探析焊接技術(shù)在汽輪機(jī)隔板制造中的應(yīng)用

王昆

摘 要：隔板是汽輪機(jī)中技術(shù)含量和要求高、批量大、制作工藝復(fù)雜的重要部件之一，它在汽輪機(jī)生產(chǎn)中占有很大的比重?，F(xiàn)代汽輪機(jī)隔板大都采用焊接方式把葉片與內(nèi)、外環(huán)連接在一起成為一個(gè)整體，從而達(dá)到消除振動(dòng)和減少蒸汽泄漏的目的。由于隔板制造精度對(duì)汽輪機(jī)效率的影響很大，且直接影響著汽輪機(jī)的生產(chǎn)周期和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，國(guó)內(nèi)外各大汽輪機(jī)制造廠都對(duì)隔板的焊接十分重視。筆者結(jié)合實(shí)際工作，針對(duì)汽輪機(jī)隔板焊接現(xiàn)狀進(jìn)行分析，著重論述了焊接技術(shù)在焊接隔板中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī) 隔板制造 焊接技術(shù) 窄間隙焊

汽輪機(jī)在電廠設(shè)備中起著無(wú)可替代的作用，它是電力工業(yè)的心臟。隔板是核電機(jī)組通流主要部件之一，起到固定靜葉和阻止級(jí)間漏氣的作用，能保證機(jī)組的經(jīng)濟(jì)型和安全性?？紤]到隔板的運(yùn)行環(huán)境，為提高隔板外環(huán)的抗水蝕能力，工藝設(shè)計(jì)上要求在外環(huán)的進(jìn)汽側(cè)、出汽側(cè)汽封處堆焊不銹鋼耐蝕層。因此，國(guó)內(nèi)外各大汽輪機(jī)制造廠都對(duì)隔板的焊接十分重視，投入了很大的物力、精力對(duì)其結(jié)構(gòu)及焊接方式進(jìn)行改進(jìn)，以期提高隔板的焊接質(zhì)量，同時(shí)降低制造成本。

一、汽輪機(jī)隔板焊接現(xiàn)狀

汽輪機(jī)隔板作為汽輪機(jī)的重要部件，其制造質(zhì)量直接影響到機(jī)組的安全性、穩(wěn)定性、熱功轉(zhuǎn)換效率。所以汽輪機(jī)隔板的制造直接反映了汽輪機(jī)制造廠的技術(shù)水平。隔板是用來(lái)固定靜葉片，并將整個(gè)汽缸間隔成若干個(gè)汽室。低壓環(huán)式隔板主要由隔板體、靜葉片和隔板外環(huán)直接焊接而成，隔板通過(guò)外環(huán)直接安裝在汽缸或隔板套內(nèi)專門的凹槽中。葉片與內(nèi)外環(huán)的焊接原來(lái)的工藝采用手工焊條電弧焊，焊后發(fā)現(xiàn)焊縫的外觀成型不好，即焊紋較粗糙、焊縫寬窄不一，同時(shí)葉片、內(nèi)外環(huán)表面的清潔度不好，盡管葉片和內(nèi)外環(huán)上涂了很多防飛濺劑，但是在葉片和內(nèi)外環(huán)上還是產(chǎn)生許多焊豆，極難清理，在清理過(guò)程中有時(shí)損壞了葉片表面的光潔度，并且對(duì)于隔板中兩葉片之間的間隙比較小的就更難清理干凈。

二、焊接技術(shù)在焊接隔板中的應(yīng)用

2.1自帶圍帶式隔板焊接技術(shù)

隔板設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有內(nèi)、外環(huán)部件，導(dǎo)葉片自帶圍帶及內(nèi)、外環(huán)成圈組成隔板的結(jié)構(gòu)。制造時(shí)按照葉片順序號(hào)依次裝配全部導(dǎo)葉片并進(jìn)行整圈焊接的隔板，多用于 300MW 以上反動(dòng)式機(jī)組結(jié)構(gòu)上。自帶圍帶式隔板主要采用 MIG 焊及真空電子束焊兩種焊接方式；隨著真空電子束焊接技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，在汽輪機(jī)焊接制造過(guò)程中逐漸推廣真空電子束焊接方式已經(jīng)成為必然，這為提高自帶圍帶式隔板焊接質(zhì)量，改善工人勞動(dòng)條件，大幅度提高生產(chǎn)效率，提高自帶圍帶式隔板的整體焊接制造水平提供了有力的支撐。為此，現(xiàn)代大功率汽輪機(jī)對(duì)自帶圍帶式隔板的焊接主要使用真空電子束焊方式，MIG 焊方式已經(jīng)逐漸被淘汰。

2.2電子束焊接技術(shù)

（1）焊接原理

電子的產(chǎn)生及電子束的形成和匯聚的工作原理是比較簡(jiǎn)單的。發(fā)射材料加熱后，由于熱發(fā)射效應(yīng)，表面就發(fā)射電子，熱發(fā)射電子在電場(chǎng)的作用下，就沿著電場(chǎng)強(qiáng)度的反方向運(yùn)動(dòng)。所以在熱發(fā)射材料和被焊工件之間加上電位差，通常是工件接正（接地），熱發(fā)射材料接負(fù)（負(fù)高壓），則熱發(fā)射電子就會(huì)連續(xù)不斷地加速飛向工件，形成了電子束流。但這樣的電子束流，其束流密度低、能量不集中，只能加熱卻難以熔化金屬，只有通過(guò)電子光學(xué)系統(tǒng)，把束流匯聚起來(lái)以提高其能量密度后才能達(dá)到熔化焊接的目的。

（2）隔板制造方法

汽輪機(jī)隔板的制造，以往大多采用埋弧焊。由于汽輪機(jī)隔板的焊接部位極多，形狀復(fù)雜，所以，掌握隔板的強(qiáng)度和變形量是一個(gè)重要的課題。六十年代以來(lái)，國(guó)外在汽輪機(jī)隔板的制造中采用電子束焊接技術(shù)。在隔板制造中采用電子束焊接法的主要目的是：（1）由于一次就可獲得灼爆的探度，能夠減少隔板的變形，從而提高了隔板的焊接質(zhì)量；（2）由于不需要加工坡口，所以能在定位板與隔板內(nèi)外環(huán)拼合的情況下進(jìn)行焊接，從而降低了制造成本。

2.3圓柱形圍帶沖孔及成形

高中壓段的大多數(shù)隔板，因汽道的擴(kuò)散不大，一般都將汽道的擴(kuò)散角取為 0 度。此時(shí)葉柵上的內(nèi)外圍帶都呈簡(jiǎn)單的圓柱形。這類圍帶一般在下料并制成帶材后便可按規(guī)定縮尺劃出節(jié)距線進(jìn)行沖孔，然后再?gòu)澇蓤A弧。這種操作程序要比先彎形后按縮尺劃出節(jié)距線再?zèng)_孔要方便得多。由于隔板焊接后要收縮，所以在沖制圍帶孔時(shí)節(jié)距要預(yù)放縮水?？s水的大小參考實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，變化范圍很大。其主要因素如下：縮水率（即縮尺）隨隔板汽道的平均直徑而變化，汽道的平均直徑愈大，縮水率也愈大。反之，汽道的平均直徑愈小，縮水率也愈??；隨隔板的主焊縫剖口的大小而變化，焊縫剖口愈大，縮水率也愈大。反之，焊縫剖口愈小，縮水率也愈??；按規(guī)定的操作要求，使用同樣的焊條，同樣的焊接參數(shù)情況下，各個(gè)焊工按其熟練程度不同，焊成的隔板縮水很懸殊，而且很難找出統(tǒng)一控制的辦法。所以外國(guó)廠家在制度上規(guī)定，指定專人焊接隔板，不僅如此，而且明確規(guī)定，焊隔板的焊工，如有三個(gè)月以上的時(shí)間未從事隔板焊接，在其恢復(fù)做隔板焊接工作前必須先經(jīng)試焊合格。用嚴(yán)格的操作質(zhì)量來(lái)保證隔板的焊接質(zhì)量和穩(wěn)定的縮水率。

2.4窄間隙焊在隔板焊接中的應(yīng)用

由某公司制造的超超臨界1000MW 汽輪機(jī)組，為一次中間再熱、四缸、四排汽、沖動(dòng)、凝汽式汽輪機(jī)。鑒于沖動(dòng)式機(jī)組結(jié)構(gòu)的故有特性，其隔板必然需要承擔(dān)較大的蒸汽壓差。為了能夠滿足隔板在主蒸汽參數(shù) 25MPa，600℃ /600℃的惡劣運(yùn)行工況下的強(qiáng)度要求，設(shè)計(jì)時(shí)隔板的壁厚較大。為了使隔板焊縫的力學(xué)性能，特別是高溫性能能夠滿足汽輪機(jī)的運(yùn)行溫度及壓力的要求，汽輪機(jī)隔板的主焊縫采用深坡口窄間隙結(jié)構(gòu)（焊口深達(dá) 160mm）且要求采用窄間隙焊技術(shù)進(jìn)行焊接，焊接操作難度較大。如果不采取一定的措施很難保證隔板主焊縫的焊接質(zhì)量，而隔板的焊接質(zhì)量對(duì)于提高整個(gè)機(jī)組的效率及安全運(yùn)行，以避免動(dòng)靜碰摩事故給電廠和制造廠造成重大經(jīng)濟(jì)損失具有重要的意義。

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，氣體保護(hù)焊及埋弧焊已成為隔板主焊縫焊接的常規(guī)方式，窄間隙氣體保護(hù)焊及真空電子束焊則成為先進(jìn)焊接方式的代表。鑒于隔板結(jié)構(gòu)的特殊性及設(shè)備初期投入成本、日常維護(hù)等費(fèi)用來(lái)看，窄間隙氣體保護(hù)焊則更具優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]趙博，范成磊，楊春利，孫清潔.窄間隙 GMAW的研究進(jìn)展. 焊接，2008，（2）：11-14.