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摘 要：CA04顶部法兰是结构模块的重要组成部分,用来支撑RV支撑.法兰结构为正八边形,其中四个面需要加工,其表面粗糙度和平面度要求高,在现场需要使用便携式机床进行加工,由于法兰整体标高较高,所以需要对机床提供有效的支撑.根据实际情况,设计一种现场钢结构支撑方案――工装架,为机床提供有效稳定的支撑,方便现场加工,使加工结果达到技术要求.本文主要内容为工装架的制造介绍.
关 键 词：工装架；钢结构；焊接；载荷
中图分类号：TG11文献标识码：A
1概述
CA04模块顶部法兰板用来支撑RV支撑,法兰结构为正八边形,两平行边的距离为6000mm.该法兰分八片预制,拼焊成为一个整体后,再整体吊装并安装于CA04顶部.,整个结构总重约7t.4个支撑面经精加工后其厚度和公差要求为28.1+6
0mm,同时,需要对RV支撑预埋板部分与RV支撑接触的表面进行精加工,加工总面积达到10.0m2.
法兰面的加工技术要求为：顶法兰机加工表面标高为6000.4+3
0；精加工表面的粗糙度1.6μｍ；四个机加工表面的平面度公差0.127mm,且在长度300mm范围内不大于0.0254mm；四个机加工表面与反应堆压力容器支撑架至少有70%的接触面；四个机加工面的法兰厚度为28.1+60.
机床选用需要考虑施工环境,整个施工环境在RV容器腔内,空间狭小,所选机床须考虑既能将表面机加工,又不会与周围部件相干涉.根据需要采用便携式机床进行现场加工.
由于法兰面标高较高,机床自身高度达不到要求,同时机床加工时如果有悬空就会产生振动影响加工效果,所以需要对机床进行有效地支撑,且支撑的强度要达到一定大小.支撑架（工装架）与CA04法兰筒体焊接部位还要进行载荷计算,避免载荷过大使筒体变形.
2工装架设计与分析计算
2.1工装架设计制造难点.难点一：法兰面标高6000.4+3
0,距离地面较高,加工机床要有足够强度的支撑,避免加工振动；难点二：法兰面为八边形,有四个边需要加工,机床需要调换方位四次,工装架结构要符合八边形,给机床提供足够的支撑；难点三：法兰面加工平面度要求高,现场调节不便,在工装架制造时要考虑现场粗调节调平.
2.2工装架结构设计.本文设计的工装架主体为钢结构,参照钢结构规范及AWS焊接标准,通过将型材、板材焊接或栓接成一个整体,为便携式机床提供稳定可靠地现场支撑.法兰加工工装架布置见图1.工装主要由牛腿、立柱、可调垫铁、机床安装底座、导轨安装板等几部分组成.在CA04筒体内壁上焊接8个牛腿,位置距离法兰表面约3m处.立柱与机床安装底座之间设立可调垫铁,可以快速调平安装底座.机床安装底座在调平后通过径向支撑和下面的焊接板（使用角焊缝与立柱连接）固定.径向支撑在机床安装底座的外端与CA04筒体顶紧后,内端使用螺母紧固.机床安装底座上面再铺设导轨安装板,安装板与机床导轨通过螺栓和顶丝来连接,顶丝用来调整机床安装水平,螺栓连接用于机床的压紧固定.立柱与牛腿、立柱与可调垫铁通过螺栓连接固定.同时在八根立柱之间增加斜撑,确保整体工装的稳定性.为了现场使用方便,在设计的时候考虑使用悬臂吊,因此在机床安装底座中间设置吊车安装底座,使用中间立柱支撑到筒体底部,并使用工字钢径向支撑中间立柱.考虑到运输方便,将工装架的机床安装底座一分为二,在组装时使用螺栓连接.
2.3工装架安装与使用.1.工装架运输到现场后,在组装平台上将机床安装底座使用螺栓连接到一起；2.复测现场水准仪测量法兰标高,计算牛腿焊接高度,焊接固定牛腿；3.安装紧固八根立柱；4.安装紧固调整垫铁；5.焊接立柱之间斜撑；6.整体吊装机床安装底座与中间立柱并紧固中间立柱底座,焊接中间立柱径向支撑工字钢；7.扭动调整垫铁调节螺栓,使机床安装底座平面度达到2mm以内（使用激光水平仪测量平面度）；8.焊接连接可调垫铁与机床安装底座；调节固定径向支撑；9.安装紧固导轨安装板和机床X轴导轨.
2.4工装架与筒体焊接部位载荷计算.由工装架结构看,工装架与筒体焊接部位（牛腿）主要受弯剪作用,与CA04内壁的焊接的牛腿上的焊接板的厚度为30mm,焊脚高度为8mm,焊缝有效长度至少为300mm,工装设计总重小于5吨,机床重量约为3吨,经计算,焊缝受力情况满足强度设计要求.分析计算如下：
F等于9.8kN,考虑到对中间圆盘及各种连接板的简化,为保守起见假设轨道板的整个重量由牛腿承受,则取F等于40kN进行计算,则M等于Fe+Mx,焊缝长度为436×366的矩形,焊角为8mm.
焊缝强度验算过程如下：
V等于F等于40kN,M等于Fe+Mx等于40×0.19+
0.3等于7.9kNm
最大正应力：
最大剪应力：
由以上计算结果可知,8mm焊角高度角焊缝完全满足强度要求.
结语
本工装架结合实际情况,为现场便携式机床提供了一种稳定可靠的支撑,其制造方便简洁,考虑了现场承重及安全需要,为大型法兰的现场机加工提供了有力保障,同时也为其他大型法兰加工加工工装提供了资料和借鉴意义.