方式中，在大直径薄壁套筒上开孔前，先在套筒筒身划出定位准线。

根据本发明，在套筒筒身沿轴线方向划一条直线，所划直线与套筒轴线保持平行。在所划直线的中心，沿套筒圆周方向，划一条闭合的曲线，所划曲线所在的平面与套筒轴线保持垂直。这两条线即为在套筒上开孔时所确定的定位准线。

在一个优选的实施方式中，依据定位准线，定位开孔中心的位置。

根据本发明，定位开孔中心的位置，也即在大直径薄壁套筒上划出开孔圆心的位置。定位开孔中心的位置，不仅需要准确定位每一个开孔的圆心位置，还需要确保每一个开孔的圆心沿套筒轴线方向或套筒圆周方向与其他开孔的圆心均处于同一水平面上。

在一个优选的实施方式中，可以划出开孔的圆心，用以定位开孔圆心的位置。

在套筒筒身上开孔的直径是确定的，只要圆心确定下来，开孔的位置也就能确定下来，这是最简单的圆的定位方式。

根据本发明，在套筒轴线方向的定位准线上，依据密集开孔在套筒轴线方向上的间隔，依次点出开孔的圆心所在的位置。之后依据开孔在套筒圆周方向的间距，化平行于套筒轴线方向定位准线的直线，重复上述操作。

只定位圆心的定位方式简单，易操作，但是，只定位圆心不能确保每一个开孔的圆心沿套筒圆周方向与其他开孔的圆心均处于同一水平面上。

在一个优选的实施方式中，可以划过圆心的十字线定位开孔圆心的位置。

根据本发明，在套筒筒身上密集开的孔，沿套筒轴线方向，每一排孔的圆心都位于同一条直线上，不同排的孔的圆心所处的直线之间互相平行。沿套筒圆周方向，每一圈的孔的圆心都位于同一个圆上，不同圈的孔的圆心所处的圆之间互相平行。

在定位套筒筒身上开孔的位置时，可以划过圆心的十字线定位开孔的位置。

在套筒轴线方向的定位准线上，依据密集开孔的孔在套筒轴线方向上的间隔，依次点出开孔的圆心所在的位置。之后过点出的圆心，做平行于套筒圆周方向的定位准线的闭合曲线。最后依据套筒圆周方向的开孔间距，划平行于套筒轴线方向的定位准线的直线，所划的套筒轴线方向直线与套筒圆周方向曲线的连接点，即为开孔圆心所在的位置。

这样划线定位圆心可以保证所有的开孔在套筒轴线方向和套筒圆周方向的排布一致。

在一个优选的实施方式中，定位出开孔圆心后，以每个开孔中心为原点，打样冲。

根据本发明，在定位出开孔中心后，还需要在中心处打一个小眼作标记。因为这小眼是用样冲冲出的，所以把这个定位孔称作样冲眼，用样冲打眼做标记也即打样冲。

打样冲可以避免划出的点或线在加工过程中被擦掉或磨损掉，可以使划线痕迹清楚，能长时间保留。

其中，本发明对打样冲的数量不做特殊限定，可以间隔数个开孔打一个样冲，也可以每个开孔都打一个样冲。样冲的数量越多，后期加工时看的就越清晰。

在一个优选的实施方式中，打样冲时，保持样冲垂直，瞄准冲眼的位置，也即开孔的圆心的位置，确保冲眼不偏离划出的参考线，使打出来的冲眼清晰可见，大小适当。

在一个优选的实施方式中，由于是在薄壁套筒上打样冲，为了避免因打样冲对套筒筒体造成的冲击引起的形变，冲眼可以浅一些。

在一个优选的实施方式中，打完样冲后，在筒身上划参考线和开孔线。

由于套筒筒身本身是一个曲面，在套筒筒体上所开孔的形状实际上类似椭圆形，不过，其在垂直于孔正前方的投影面上的正投影为圆形。本发明中所述开孔直径指的就是正投影上圆的直径。同样地，在筒身上所划参考线或开孔线的直径也是指的其在垂直于参考线或开孔线正前方的投影面上的正投影的直径。在一个优选的实施方式中，参考线和开孔线的划法如下：使用硬质板做孔的展开样板，将样板中心与样冲眼重合后，将样板贴到筒身上，按样板位置在曲面筒身上划出孔线。所述硬质板优选为硬纸板。

在一个优选的实施方式中，参考线比开孔直径大1～20mm，开孔线与开孔直径相同。

其中，开孔线是后期进行切割开孔的操作参照线，在切割开孔后，开孔中心处的样冲就会被破坏掉。为了确保开孔的精度，本发明在开孔线的外侧还划有一条参考线。参考线主要用于开孔后衡量孔是否偏心。可以通过量取所开小孔的四周到参考线的距离来确定孔是否发生偏心。如果所开小孔的四周到参考线的距离均相同，则说明所开小孔没有发生偏移。

在进一步优选的实施方式中，参考线比开孔直径大2～15mm，例如5～10mm。

在一个优选的实施方式中，为避免参考线和开孔线在加工过程中被擦掉或磨损掉，在划完参考线和开孔线后，也可以在参考线和开孔线上均匀打样冲。

步骤3，沿套筒轴线方向开孔，和/或沿套筒圆周方向开孔；

根据本发明，在薄壁套筒上开孔，由于套筒薄壁，支撑力小，在开孔的过程中，筒体容易受力向下凹陷。为了避免筒体变形，可以通过调整开孔方向和顺序来平衡在开孔的过程中筒体受到的形变力，确保筒体的圆度。核电蒸汽发生器的薄壁套筒的筒体圆度要求小于10mm，采用本发明中的工艺，圆度可以控制到8mm以内。

在一个优选的实施方式中，步骤3中，沿套筒轴线方向，由套筒一端向另一端进行开孔。

由一端向另一端进行开孔，套筒一直受到因开孔而产生的应力，会导致套筒在沿套筒轴线方向上产生凹陷，使其圆度和直线度受损。

在一个优选的实施方式中，步骤3中，沿套筒轴线方向，由中间向两端进行开孔。

与由一端向另一端进行开孔的方式相比，由中间向两端对称的进行开孔，能够平衡套筒两端的受力，避免筒体沿套筒轴线方向上产生的凹陷对套筒圆度的影响。

在一个优选的实施方式中，步骤3中，沿套筒圆周方向，以180°对称的方式开孔。

根据本发明，在大直径薄壁套筒上进行开孔时，沿套筒圆周方向开孔的个数为偶数，由于套筒壁薄，为防止因开孔而形变，因此，可以以180°对称的方式进行开孔。以180°对称的方式开孔，套筒沿圆周方向受到的力方向相反，大小相等，由此给套筒带来的形变也能相互抵消。

在一个优选的实施方式中，步骤3中包括以下子步骤：

步骤3-1，在套筒中间，沿套筒圆周方向，以180°对称的方式开孔。

本发明中，套筒上所开的孔，沿套筒筒身轴线方向排布的，称之为排，如图2中的A所示，沿套筒筒身圆周方向排布的，称之为圈，如图2中的B所示。

其中，步骤3-1具体地：先在套筒筒身中间开第一个孔，紧接着开第二个孔，第一个孔和第二个孔在同一圈上，第一个孔和第二个孔关于所在圈的中心180°对称。之后重复第一个孔和第二个孔的开孔方式，依次开完同一圈上其他的孔。其中，在套筒中间开的这一圈孔记为第一圈孔。

步骤3-2，在套筒中间开完一圈孔后，沿套筒轴线方向，按照从中间向两端、隔行跳序的顺序继续进行开孔。

具体地，在套筒中间开完第一圈孔后，在第一圈孔的左侧，开第二圈孔。第二圈孔的开孔方式与第一圈孔的开孔方式相同。在开完第二圈孔后，在第一圈孔的右侧，开第三圈孔。第三圈孔的开孔方式与第一圈孔的开孔方式相同。其中，第二圈孔和第三圈孔关于第一圈孔对称。开完第三圈孔后，在重复第二圈孔和第三圈孔的开孔方式，依次开完套筒筒身上剩余的孔。

其中，为了均匀释放筒体应力，在开第二圈孔和第三圈孔时，优选以隔行跳序的顺序进行开孔。其中，隔行跳序指的是在第一圈孔和第二圈孔之间间隔一圈孔。以隔行跳序的顺序完成一次从套筒中间向两边的开孔操作后，在重复隔行跳序开孔操作，完成之前跳过的孔的开孔操作。

这样的开孔方式既能保证套筒沿轴线方向的直线度，又能避免套筒在圆周方向上产生的形变，能够做到严格控制套筒的形状。

在一个优选的实施方式中，步骤3中，所述开孔为气割。

在孔加工中对薄板进行开孔是一项较为复杂的工作，这是因为薄板件刚性差，易变性，其材料的特殊性使得加工难度加大。

使用钻头在薄板上钻孔，由于钻头的钻尖较高，主切削刃低，当工件将要钻穿时，钻头立即失去定心作用，同时轴向力又突然减小，加上工件弹动，从而造成两主切削刃的过多切入，导致钻出的孔不圆，容易出现扁孔和多边孔。而且，钻出来的孔口毛边多，粗糙度值大。钻头转动会给薄板带来径向切削力，引起薄板变形。

此外，使用钻头在薄板上钻孔，容易扎刀或折断钻头，严重地影响产品质量。有时工件抖动厉害，操作者扶不稳，导致工件飞出造成人身伤害事故。

根据本发明，为了避免钻头钻孔时引起的切削振动导致钻出来的孔不圆，周边变形，毛刺儿多，效率低的弊病，可以采用气割进行初步打孔。

气割是利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰热能将工件切割处预热到一定温度后，喷出高速切割氧流，使金属剧烈氧化并放出热量，利用切割氧流把熔化状态的金属氧化物吹掉，而实现切割的方法。

与钻头钻孔相比，气割切割利用的是可燃气体在氧气的助燃下，通过预热进而熔断板材，切割速度快，不会给套筒筒壁施加径向切削力，从而能够避免引起套筒的形变。

在一个优选的实施方式中，切割气可以是乙炔、丙烷、天然气、氢气或天然气。

在一个优选的实施方式中，切割气为天然气。这是因为天然气作为切割气比乙炔、丙烷和液化石油气更清洁、更环保，比氢气更经济、更安全。更重要的是选用天然气做切割气，切出来的切口相对比较整齐，沟壑比较少。

在一个优选的实施方式中，所述气割为数控气割。

手工气割主要是用人的手来掌握切割速度和割嘴的高低，很难满足尺寸精度和表面粗糙度的要求，而且一旦出现失误，将导致整个产品加工的失败。

数控气割是由人根据图样和数控装置的规定，编出切割程序，由计算机根据程序的要求进行运算，使割嘴沿图样要求的轨迹运动进行切割。

与手工气割相比，数控气割使气割技术实现了自动点火、自动调高、自动穿孔、自动切割、自动冲打标记及自动喷粉划线等全过程自动化控制，可以提高表面切割质量和尺寸精度。

在一个优选的实施方式中，步骤3中，沿开孔线进行气割。

气割切割出来的尺寸公差明显比机械工具切割的尺寸公差要低，本发明中采用数控气割进行初步打孔，目的在于提高打孔的速度，而非精确控制开孔的尺寸。

在进行气割开孔时，预留1-8mm，优选2-5mm，更优选3-4mm的余量，其目的是为了预留直径余量，一方面可以为数控气割操作留有操作空间，另一方面也可以为下一步精确开孔预留操作空间，用以弥补气割表面的沟痕和修补气割孔的圆度。

根据本发明，气割开孔时预留直径余量越大，对数控气割操作越有利。气割开孔由于余量很大，变形、气割质量比较好控制；若余量很小，气割余量那侧金属被气流带走或熔断，火焰的刚性会变差，熔渣也容易流挂影响，火焰容易波动，切割表面质量会变差。

虽然预留直径余量越大，对数控气割操作越有利，但是，预留直径余量过大，会增加后期操作的难度，与开孔加工反而不利。

发明人经过大量的试验发现，将开孔线预留直径余量控制在1～8mm之间，既能方便数控气割操作，又可以降低后续加工的难度，不仅能够提高作业速度，也有助于提高作业精度。

步骤4，按照参考线和开孔线，加工开孔直径；

根据本发明，数控气割只是初步加工，由此得到的气割孔的尺寸并不是最终的尺寸。为了实现精确开孔，确保开孔直径的公差为±1mm，需要对数控气割得到的气割孔进行再次加工。

在一个优选的实施方式中，为了严格控制套筒开孔直径的大小，步骤4中，所述加工优选为冷加工方法。

与数控气割方法相比，冷加工方法最大的优点就是加工精度高。

冷加工通常指金属的切削加工。也即用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)把坯料或工件上多余的材料层切去成为切屑，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。

任何切削加工都必须具备3个基本条件：切削工具、工件和切削运动。切削工具应有刃口，其材质必须比工件坚硬。

不同的刀具结构和切削运动形式构成不同的切削方法。用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯切等；用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和抛光等。因为筒体直径大、壁薄，如果使用刀具加工，需要使用落地镗铣床，一方面筒体分度旋转缓慢，另一方面筒体刚性差，要防止筒体颤动，势必使用小的切削量和切削速度，使得加工效率低，因此优选磨削的方式加工。

在一个优选的实施方式中，气割开孔后，使用磨削的方式加工，按照参考线和开孔线进行修磨，加工开孔直径到最终尺寸。

由于气割切割后的切割口凹凸不平，因此还需要对气割孔进一步进行修磨。在进行修磨时，由开孔线的方向向参考线的方形进行修磨，严格控制所开小孔的四周到参考线的距离，直到将开孔的直径加工到最终尺寸。

由于套筒壁薄，刚性弱，单靠对称开孔的方法不足以完全抵消开孔过程中对套筒筒体带来的形变，在上述的大直径薄壁套筒密集开孔方法之中，为了更好的确保筒体的圆度，还需要在筒体内部外加支撑装置。

因此，根据本发明，另一方面提供了一种大直径薄壁套筒密集开孔防变形的圆形防变形支承。

在一个优选的实施方式中，本发明所述一种大直径薄壁套筒密集开孔防变形的圆形防变形支承应用在上述大直径薄壁套筒密集开孔方法之中，该圆形防变形支承包括左圆形防变形支承半环2、右圆形防变形支承半环3和挡板5，如图3所示。

根据本发明，为了保持套筒筒体的圆度，将防变形支承设计为圆环形。圆环的外径为套筒的实际内径，这样防变形支承才能与套筒筒壁相贴合，更好地发挥支撑作用。

如果圆环的外径比套筒卷制后的实际内径小或大，那么当用圆形防变形支承撑紧套筒筒身时，由于圆环的外径与筒身内径并不一致，从而导致两者的接触面不能贴紧近，筒身受到的力就不均匀，这样的圆形防变形支承不但不能起到防止筒体变形的作用，其本身的使用都会对筒体的圆度造成影响。所以本发明需要对圆环的外径进行严格的控制。

在一个优选的实施方式中，为了便于安装使用，所述左圆形防变形支承半环2和右圆形防变形支承半环3的一端为活动连接。

根据本发明，对左圆形防变形支承半环2和右圆形防变形支承半环3一端的活动连接方式不做特殊的限定。

在进一步优选的实施方式中，左圆形防变形支承半环2和右圆形防变形支承半环3的一端通过销轴4进行铰链连接。

在一个优选的实施方式中，在左圆形防变形支承半环2和右圆形防变形支承半环3另一端的开口处留有30-5mm，优选为25-8mm，更优选为10mm的间距，在使用圆形防变形支承时，借助起重工具将两个半环的开口撑开。

在开口处预留间距的目的是为了便于圆形防变形支撑的安装。如果不预留开口间距，则把两个半环沿铰链闭合在一起后的直径就与套筒的内径一样，这样就难以将圆形防变形支撑安装到套筒内部。但是，预留开口间距后，在将两个半环沿铰链闭合后的圆形防变形支撑的尺寸就会比套筒的内径小，方便进行安装。

除此之外，本发明中，所述圆形防变形支承主要通过调节左圆形防变形支承半环2和右圆形防变形支承半环3的另一端的两个半环开口之间的距离来实现支撑作用的。将起重工具放置在两个半环开口处，可以将两个半环开口撑开，从而使两个半环贴紧筒壁。

在一个优选的实施方式中，所述起重工具为千斤顶。

在一个优选的实施方式中，为了方便调节两个半环开口之间的距离，在圆形防变形支承上设置有挡板5。

根据本发明，直接将起重工具直接放置在两个半环的开口处时，其操作空间比较小，而且不便于起重机的拆卸和开口处的连接。因此，本发明人在圆形防变形支承上设置了挡板5，用作起重工具的操作平台。

一个优选的实施方式中，所述挡板5设置在左圆形防变形支承半环2和右圆形防变形支承半环3的另一端靠近两个半环的开口处，优选为对称设置，如图3所示。

在使用的过程中，以圆形防变形支承两个半环上设置的挡板5为受力点，通过千斤顶，可以撑开两个半环开口之间的距离，将两个半环撑开，使之顶紧套筒筒壁，从而起到支撑套筒的作用。

一个优选的实施方式中，所述圆形防变形支承应用在上述大直径薄壁套筒密集开孔方法之中。

一个优选的实施方式中，所述圆形防变形支承在上述的大直径薄壁套筒密集开孔方法之中的使用方法包括以下步骤：

步骤a，依据套筒的直径和壁厚，选择圆形防变形支承；

在一个优选的实施方式中，步骤a中，依据套筒的直径和壁厚，圆形防变形支承的厚度选择为5～40mm，宽度选择为150-200mm。

其中，圆形防变形支承的宽度，指的是支承环的内外半径差。如果筒体直径大、壁厚大，圆形防变形支承的宽度应该大一些；如果筒体直径小、壁厚小，圆形防变形支承的宽度应该适当小一些。圆形防变形支撑的厚度，指的是圆形防变形支承与套筒筒壁接触面的宽度，圆形防变形支承的厚度越大，圆形防变形支承与套筒筒壁的接触面积越大，支撑效果越好。

例如，对于直径Φ3100mm、壁厚10mm的筒体，圆形防变形支承的厚度选择为10mm，圆形防变形支承的宽度选择为150mm。

步骤b，套筒直立放置，将圆形防变形支承装入套筒内部；

在一个优选的实施方式中，在圆形防变形支承安装时，先将套筒直立摆放，然后把两个半环沿铰链闭合，装入套筒内部。

在一个优选的实施方式中，每间隔一圈开孔，安装一个圆形防变形支承。

圆形防变形支承的安装数量和间隔，取决于套筒的长度和开孔的数量。套筒越长，开孔越密集，圆形防变形支承安装的数量就越多。可以每间隔一圈开孔，安装一个圆形防变形支承，也可以间隔数圈开孔，安装一个圆形防变形支承。

步骤c，将两个半环撑开、顶紧；

在一个优选的实施方式中，在圆形防变形支承的两个半环开口的挡板5的位置，使用千斤顶，将两个半环以铰链为轴撑开、顶紧，保证与套筒内壁的贴合。

步骤d，将两个半环开口位置固定；

使用千斤顶将两个半环撑开后，为了将千斤顶取下进行下一个圆形防变形支承的安装，可以将两个半环开口位置固定连接。

根据本发明，对两个半环开口位置固定连接方式不做特殊限定，可以在两个半环开口位置填入支撑材料，也可以进行焊接。

在一个优选的实施方式中，步骤d中，在两个半环开口位置填入焊料，将两个半环开口焊接固定，焊料优选为拉筋板。

使用千斤顶将两个半环撑开后，两个半环的另一端的开口处是有间隙的，如果焊接，需要填充大量焊材，因此本发明中使用拉筋板，搭接到两个半环的端部，完成两个半环的焊接固定。

在一个优选的实施方式中，将圆形防变形支撑安装到套筒筒身内部，使用拉筋板将两个半环开口焊接固定后的结构如图4所示。

步骤e，按照上述的大直径薄壁套筒密集开孔方法进行开孔；

根据本发明，所述圆形防变形支撑应用在大直径薄壁套筒密集开孔方法之中。大直径薄壁套筒密集开孔方法中，可以在将板材卷制成筒后，把圆形防变形支承安装到套筒之中，之后再进行后面的开孔操作。

在一个优选的实施方式中，将圆形防变形支撑应用在大直径薄壁套筒密集开孔方法中后，大直径薄壁套筒密集开孔方法的开孔步骤如下：

方法步骤1，依据套筒不同的直径和壁厚、不同的开孔直径和数量，预留板材余量，并将板材卷制成套筒。

步骤2，依据套筒的直径和壁厚，不同的开孔直径和数量选择圆形防变形支承的尺寸。所述尺寸包括圆形防变形支撑的厚度、宽度和外径。

步骤3，套筒直立摆放，将两个半环沿铰链闭合，装入套筒内部。每间隔一圈开孔，安装一个圆形防变形支承。

步骤4，使用千斤顶，在圆形防变形支承的两个半环开口位置，将两个半环以铰链为轴撑开、顶紧，保证与套筒内壁的贴合；

步骤5，使用拉筋板，将两个半环开口位置焊接固定。

步骤6，先在套筒筒身上划出定位准线，之后依据定位准线，定位开孔中心的位置；以每个开孔中心为原点，打样冲,之后划大于开孔直径的参考线和小于开孔直径的开孔线。

步骤7，按照开孔线，先在套筒中间沿套筒的圆周方向，以180°对称的方式气割开孔，之后沿套筒轴线方向，由中间向两端，隔行跳序进行开孔。

步骤8，开孔后，使用冷加工方法，按照参考线加工开孔直径到最终尺寸。

实施例

本实施例中薄壁大直径套筒的直径为3100mm，长度为8800mm，壁厚为10mm，在套筒筒身上沿圆周方向每圈开14个Φ270mm孔，沿轴线方向每排开9个Φ270mm孔。套筒筒体圆度要求小于10mm，开孔的孔径偏差±1mm，位置度偏差±3mm。

在进行开孔时：

1)依据套筒的直径和壁厚、开孔直径和数量，预留裁剪板材，套筒筒身圆的周长可预留15mm余量，套筒筒身高度可预留20mm余量，之后将裁剪的板材卷制成套筒。

2)依据套筒的直径和壁厚，开孔直径和数量，选择圆形防变形支承的尺寸。其中，圆形防变形支承的厚度为10mm，宽度为150mm，圆形防变形支承的外径为3100mm。

3)将套筒直立摆放，将圆形防变形支承的两个半环沿铰链闭合，然后装入套筒内部。每间隔一圈开孔，安装一个圆形防变形支承。

4)将千斤顶放置在圆形防变形支承的两个挡板处，将圆形防变形支承的两个半环以铰链为轴撑开、顶紧，保证与套筒内壁的贴合；

5)之后使用拉筋板，将两个半环开口位置焊接固定；

6)在套筒筒身划定位准线，并且划过圆心的十字线定位开孔圆心的位置；定位出圆心后，以每个开孔中心为原点，打样冲，以样冲眼为原点，划参考线，参考线比开孔直径大10mm；以样冲眼为开孔线直径与开孔直径相同；

7)按照开孔线，先在套筒的中间，沿套筒圆周方向，以180°对称的方式数控气割开孔；然后在沿圆周方向开完一圈之后，沿套筒轴线方向，按照从中间向两端、隔行跳序的顺序继续进行开孔；

8)待数控气割开孔完毕后，使用冷加工方法，按照参考线，加工开孔直径到最终尺寸。

开孔结束后，经检测，套筒筒身圆度为8mm，开孔的孔径偏差0-±1mm，位置度偏差±3mm。本发明中的大直径薄壁套筒的密集开孔方法能有效控制套筒开孔精度和套筒圆度。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接普通；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种大直径薄壁套筒密集开孔方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤1，套筒下料时预留余量；

步骤2，在筒身上划参考线和开孔线；

步骤3，沿套筒轴线方向开孔，和/或沿套筒圆周方向开孔；

步骤4，按照参考线和开孔线，加工开孔直径；

步骤1中，依据套筒的直径和壁厚，开孔的直径和数量预留套筒板材长度余量；

步骤2中，参考线直径比开孔直径大5～10mm，开孔线直径和开孔直径一样，其中，参考线和开孔线的划法如下：使用硬质板做孔的展开样板，将样板中心与样冲眼重合后，将样板贴到筒身上，按样板位置在曲面筒身上划出孔线；

在步骤2中，在套筒筒身沿轴线方向划一条直线，所划直线与套筒轴线保持平行，在所划直线的中心，沿套筒圆周方向，划一条闭合的曲线，所划曲线所在的平面与套筒轴线保持垂直，这两条线即为在套筒上开孔时所确定的定位准线，依据定位准线，定位开孔中心的位置，定位出开孔中心后，以每个开孔中心为原点，打样冲，打完样冲后，在筒身上划参考线和开孔线；

步骤3中，所述开孔方式为气割，气割开孔时，预留2-5mm直径余量，切割气为天然气；

所述步骤3包括以下子步骤：

步骤3-1，在套筒中间，沿套筒圆周方向，以180°对称的方式开孔，

步骤3-2，在套筒中间开完一圈孔后，沿套筒轴线方向，按照从中间向两端、隔行跳序的顺序继续进行开孔；

步骤4中，所述加工为冷加工方法。

2.根据权利要求1所述的密集开孔方法，其特征在于：所述开孔方式为数控气割。

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