超特高压开关设备中关键焊接件

2024/8/91河南平高电气股份有限公司胡中辉2017年2月超特高压开关设备中关键焊接件的开发与应用Contents|目录一、立项背景二、项目执行情况三、项目研究成果四、经济效益及推广应用五、主要完成人情况一

近年来，随着国家电网高压、超高压、特高压等一大批重点工程的建设以及公司核心零部件国产化的不断推进，作为关键核心零部件制造的一线单位来说，超特高压开关设备中关键焊接件在生产制造中的开发与应用已到了亟待解决的地步，由于关键焊接件的设计和工艺要求复杂，各项技术参数严谨，在进行实际制造中易产生不能满足图纸工艺要求和生产需求，造成供货拖期和质量不能保证，影响产品的成套，进一步影响了作为装备制造企业的声誉。为此我们针对这一现象我们对超特高压开关设备中关键件的生产制造技术进行工艺攻关（例：支架焊装类,动触头杆类、活塞杆装配、变径铝合金筒体,导向焊装、三支柱绝缘子内嵌件筒体、接头等十几种类型关健件），本课题主要阐述对支架焊装类、变径母线筒体在实际制造过程中的工艺攻关，优化产品工艺路线，制定合理的生产制造数据，制作一系列的工装夹具，满足了实际生产需求。一、立项背景

1.特高压开关设备中的黑色金属焊接支架焊装零件，焊接后要求加工精度高，多用于传动部位，对零件加工的尺寸精度、粗糙度要求高。传统加工方式一次体检合格率只有30%为左右，质量和进度无法保证。为有效解决这一生产难题，我们进行了开发和试验，经过试验我们设计制作的工装夹具、刀具，以及制定的合理车削参数和加工工艺的安排，解决了支架焊装质量和进度均无法保证的难题，制造水平达到国内领先。该项目获得授权实用新型专利一项，受理发明专利一项，发表论文一篇。

2.

.超高压开关设备中的铝合金焊接筒体，长度从2-18米不等，内部安装导电杆，并充0.4MPa～0.75MPa高纯SF6气体用于绝缘介质。为了保证筒体的绝缘性能，通常采用铝合金板材卷制、拼焊后焊接铝合金法兰，或铝合金螺旋管与铝合金法兰焊接。

传统铆装方式是手工找正铆焊，难度大，效率低。为有效解决这一难题，需要一种简洁、高效的工装，实现降本增效。我们设计制作了筒体对中铆焊工装，制定了合理的使用方法和技巧，解决了大型筒体手工划线铆装效率较低的难题，缩减了加工工序，提高了生产效率，制造水平达到国内领先。该项目获得授权实用新型专利一项，受理发明专利一项。

3.另外还对超特高压开关设备中关键焊接件的组成零部件接头类进行攻关，设计制作装夹工装，解决接头类零部件在加工中粗糙度不良的难题，制作工装的结构尺寸、装夹位置、装卸方便性等达到生产和质量要求，解决了该类零部件的生产制造难题，此项目获得国优QC成果一项。二、项目执行情况通过项目的实施，掌握在超特高压开关设备中关键焊接件的生产制造技术（1.支架焊装类2.变径铝合金筒体）拓宽了加工和工艺思路，制作了一系列的工装夹具，积累了宝贵经验，为我公司打造核心零部件制造企业及关键零部件国产化推进做出了积极贡献，为后续核心零部件的开发与应用奠定了坚实的基础。1、研究目标结合我公司零部件结构特点进行设计制造工装；制造工艺的研究；材料的切削机理研究；刀杆、刀具研究；组合卡具技术；精密切削加工技术；材料研究；工艺优化技术；焊接技术优化。2、研究内容三

3.1支架焊装类零部件制作了一系列的工装车具，解决了过去采用传统装卡方式造成的深孔加工时排屑不畅问题，支架焊装导向杆中关键尺寸和粗糙度无法保证的难题，并且配合配重使零部件转动时达到动平衡，减小振动提高转速，从而提高支架焊装转动轴加工效率和加工精度。

3.1.1支架焊装类零部件创新点：1）在超特高压开关制造行业内，首次将动平衡应用到加工中，研制配重工装并配合使用一夹一顶用开口夹套，使支架焊装在加工转动轴时，解决过程不平稳、车削椭圆变型的难题，保证转动轴尺寸，圆度和圆柱度要求。2）创新装夹方式，研制装卡胎具，使支架焊装和定位胎具的螺纹相拧紧，胎具中间采用通孔，配合使用特殊制作的合金刀杆和经刃磨的刀片，加工支架焊装导向杆中关键尺寸，保证粗糙度要求。3、技术创新点及技术方案二、项目执行情况3.1.2附图说明3、技术创新点及技术方案图1异形支架焊装二、项目执行情况2024/8/99其中，1、支架焊装导向杆，2、支架焊装连扳，3、支架焊装转动轴，4、支架焊装轴套,5、配重螺杆，6、配重铜块，7、配重压盖，8、压紧螺母，9、定位胎具，10自制合金调质刀杆，11、开口定位铜套，12、可拆卸刀片，13、紧定螺钉，14、支架焊装图2车具组成明细图3为使用工装加工深孔状态图4为工装动平衡状态下加工转动轴3.1.3具体实施方式

1）车床卡盘卡右端Φ50外圆，如图1。车左端Φ100外圆及M85×2螺纹，为加工支架焊装导向杆1中的φ34±0.1×165深孔准备定位螺纹。

2）装卡定位胎具9，将支架焊装14上的M85×2螺纹与定位胎具9上M85×2外螺纹拧紧。定位胎具9采用空心结构,中间为φ35通孔，如图5。便于加工φ34±0.1×165深孔时排出金属屑，转速由原来的100转/分钟，提高至240转/分钟，提高了深孔加工表面粗糙度。图5定位胎具9采用空心结构3、技术创新点及技术方案二、项目执行情况

3）特制的硬质合金刀杆直径为φ30，刚度足够避免了刀杆颤抖和变形,如图6。采用特制合金刀杆10配合经过特殊刃磨的YT15刀片12加工支架焊装导向杆1中关键尺寸φ34±0.1mm，保证粗糙度Ra6.3。常规工具钢等刀柄直径只有φ20左右，刚度不足，在加工φ34深孔时容易出现颤抖和让刀，导致φ34精孔加工后刀纹严重，左右φ34孔尺寸大小不一呈现锥形孔。图6特制φ30直径硬质合金刀杆3、技术创新点及技术方案二、项目执行情况

4）支架焊装导向杆1材质为35CrMo棒材，材料硬且粘，常规工具钢等切削过程中容易出现刀具刃口磨损，导致加工表面质量下降。经过特殊刃磨的YT15刀片采用可装卸结构，硬质合金刀片YT15加工35CrMo合金钢避免了刀具频繁磨损，车刀副切削刃采取8~12°设计，如图7。有效避免了副后刀面的磨损，可装卸结构可以快速更换刀片，有效减少停工等待时间，提高了加工效率。图7经过特殊刃磨的YT15刀片3、技术创新点及技术方案二、项目执行情况

5）安装配重车具组件5、配重螺杆，6、配重铜块，7、配重压盖，8、压紧螺母后，如图8。支架焊装旋转时达到了动平衡状态，转速由原来的160转/分钟，提高至710转/分钟，有效提高了切削速度和加工效率，避免了支架焊装转动轴3外圆加工后出现椭圆现象。同时提高了零件加工精度和操作安全性。图8安装配重车具组件使支架焊装旋转时达到动平衡状态3、技术创新点及技术方案二、项目执行情况6）采用开口定位铜套11夹紧一侧支架焊装转动轴3，另一侧采用顶尖顶紧，配重车具组件安装后支架焊装14转动达到动平衡状态，转动无明显颤抖，加工支架焊装转动轴3时较原来两顶装卡方式采用拨叉驱动效率更高。如图9图9开口定位铜套一夹一顶装卡方式3、技术创新点及技术方案二、项目执行情况

7）采用该车具加工前后的实物照片对比，如图10。改进前内孔加工后经过钳修处理仍然十分粗糙，尺寸及粗糙度不能满足图纸和质量要求；改进后内孔一次加工成型，无需钳修即可满足要求。图10改进前后深孔精加工后实物照片对比3、技术创新点及技术方案二、项目执行情况16

3.2变径铝合金筒体ZL101A铸铝硅合金变径筒体与6063-T6铝合金挤压管铆焊时，采用该大型变径铝合金筒体对中铆焊工装，改变了过去采用手工划线铆装方式效率较低的问题，高精高效的保证两端端法兰焊接后平行度和钻孔偏斜量。减小两端端法兰加工量，使该筒体的加工节约了划线和落地镗加工工序，提高了加工效率。3.2.1变径铝合金筒体创新点：在超特高压开关制造行业内首次采用激光定位的方法，保证制作的筒体焊接对中工装平行度，使两端法兰和精密大型铝合金筒体有了基准保证。配合使用工装中的微调装置，T型槽滑块，保证铆装后铸造变径筒体长度、两端法兰平行度及与大型铝合金筒体同轴度的要求。3、技术创新点及技术方案二、项目执行情况

3.2.2附图说明

图11大型变径铝合金筒体3、技术创新点及技术方案二、项目执行情况1、操作机构，2、激光校准装置，3、弯板装配，4、T型螺母，5、托盘装配，6、支架装配，7、T型螺母，8、ZL101A铸铝硅合金变径筒体，9、Φ600×8铝合金挤压管图12铆装结构图（左右结构对称）3、技术创新点及技术方案二、项目执行情况3.2.3具体实施方式以ZL101A铸铝硅合金J/T6-I铸铝硅合金与Φ600×86063-T6挤压铝合金管材异种铝合金焊接为例，所获得的产品结构如图11所示，具体实施方式步骤如下：

1）先将两组弯板装配3固定在10米铆装平台中心线T型槽内，采用T型螺母4快速定位。两组弯板装配3端平面距离7520mm左右。

2）采用吊车将变径筒体8配合定位销固定在弯板装配3上，如图13。其中变径筒体8的支筒体可以通过托盘装配5固定在铆装平台上进行找平定位，或将变径筒体8的支筒体端面调整至与铆装平台垂直位置，随后采用L形弯尺靠垂直，间隙0.05mm以内。随后采用激光精确定位装置，如图14。兼顾调整两组弯板装配3使其两定位平面平行。图13采用吊车将变径筒体8配合定位销固定在弯板装配3上图14激光精确定位装置3、技术创新点及技术方案二、项目执行情况3）将两组支架装配6采用T型螺母7固定在铆装平台中心线T型槽内，将铝合金挤压管9吊装至两组支架装配6上，转动支架装配6手柄调整铝合金挤压管9的中心线高度，保证铝合金挤压管9与变径筒体8环缝高度一致。如图15。4）微调操作机构1，调整铝合金挤压管9与变径筒体8两处环缝铆装间隙，尽量保证各处铆装间隙均匀一致，同时兼顾铆装的加工余量。如图16。图15调整铝合金挤压管9与变径筒体8环缝坡口处高度一致图16微调操作机构保证铆装间隙及铆装余量3、技术创新点及技术方案二、项目执行情况图18焊后实物图片图17铆装环焊缝5）对称铆装铝合金挤压管9与变径筒体8两条环缝。图176）拆除工装，下转变径筒体焊装至下工序焊接环缝。3、技术创新点及技术方案二、项目执行情况2024/8/9

三、项目研究成果申报专利四项，其中授权实用新型专利两项，受理发明专利两项，分别为：

1.国家实用新型专利：一种车削加工焊接支架的夹具（专利号：ZL201520562264.6）

2.国家实用新型专利：筒体焊接对中工装（专利号：ZL201620120502.2）3.国家发明专利：一种车削加工焊接支架的夹具及焊接支架的加工方法【专利号：2015104576931（受理公告中）】4.国家发明专利：一种筒体焊接对中工装【专利号：2016100857127（受理公告中）】发表论文一篇：（中国学术期刊、中国核心期刊（遴选）、中国科技期刊）——《企业技术开发》：一种异形支架焊装车削的加工改进2016.04（中旬刊）发表四、经济效益及推广应用

通过超特高压开关设备中关键焊接件的开发与应用后，800千伏支架焊装类零部件2014年至2016年加工949件，800千伏变径筒体焊装2014年至2016年加工1027件。改进后全部达到图纸及技术要求，并大幅提高了实物质量，合格率一致保持在99%以上，制造效率分别提升300%和600%。通过项目的实施共计节约总金额约282.79万元。