大型混流式水輪機(jī)座環(huán)裝焊制造工藝

刁麗英

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司)

大型混流式水輪機(jī)座環(huán)裝焊制造工藝

刁麗英

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司)

摘 要：系統(tǒng)的介紹了大型混流式水輪機(jī)座環(huán)裝焊制造工藝，對其裝配、焊接的工藝要點(diǎn)作了詳細(xì)的工藝分析，總結(jié)了大型混流式水輪機(jī)座環(huán)裝焊的新工藝，促進(jìn)了工藝技術(shù)的進(jìn)步和裝焊過程的質(zhì)量控制，同時，為今后制造大型混流式水輪機(jī)座環(huán)裝焊積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：座環(huán);裝焊;工藝;分瓣面

1 大型混流式水輪機(jī)座環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

座環(huán)為平行板式帶有圓弧過渡段及導(dǎo)流弧的組焊結(jié)構(gòu)，由于體積大，座環(huán)均采用的是分瓣結(jié)構(gòu)，分瓣面將在電站進(jìn)行組焊，環(huán)板采用大厚度抗撕裂鋼板，過渡段、大舌板均采用高強(qiáng)鋼板。

2 焊接制造工藝難點(diǎn)

(1)座環(huán)主環(huán)板采用S355J2G3 270 mm厚鋼板，固定導(dǎo)葉采用A668 classE 200 mm厚低合金鋼鍛件制造。如此大厚度A668 classE鍛鋼使用在水輪機(jī)座環(huán)制造中尚屬首次，制造廠家沒有成熟的焊接制造經(jīng)驗(yàn)。準(zhǔn)確評估A668 classE鍛件的焊接性及預(yù)防座環(huán)大厚度主環(huán)板層狀撕裂及冷裂紋的產(chǎn)生，是制造過程中需攻克的重要技術(shù)難點(diǎn)。

(2)因溪洛渡座環(huán)特殊固定導(dǎo)葉厚度為260 mm厚，制造廠家對如此厚度的鋼板沒有成熟的成型經(jīng)驗(yàn)可借鑒，必需論證及實(shí)際驗(yàn)證成型的可行性及可靠性。

(3)溪洛渡座環(huán)4瓣均設(shè)有圓弧型導(dǎo)流弧，由于導(dǎo)流弧采用鋼管劃線氣割下料并與平板組焊形成單節(jié)再參與總裝，氣割配割時變形較大，工序復(fù)雜，相對難度較大。

(4)由于溪洛渡座環(huán)采用大厚板進(jìn)行焊接，與三峽座環(huán)相比，雖采用大厚度鋼板部件的剛度有所增加，但由于焊接量巨大，且上下均有大厚度環(huán)板，焊接變形控制存在極大難度。

(5)溪洛渡座環(huán)是由4瓣組成，到電站要把4瓣組焊成整體后內(nèi)圓的導(dǎo)向帶要有加工。這就要求工地組焊后變形量不能超過加工要求。，如此大的直徑(∮12 000 mm)及大厚度(270 mm)環(huán)板分瓣面焊接后要保證徑向收縮不超過±1.5 mm，上、下環(huán)板不平度不超過2 mm的公差，在工地焊接尚屬首次。

3 采取的工藝措施

(1)由于座環(huán)環(huán)板厚度已達(dá)270 mm，因此焊接接頭的尺寸也大大增加，焊接接頭的組織與性能更加復(fù)雜多變。這就對制定科學(xué)、合理的焊接工藝尤為重要，在焊接中嚴(yán)格控制焊接規(guī)范、合理安排焊接順序、嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度及層間溫度等工藝措施對控制大厚度鋼板可能出現(xiàn)焊接缺陷及焊接冷裂紋的發(fā)生效果顯著。為了進(jìn)一步有效控制部件累計(jì)的變形量，座環(huán)在環(huán)板和導(dǎo)葉焊接完成后，進(jìn)行了追加了中間熱處理，以消除環(huán)板與導(dǎo)葉焊接產(chǎn)生的應(yīng)力對后序裝焊造成累加變形，并在焊接過程中，合理布置裝焊工藝?yán)?，以提高部件自身的抗變形能力?/p>

(2)因溪洛渡座環(huán)特殊固定導(dǎo)葉厚度為260 mm，這樣大厚度成型是非常困難的，經(jīng)過反復(fù)論證最后采取的措施是：鋼板成型前的加熱溫度不能低于1 000℃，成型過程不低于600℃，并且成型前要在工件表面上按圖紙準(zhǔn)確劃出成型素線，壓型時胎具一定要垂直于鋼板表面。

4 裝焊制造工藝要點(diǎn)

(1)將下環(huán)板過流面朝上吊放于平臺支墩上調(diào)平，水準(zhǔn)儀檢查平面度不大于3 mm在過流面上劃出固定導(dǎo)葉內(nèi)、外切圓線。

(2)按線吊裝固定導(dǎo)葉。采用正、反螺旋拉緊器調(diào)整導(dǎo)葉的垂直度，要求不大于1.5 mm。自檢固定導(dǎo)葉與外切圓刻線相切，調(diào)整好后，固定導(dǎo)葉兩面各用兩塊弧形筋板搭焊牢固。

(3)吊裝上環(huán)板，以合縫面加工線和上、下環(huán)板導(dǎo)葉的內(nèi)、外切圓線為基準(zhǔn)，吊線找正。調(diào)整上環(huán)板與下環(huán)板的同心度和平行度。分別在各導(dǎo)葉的頭、尾部及合縫面內(nèi)、外圓取8點(diǎn)測量上、下環(huán)板的開口，計(jì)算平均開口，高度預(yù)留焊接收縮量，要求開口尺寸控制在1 400+15+10 mm。使用水準(zhǔn)儀劃出導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中心線、并打樣沖孔。按圖紙自檢1/4座環(huán)的整體尺寸，上環(huán)板與固定導(dǎo)葉采用弧形筋板搭焊牢固。

(4)座環(huán)尺寸交檢后，焊接前，按圖2布置工藝?yán)?，焊接牢固。上環(huán)板上平面內(nèi)圓側(cè)焊接兩個臨時吊攀。

5 工地組焊工藝要點(diǎn)

5.1 工地環(huán)境的要求

施工現(xiàn)場的溫度不低于5℃，空氣相對濕度不高于85%，焊條、焊劑等焊接材料的貯存庫應(yīng)保持干燥，相對濕度不得大于60%。

5.2 控制焊縫綜合收縮量

焊縫打底及焊縫兩面焊接厚度在坡口深度的1/2時，焊接收縮量最大，因此在此范圍焊接時一定要嚴(yán)格控制焊接線能量及焊道擺寬等工藝參數(shù)，在制定焊接工藝時，重點(diǎn)考慮有利于降低部件焊接殘余應(yīng)力的焊接順序，最大限度地降低殘余應(yīng)力對焊接變形的影響

5.3 采取的主要工藝措施

(1)按照圖紙和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求調(diào)整其平度和圓度，把緊合縫面上的把合螺栓，為監(jiān)測座環(huán)焊接變形，要求每瓣座環(huán)的合縫處必須焊前打上相應(yīng)標(biāo)記，以便測量焊接后的變形情況。用水準(zhǔn)儀和框式水平儀監(jiān)測焊接過程中兩面的平面度變化，每完成要求測量的工序時，都要對變形量做記錄，以便對以后的焊接順序及焊接參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

(2)由8名焊工在各合縫位置，每道合縫處分上、下兩層各1名焊工對稱施焊，環(huán)板預(yù)熱溫度不低于100℃，每層焊接厚度4～5 mm。在焊接根部兩道焊縫時必須選用Φ3.2 mm規(guī)格焊條，使用小規(guī)范電流施焊，焊道寬度不得大于15 mm。

(3)每層焊后除第一層和最后一層外，均進(jìn)行錘擊消除層間焊接應(yīng)力，錘頭應(yīng)磨成圓R2，錘擊點(diǎn)應(yīng)密布且不重復(fù)，錘擊到表面屈服為止。

(4)打底焊后及焊到坡口深度的1/2時，都要對變形情況進(jìn)行測量，以確定下幾層的焊接順序。

(5)焊縫應(yīng)采用分段退步焊。分段長度300～400 mm。上、下層焊接接頭至少錯開50 mm。根部兩道焊縫由內(nèi)向外焊接，其余各層焊接方向交替相反。

(6)焊后用遠(yuǎn)紅外線履帶式加熱器進(jìn)行消氫處理。將焊縫覆蓋保溫材料，加熱溫度250～300℃，保溫3～50 h。

6 結(jié)論

(1)采用新的裝焊工藝控制了單瓣座環(huán)焊接最易出現(xiàn)的勾張變形，滿足了大型座環(huán)的加工要求。從而證明了制訂科學(xué)、合理、嚴(yán)密的焊接制造工藝是提高部件制造質(zhì)量的技術(shù)關(guān)鍵。

(2)合理的科學(xué)工藝流程對裝焊過程中的質(zhì)量能夠完全監(jiān)控。

(3)工地分瓣面的組焊完全達(dá)到了圖紙要求，證明了適當(dāng)合理提高預(yù)熱溫度、加強(qiáng)焊接過程中的錘擊及合理安排焊接順序是有效預(yù)防厚板層間撕裂及控制變形的有效手段。

(4)通過首臺大厚環(huán)板座環(huán)的制造，提高了制造廠生產(chǎn)大容量、高水頭機(jī)組的能力及積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，為以后生產(chǎn)更大容量的水輪機(jī)座環(huán)創(chuàng)造了條件。

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［4］張柄范等.焊縫金屬對高強(qiáng)鋼熱影響區(qū)抗冷裂性的影響［J］.焊接學(xué)報，1991，(3).

［5］王運(yùn)炎.金屬材料與熱處理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984.

中圖分類號：U415.5

C

1008-3383(2011)06-0282-01

收稿日期：2011-03-11

作者簡介：刁麗英(1959-)，女，工程師，從事水輪發(fā)電機(jī)焊接工藝工作。