空冷185 MW汽輪發(fā)電機(jī)定子機(jī)座裝焊工藝研究

孫柏洲，張 淮，陳志磊，王 青

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

空冷185 MW汽輪發(fā)電機(jī)定子機(jī)座裝焊工藝研究

孫柏洲，張 淮，陳志磊，王 青

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

介紹了空冷185 MW汽輪發(fā)電機(jī)定子機(jī)座的技術(shù)難度，關(guān)鍵是機(jī)座結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隔板多且材料薄，通風(fēng)管及彈簧棒數(shù)量多、裝配間隙小，造成機(jī)座焊接的困難很大。經(jīng)過技術(shù)論證，重新制訂了隔板的氣割工藝控制了隔板變形，定制了機(jī)座專用焊接工具，選用適當(dāng)?shù)暮附庸に嚰把b焊順序，修改了加工公差要求。通過修訂工藝文件及技術(shù)要求，保證了機(jī)座焊接的加工質(zhì)量。

汽輪發(fā)電機(jī)；空冷；機(jī)座；裝焊；工藝

0 引言

空冷汽輪發(fā)電機(jī)以其性能穩(wěn)定、成本較低、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，越來越受到廣大用戶的青睞?？绽?85 MW汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，裝焊難度較大，質(zhì)量要求高，工藝過程復(fù)雜。機(jī)座裝配的同心度、垂直度及加工余量、焊接質(zhì)量均有較高的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

1 技術(shù)難度

此定子機(jī)座結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造方案的選擇和質(zhì)量控制很難，在摸索中前進(jìn)，需要具有一定的技術(shù)創(chuàng)造性。機(jī)座整體焊接后如圖1、圖2所示。

制造技術(shù)關(guān)鍵：

1) 定子機(jī)座結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配位置復(fù)雜，裝配精度要求高。

圖1 機(jī)座焊接后之一

圖2 機(jī)座焊接后之二

2) 通風(fēng)管路數(shù)量多，尺寸規(guī)格多；

3) 彈簧棒數(shù)量多，彈簧棒直線方向尺寸較大，插裝難度大；

4) 彈簧棒和通風(fēng)管的數(shù)量多，相應(yīng)地隔板上的孔數(shù)量也增多，極易造成多層隔板的孔的同心度偏差過大。后續(xù)插裝彈簧棒等線性尺寸大的零件非常困難；

5) 彈簧棒墊圈數(shù)量多，裝配過程復(fù)雜；

6) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，操作空間狹小。裝配、焊接及清理的難度很大；

7) 生產(chǎn)圖紙和制造工藝不能完全引用傳統(tǒng)的制造方案。很多結(jié)構(gòu)都和傳統(tǒng)的定子機(jī)座有所不同，需廠內(nèi)設(shè)備重新制定制造此定子機(jī)座的制造工藝；

8) 質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)高，公差配合要求嚴(yán)。單件及裝配、焊接后的尺寸、探傷等檢查標(biāo)準(zhǔn)要求非常嚴(yán)格。例如部分單件在廠內(nèi)成型后的尺寸要求精度很高，無法滿足圖紙要求及后續(xù)裝配尺寸，需重新制定下料及裝配、焊接及加工的部分順序及工藝。

2 技術(shù)論證和技術(shù)準(zhǔn)備

合理的論證和充分的技術(shù)準(zhǔn)備是保證定子機(jī)座裝焊質(zhì)量的關(guān)鍵。方案的論證基于技術(shù)的準(zhǔn)備、定子機(jī)座單件的成型和定子機(jī)座裝配、焊接操作空間小以及焊接方法的選擇、裝配焊接工具的設(shè)計(jì)制造等幾個(gè)方面。

1) 前期技術(shù)文件的準(zhǔn)備

此定子機(jī)座的圖紙及工藝、檢查等技術(shù)文件是依據(jù)廠內(nèi)的設(shè)備生產(chǎn)能力、廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念及生產(chǎn)工藝的制定、規(guī)劃等條件進(jìn)行編制的。在借鑒傳統(tǒng)定子機(jī)座制造工藝的同時(shí)，需要深思熟慮，認(rèn)真仔細(xì)地對(duì)比此制造方案的技術(shù)可行性、技術(shù)改進(jìn)方案等等，給前期的技術(shù)準(zhǔn)備工作帶來了很多的難題。經(jīng)過認(rèn)真研究，多方咨詢各個(gè)部門及分廠的溝通、設(shè)備認(rèn)證，很好地完成了前期的技術(shù)準(zhǔn)備工作。

2) 隔板下料控制氣割變形的方案

由于隔板較薄且外圓不是圓型，隔板上孔的數(shù)量多，尺寸規(guī)格多，氣割后極易變形?？着c相應(yīng)待裝配的彈簧棒、通風(fēng)管等的配合間隙小，或出現(xiàn)配割量大，焊縫處間隙較大的問題，變形后就會(huì)嚴(yán)重影響彈簧棒和通風(fēng)管等的裝配。所以，下料期間控制氣割變形的工藝十分重要。

3) 裝焊工具的選擇

定制了定子機(jī)座專用的定位三角架(圖3)，隔板臨時(shí)支撐工具，臨時(shí)支撐筋板等以保證定子機(jī)座零件及整體的裝配精度。

圖3 機(jī)座專用定位三角架

4) 焊接方法的選擇

因焊接操作空間受限，且要保證良好的焊接質(zhì)量，在定子機(jī)座焊接時(shí)采用熔化極氣體保護(hù)焊。外皮裝配后的環(huán)焊縫將在焊接胎具上完成。另外適當(dāng)配合使用手工電弧焊和鎢極氬弧焊等焊接方法來提高焊接質(zhì)量。

5) 裝焊順序的確定

合理的裝焊順序是保證定子機(jī)座制造質(zhì)量的有效措施。先后多次到車間生產(chǎn)一線調(diào)研，與設(shè)計(jì)部溝通，最終確認(rèn)了185 MW定子機(jī)座的制造方案。

3 工藝措施

1) 隔板的備料及隔板下料控制氣割變形的方案

前節(jié)已經(jīng)指出，由于隔板較薄且隔板上孔的數(shù)量多，孔與相應(yīng)待裝配的彈簧棒、通風(fēng)管等的配合間隙小，裝配時(shí)可能出現(xiàn)配割量大、焊縫處間隙較大的問題，所以控制下料產(chǎn)生的氣割變形十分重要。二次精割時(shí)采取防變形措施，注意控制精割速度并觀測其變形趨勢，及時(shí)調(diào)整精割位置，減小隔板下料后變形。最后能很好地滿足圖紙要求。

2) 端板太薄，焊后變形量較大，而且端板加工量小，加工量僅為5 mm，難以保證加工。經(jīng)設(shè)計(jì)多次溝通及提交整改方案，最后設(shè)計(jì)圖紙更改完成，增加端板的厚度，厚度為70 mm。這樣就能達(dá)到后續(xù)加工的尺寸要求，完善了制造設(shè)計(jì)。

3) 由于及通風(fēng)管等線性尺寸較長，在后裝配時(shí)，很難將其插入。所以在裝配彈簧棒及通風(fēng)管等線性尺寸較長的零部件在裝配前進(jìn)行壓型校直，也可利于安裝的順利進(jìn)行。

4) 改進(jìn)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，改進(jìn)產(chǎn)品的完善性。彈簧棒膠皮蓋板為整圓結(jié)構(gòu)，且數(shù)量多，每一段的彈簧棒與隔板之間都要套裝進(jìn)去。如果在裝配過程中將其遺漏，后續(xù)無法完整地進(jìn)行安裝補(bǔ)救。所以和設(shè)計(jì)部門多次溝通協(xié)商，最后將彈簧棒膠皮蓋板設(shè)計(jì)改為半圓下料，安裝完成后對(duì)兩半圓合縫處進(jìn)行點(diǎn)焊固定，以保證強(qiáng)度問題。這樣便于后序的安裝，減少后序操作難度。

5) 控制產(chǎn)品的焊接變形

不銹鋼端板與不銹鋼立板的焊角較大，致使勵(lì)端底板變形較大。改進(jìn)措施：焊接時(shí)嚴(yán)格控制焊接電流、焊接速度、對(duì)稱焊接等，焊后進(jìn)行火焰校型。

6) 加工公差要求的改變

在裝焊中由于弧形板與中板及邊板的配合尺寸均相同，且均為自由公差，導(dǎo)致無法裝焊。后經(jīng)研究，將中板和邊板的外圓尺寸分別按正負(fù)公差下料，之后順利裝焊。然后對(duì)圖紙進(jìn)行改版增加公差要求。由于中板和邊板其余尺寸均不需加工，且該部件下料完成后就參與裝焊，如果將此尺寸改為加工，則需將此部件轉(zhuǎn)到加工分廠進(jìn)行加工后再轉(zhuǎn)回冷作分廠進(jìn)行裝焊，浪費(fèi)時(shí)間和費(fèi)用。且此件是焊接件，車間火焰切割后打磨，只要保證焊接性就可以，無須過高的精度。

7) 制定合理的焊接變形收縮量

結(jié)合定子機(jī)座高度及裝配部件的焊縫形式、焊接強(qiáng)度，制定了合理的裝配尺寸、預(yù)留焊接收縮量。定子機(jī)座隔板裝配高度較理論高度預(yù)留焊接收縮量1～2 mm，整體裝配后定子機(jī)座總高預(yù)留焊接收縮量10～15 mm。

8) 采用熔化極氣體保護(hù)焊

焊絲采用ER50-6，采用分段對(duì)稱焊接，控制焊接變形。按焊接順序依次焊接，焊接順序見圖4。同一水平位置接頭，對(duì)稱均勻焊接，按圖要求焊完，控制變形。

焊接工藝規(guī)范：

采用熔化極氣體保護(hù)焊，焊絲牌號(hào)：ER50-6，直徑1.2 mm。

混合氣體：80%氬氣+20%二氧化碳?xì)怏w。

氣體流量：15～20 L/min。

焊接電流：平焊和橫焊：150～350 A，立焊：120～160 A，仰焊：120～150 A。

焊接電壓: 18～32 V。

焊接前該處需要預(yù)熱至50℃。嚴(yán)格控制層間溫度不大于260℃。

采用分段鑲邊退步焊接。每段焊縫長度不大于500 mm。

除底層焊道和表層焊道以外，其他各層焊道需要進(jìn)行充分錘擊。

焊接過程中監(jiān)測環(huán)板板平度變化情況，變化3 mm以上時(shí)停止焊接。

圖4 焊接順序

4 結(jié)語

1) 工藝文件的改進(jìn)

通過合理改進(jìn)傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)定子機(jī)座的技術(shù)文件，使其適合廠內(nèi)生產(chǎn)能力，有效地發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，并改進(jìn)其中部分技術(shù)缺陷，使生產(chǎn)多樣化的定子機(jī)座提升一個(gè)技術(shù)高度。

2) 通過制定合理的焊接參數(shù)、焊接工藝可以解決相應(yīng)的焊接操作空間小及焊接變形等問題，提高焊接質(zhì)量。

3) 通過改進(jìn)焊接方法，修復(fù)了缺陷，提高了焊接質(zhì)量，縮短了生產(chǎn)周期。

4) 合理地設(shè)計(jì)裝配工具和制定裝配、焊接順序是保證裝焊質(zhì)量的關(guān)鍵。

孫柏洲，男 ，1979年7月生，大學(xué)本科，工程師。2003年參加工作，哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司冷作分廠。