光照電站水輪機圓筒閥裝焊工藝技術(shù)概述

閆海濱，李榮生

（哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

1 概述

近年來，在水輪機設(shè)計中出現(xiàn)了一種新的進(jìn)水閥結(jié)構(gòu)，即圓筒閥結(jié)構(gòu)。在國外，一些大型水輪機制造廠商自上個世紀(jì)70年代以來陸續(xù)研制、應(yīng)用了一些圓筒閥。經(jīng)過多年的技術(shù)儲備，哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司（以下簡稱哈電機）自行設(shè)計、制造出國內(nèi)首臺水輪機圓筒閥。經(jīng)過機組多年運行驗證，圓筒閥的各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計和使用要求，標(biāo)志著哈電機已完全掌握了圓筒閥的設(shè)計、制造技術(shù)。這項技術(shù)已在其他大型電站機組中得到推廣應(yīng)用。

2 圓筒閥的結(jié)構(gòu)

圓筒閥的結(jié)構(gòu)可以從它的名字上看出，是圓筒形結(jié)構(gòu)。工作位置布置在水輪機固定導(dǎo)葉和活動導(dǎo)葉之間，具體如圖1所示。

圖1

3 圓筒閥坯料的成型及坡口制備工藝要點

（1）筒體坯料采用材質(zhì)為16MnR的鋼板，厚度為150mm。筒體分成2瓣制造，在工地焊接成一體。1/2筒體分多塊下料，下料的塊數(shù)根據(jù)圓筒閥的具體結(jié)構(gòu)尺寸和所能采購到的鋼板實際規(guī)格通過套裁優(yōu)化確定下料方案。實際下料尺寸包含成型余量，成型余量約為350mm。成型后劃線、配割去除該余量。

（2）圓筒閥的筒體采用厚鋼板滾壓成型。將鋼板加熱至1000℃左右，利用哈電機的大型滾板機進(jìn)行滾壓成形。

（3）制備焊接接頭坡口。由于圓筒閥鋼板厚度較厚，所以采用了加大接頭間隙，減小接頭坡口角度的坡口形式，在保證接頭坡口適合焊接的前提下盡量減少焊接量。見圖2。

（4）筒體自身拼焊縫的焊接方法采用熔化極氣體保護(hù)焊（GMAW），焊接材料選用GB ER50-6，焊接工藝規(guī)范見表1。

圖2 圓筒閥坯料的拼焊接頭形式

表1 焊接工藝規(guī)范

4 圓筒閥密封面的制造工藝要點

（1）不銹鋼密封環(huán)結(jié)構(gòu)特點

在圓筒閥與頂蓋、底環(huán)相接觸的兩個面，是機組運行過程中的空化、泥沙磨損區(qū)域。為了強化工件這一部位的抗空化，抗磨損能力，在設(shè)計上對這個區(qū)域采用將馬氏體不銹鋼環(huán)板（牌號S135）焊在筒體上的結(jié)構(gòu)形式，通過焊后的機械加工來滿足尺寸精度。具體結(jié)構(gòu)見圖3、圖4。

圖3 上不銹鋼密封環(huán)結(jié)構(gòu)簡圖

（2）不銹鋼密封環(huán)的制造工藝

為了保證密封環(huán)能夠與筒體有良好的接觸以及在加工后有足夠的不銹鋼層，在筒體完成拼焊后應(yīng)對筒體進(jìn)行局部加工。

由于不銹鋼密封環(huán)的尺寸較大，剛度較差，不銹鋼密封環(huán)采取了分段進(jìn)行下料，單獨成型、加工的方式。在完成與筒體的裝配后，再完成拼焊縫的焊接。

圖4 下不銹鋼密封環(huán)結(jié)構(gòu)簡圖

（3）不銹鋼密封環(huán)與筒體的裝配

不銹鋼密封環(huán)與筒體之間的裝配按圖紙要求進(jìn)行。在保證圖紙要求的尺寸公差精度前提下，還要保證圖紙要求的加工面有足夠的加工余量。不銹鋼密封環(huán)與筒體裝配時要采用一些簡單的夾具，保證不銹鋼密封環(huán)與筒體之間的接頭間隙在合理的范圍內(nèi)，以利于焊接工作的正常進(jìn)行。焊接前，應(yīng)對筒體裝焊臨時工藝支撐筋以減小焊接變形。這些臨時工藝支撐筋在完成焊后消除應(yīng)力熱處理后清除掉。

（4）不銹鋼密封環(huán)與筒體的焊接

不銹鋼密封環(huán)采用馬氏體不銹鋼，焊接材料選用奧氏體材料，這樣既可以滿足設(shè)計要求的強度，也可以降低焊接難度。焊接工藝規(guī)范見表1。

（5）圓筒閥防運輸變形支撐筋布置方式

圓筒閥由于尺寸較大，工件自身剛度較差。為了減少運輸變形，在完成最終加工后要對工件加裝輔助臨時運輸支撐筋，這些支撐筋在工地現(xiàn)場組裝前拆除，支撐筋布置方式見圖5。

班級里竟然只有十幾個孩子知道“茫?！钡囊馑?。于是我又重復(fù)了上次教學(xué)“茫茫”這個詞的步驟：①交流詞義②看圖片③指導(dǎo)朗讀。這三個步驟之后學(xué)生似乎又理解了“茫茫”的意思。

5 圓筒閥工地現(xiàn)場裝焊工藝要點

（1）組裝前，必須將合縫面上的油漆、坡口及附近的油、水、銹等雜物清理干凈。

圖5 圓筒閥運輸支撐筋結(jié)構(gòu)簡圖

（2）在工地現(xiàn)場將2瓣圓筒閥吊放到支墩上，通過臨時合縫塊用螺栓把合成一體，調(diào)整尺寸至最佳狀態(tài)。

（3）由 2名或4名焊工進(jìn)行全位置焊接。如果工件組裝后的尺寸符合圖紙要求，由4名焊工在對稱位置同時、同速進(jìn)行焊接。如果需要通過焊接對徑向尺寸進(jìn)行修正，可由2名焊工同時在對稱位置對內(nèi)圓或外圓側(cè)的坡口進(jìn)行施焊為宜。修正的尺寸范圍在1～2 mm。

（4）焊接方法采用手工電弧焊，在工地現(xiàn)場如果條件允許也可采用熔化極氣體保護(hù)焊。

（5）焊接規(guī)范見表2。

（6）焊縫的縱向分段見圖6。

圖6 圓筒閥工地現(xiàn)場焊接的焊接順序

表2 焊接工藝規(guī)范

（8）先完成筒體焊縫的焊接，再完成不銹鋼密封環(huán)的焊接。

（9）焊后的質(zhì)量檢驗

· 依據(jù)設(shè)計圖紙及相關(guān)尺寸公差標(biāo)準(zhǔn)，檢查工件結(jié)構(gòu)尺寸。

· 依據(jù)設(shè)計圖紙及相關(guān)驗收標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行VT、PT、UT無損探傷檢查。

6 結(jié)論

通過對光照水電站圓筒閥的成功制造，進(jìn)一步驗證了所擬定的圓筒閥裝焊工藝合理、可行，結(jié)構(gòu)尺寸及焊縫的質(zhì)量符合設(shè)計要求。首臺圓筒閥的制造成功標(biāo)志著哈電機已掌握了其關(guān)鍵制造技術(shù)，也為大型圓筒閥結(jié)構(gòu)在其他電站的水輪發(fā)電機組中推廣應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。