福清、方家山核電主泵電動(dòng)機(jī)制造工藝研究

陳志磊，孫柏洲

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司， 黑龍江哈爾濱 150040)

福清、方家山核電主泵電動(dòng)機(jī)制造工藝研究

陳志磊，孫柏洲

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司， 黑龍江哈爾濱 150040)

介紹了自行設(shè)計(jì)的核電站主泵電動(dòng)機(jī)定子鐵心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過技術(shù)分析與探討，對定子鐵心裝配焊接的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，針對各項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)制定了包括下料、成型、拼焊、裝配及焊接等工序上行之有效的工藝措施，為今后同類產(chǎn)品的生產(chǎn)制造積累了經(jīng)驗(yàn)。

核電；主泵電動(dòng)機(jī)；定子鐵心；焊接制造技術(shù)

0 引言

主泵電動(dòng)機(jī)是核電站核島循環(huán)系統(tǒng)的一部分。定子鐵心是主泵電動(dòng)機(jī)核心部件之一。因此，定子鐵心的裝配焊接質(zhì)量直接關(guān)系到產(chǎn)品的核心質(zhì)量。

主泵電動(dòng)機(jī)定子鐵心由定子壓板、機(jī)座側(cè)板、定子盒形支柱、筋板、T型鋼及定子通風(fēng)槽板裝配等部件組成。定子鐵心輪廓尺寸2 500 mm×2 500 mm×1 200 mm。定子鐵心在裝配焊接的結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，焊接接頭型式多，并且需在裝壓狀態(tài)下焊接，焊接空間位置狹小，并且多為薄板焊接，焊接容易產(chǎn)生裂紋及變形。

筆者主要介紹定子鐵心的裝配焊接工藝方案以及采取的各項(xiàng)措施，可以滿足圖紙要求的工藝過程可為今后類似結(jié)構(gòu)產(chǎn)品積累經(jīng)驗(yàn)。

1 定子鐵心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及裝配焊接過程中的難點(diǎn)

1) 定子鐵心由定子壓板、機(jī)座側(cè)板、定子盒形支柱、筋板、T型鋼及定子通風(fēng)槽板裝配等部件組成。定子鐵心輪廓尺寸2 500 mm×2 500 mm×1 200 mm。定子鐵心見圖1。

2) 定子鐵心中加熱器支架、布線架等多為8 mm或10 mm薄板結(jié)構(gòu)，并且為單側(cè)角焊。因此薄板形式的焊接結(jié)構(gòu)較多。定子盒形支柱與定子壓板之間的焊接為異種鋼的焊接，并且為單側(cè)大U型坡口，坡口深度約40 mm，并在外側(cè)存在20 mm角焊縫的結(jié)合形式。特殊的結(jié)構(gòu)與焊接形式給后續(xù)的裝配及焊接變形控制帶來相當(dāng)大的難度。定子鐵心焊接結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 定子鐵心

圖2 定子鐵心焊接結(jié)構(gòu)

3) 定子鐵心中定子盒形支柱與定子壓板之間焊縫、筋板與鐵心之間焊縫、T型鋼與與鐵心之間焊縫等，必須在裝壓狀態(tài)下焊接。因此焊縫產(chǎn)生的應(yīng)力較大，焊接后焊縫有產(chǎn)生裂紋的傾向。此外鐵心的材質(zhì)為硅鋼片，焊接性能不好，更會(huì)加劇裂紋產(chǎn)生的傾向。定子鐵心在加壓狀態(tài)下焊接見圖3。

4) 定子盒形支柱承擔(dān)整個(gè)定子鐵心的全部重量，結(jié)構(gòu)緊湊空間狹小，最狹窄處僅40 mm。焊接接頭型式多，焊接量大，焊后要求進(jìn)行消除應(yīng)力退火，不利于變形控制。由于起吊要求平穩(wěn)，對吊攀的裝配位置、吊攀端面垂直度等尺寸要求較嚴(yán)。定子盒形支柱結(jié)構(gòu)見圖4。

圖3 定子鐵心在加壓狀態(tài)下焊接

圖4 定子盒形支柱結(jié)構(gòu)

5) 定子鐵心在裝配焊接的結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜。焊接空間位置狹小，并且要求不能有任何雜質(zhì)進(jìn)入鐵心內(nèi)部。因此焊接前及焊接過程中，要進(jìn)行大量的保護(hù)工作，采用阻燃遮擋物將可能有焊渣飛濺的區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，以防止焊渣飛濺、切割火焰等對鐵心區(qū)域引起傷害。

2 生產(chǎn)制造過程中采取的工藝措施

2.1 下料、成型、拼焊等方面采取的工藝措施

1) 為了避免焊縫的應(yīng)力集中，減小焊接所產(chǎn)生的變形，定子鐵心中的機(jī)座側(cè)板、定子壓板、隔板、筋板等均采用數(shù)控氣割機(jī)整體下料。采用油壓機(jī)壓平后再加工，確保后續(xù)裝配減小累積誤差。

2) 由于對定子盒形支柱吊攀的裝配位置、吊攀端面垂直度等尺寸要求較嚴(yán)，因此對定子支柱前板、定子支柱后板上的吊攀孔采用加工的方式保證配合間隙的合理。

3) 為保證定子支柱前板兩塊板的圓孔同心度，采用先數(shù)控氣割機(jī)下料，在圓孔處留出單邊5 mm的加工余量，再找正中心裝焊成一體，最后一起加工。

2.2 裝配方面采取的工藝措施

由于定子鐵心結(jié)構(gòu)復(fù)雜、單件數(shù)量多、焊接接頭型式多、焊縫位置集中，焊接容易產(chǎn)生裂紋及變形。為了確保焊接質(zhì)量，控制及減小焊接變形程度，把整體裝配拆分為多個(gè)小的分裝配，并合理地安排裝配焊接順序。

1) 定子盒形支柱中，吊攀管與吊攀擋板分裝配，然后再與定子支柱前板裝配焊接，焊接后修形。可保證吊攀端面與定子支柱前板的平行度，滿足了整體裝配時(shí)的尺寸要求，減小累積誤差。

2) 在定子盒形支柱的裝配過程中，把定子支柱前板(已吊攀管裝配焊接完成)、定子支柱側(cè)板、定子支柱蓋板裝配成一側(cè)敞開的箱體結(jié)構(gòu)，提高整體結(jié)構(gòu)的剛性。在開口處支撐拉筋后焊接內(nèi)部焊縫并探傷完畢，然后修形并去除支撐拉筋。最后采用插入的方式裝配定子支柱后板，調(diào)整間隙合適后焊接完成備用。

3) 在定子鐵心的裝配過程中，首先是在裝壓機(jī)上裝配定子壓板，并在其上進(jìn)行鐵心疊片。疊片后裝配另一塊定子壓板并開始加壓。持續(xù)壓力在200 t左右，保壓的過程中裝配定子盒形支柱、筋板、T型筋、鋼管、墊板及機(jī)座側(cè)板。裝配定子盒形支柱是其中的難點(diǎn)。首先在4件定子盒形支柱單件上分別確定其中心線。裝配時(shí)要保證4件定子盒形支柱的中心線與鐵心的中心線在同一水平面上，才能確保起吊的平穩(wěn)，因此裝配時(shí)需采用水準(zhǔn)儀反復(fù)測量比對。

4) 在裝配機(jī)座側(cè)板前，應(yīng)先完成筋板、T型筋、鋼管、墊板的裝配與焊接，避免后續(xù)機(jī)座側(cè)板閉合后部分焊縫無法焊接。

2.3 焊接方面采取的工藝措施

1) 焊接方法采用熔化極氣體保護(hù)焊。熔化極氣體保護(hù)焊有工作效率高、焊縫質(zhì)量高(抗裂性能好)、焊接變形和應(yīng)力小、能獲得較高質(zhì)量的焊縫等優(yōu)點(diǎn)。

2) 焊接前及焊接過程中，對鐵心區(qū)域進(jìn)行保護(hù)工作。采用阻燃遮擋物將可能有焊渣飛濺的區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，以防止焊渣飛濺、切割火焰等對鐵心區(qū)域引起傷害。

3) 為保護(hù)鐵心不受損害，焊前不能預(yù)熱，但需清理去除焊接區(qū)域30 mm范圍內(nèi)的油、漆、水、探傷液等有害雜質(zhì)。

4) 在焊接時(shí)，操作者在對稱位置進(jìn)行焊接，采用多層多道，分段退步焊。多層焊接接頭按梯形錯(cuò)開25 mm,合理翻身等工藝手段(在定子壓板與定子盒形支柱之間的U型坡口焊接2/3時(shí)允許去除壓力載荷并對工件翻身)，能有效地減小焊接變形，保證焊縫質(zhì)量。

5) 焊接時(shí)首先對稱焊接外側(cè)角焊，后焊內(nèi)側(cè)坡口焊縫。為了減小焊接應(yīng)力，除表層和底層不錘擊外，其余逐層錘擊。錘擊以焊縫金屬表面屈服為準(zhǔn)。焊接時(shí)采用小規(guī)范控制熱輸入量，并控制焊縫層間溫度不大于150℃。

3 結(jié)語

1) 經(jīng)過事先認(rèn)真的論證和周密的生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備，在生產(chǎn)一線操作者的辛勤努力下，在各工序的協(xié)同工作下，新的裝焊工藝滿足了設(shè)計(jì)對主泵電動(dòng)機(jī)定子鐵心焊接變形小，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高的要求。

2) 克服了生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種難題，合理地、科學(xué)地組織工藝流程和工藝措施，控制了此種結(jié)構(gòu)的裝配焊接質(zhì)量。

3) 通過對主泵電動(dòng)機(jī)定子鐵心的制造，提高了生產(chǎn)不同類型產(chǎn)品的能力，為今后同類產(chǎn)品的生產(chǎn)制造積累了經(jīng)驗(yàn)。

陳志磊，男，1981年生，焊接工程師，2004年畢業(yè)于佳木斯大學(xué)金屬材料專業(yè)，現(xiàn)任哈爾濱電機(jī)廠冷作分廠工長助理，多年從事汽輪發(fā)電機(jī)及核電產(chǎn)品的生產(chǎn)與制造。