白鶴灘右岸電站轉(zhuǎn)子支架焊接與質(zhì)量控制研究

摘? 要：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子作為水輪發(fā)電機(jī)組主要部件之一，其具有尺寸大、工序多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。本文以白鶴灘右岸水電站為例，介紹了圓盤支架轉(zhuǎn)子焊接質(zhì)量控制方法，總結(jié)出該類轉(zhuǎn)子支架焊接工藝的改進(jìn)措施，重點(diǎn)分析了焊接過程中對變形控制方法及缺陷問題的處理措施，以期進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)子支架的焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：白鶴灘;水電站;支架;焊接;變形控制;質(zhì)量控制

中圖分類號：TV547.3??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2020）06-0000-00

0 概述

白鶴灘水電站壩址位于四川省寧南縣和云南省巧家縣交界的金沙江下游界河上。白鶴灘水電站共裝設(shè)16臺單機(jī)1000MW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組（其中左右岸各裝設(shè)9臺），其分別由哈爾濱電機(jī)廠和東方電機(jī)廠供貨，右岸八臺哈電機(jī)組由中國葛洲壩集團(tuán)機(jī)電建設(shè)有限公司中標(biāo)安裝。其轉(zhuǎn)子安裝特點(diǎn)為尺寸大、重量大、標(biāo)準(zhǔn)高，廠家對安裝工序和質(zhì)量指標(biāo)要求非常嚴(yán)格。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛外徑為Φ15666 mm，轉(zhuǎn)子磁軛高度為3700 mm，整體轉(zhuǎn)子重量約2400t（含軸和磁極），主要由轉(zhuǎn)子支架、磁軛、磁極和轉(zhuǎn)子引線等部件組成，轉(zhuǎn)子支架包括中心體和外環(huán)組件，中心體和分瓣的外環(huán)組件在工地焊為一體。轉(zhuǎn)子支架采用斜立筋結(jié)構(gòu)，立筋在工地組焊后由哈電在現(xiàn)場加工，其不僅是作為磁極和磁軛的支撐部件，同時也是通風(fēng)元件，起到離心風(fēng)機(jī)的作用。此外，在裝配過程中要對轉(zhuǎn)子的各項(xiàng)圓度水平度進(jìn)行控制，以達(dá)到其靜態(tài)平衡目的。尤其是轉(zhuǎn)子支架的組裝焊接工作，既要控制好所有焊縫質(zhì)量，同時還要控制焊接變形，以此保證轉(zhuǎn)子組裝的整體質(zhì)量。

1 轉(zhuǎn)子支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

轉(zhuǎn)子圓盤支架結(jié)構(gòu)主要由中心體與上、下圓盤、制動環(huán)和28條斜立筋等焊接而成，其中分為1個中心體和7個外環(huán)組件，轉(zhuǎn)子中心體重103t，轉(zhuǎn)子支架組裝后最大外徑為φ14480 mm，總高3780 mm，到貨后在工地組焊。其其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 轉(zhuǎn)子組焊技術(shù)要求

轉(zhuǎn)子支架是轉(zhuǎn)子組裝的基礎(chǔ)，其影響后續(xù)轉(zhuǎn)子能否順利的進(jìn)行磁軛疊裝及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性。

（1）開焊前須檢查焊縫組對及定位焊、加筋板的布置裝配焊接是否符合設(shè)計(jì)要求，如未達(dá)標(biāo)，應(yīng)處理至符合設(shè)計(jì)要求后再進(jìn)行焊接。（2）在轉(zhuǎn)子支架焊接前驗(yàn)收的數(shù)據(jù)必須符合相關(guān)規(guī)定，具體見表1。（3）焊接方式。手工電弧焊、CO氣體保護(hù)焊。焊接時以CO氣體保護(hù)焊為主，既可減小焊接變形，又可提高焊接效率。（4）焊接預(yù)熱要求，焊前，各焊縫依據(jù)板厚不同，需采取不同的預(yù)熱溫度。板厚δ=40 mm，預(yù)熱溫度為50℃;板厚δ=60 mm，預(yù)熱溫度為80℃;板厚δ=100 mm，預(yù)熱溫度為100℃，下閘板板厚為δ=50 mm，預(yù)熱溫度為50℃。（5）焊接工藝參數(shù)。焊接所用的焊材型號為E5015型，焊接工藝參數(shù)見表2。（6）轉(zhuǎn)子支架所有焊縫坡口形式均采用不對稱“X”形坡口，開焊前應(yīng)確認(rèn)大坡口方向，確定正縫位置。由于不對稱“X”形坡口間隙大，應(yīng)對焊縫進(jìn)行鑲邊處理，保證鑲邊坡口間隙3～4mm。（7）焊縫焊接時應(yīng)采取對稱、分段退步焊或分段跳焊、多層多道焊等方法。分段長度，封底和填充層為350～450 ㎜，蓋面層可直通焊。每層焊縫厚度一般不超過5 ㎜;焊接線能量嚴(yán)格控制在≤45KJ/cm以內(nèi)，Φ3.2焊條每次所焊焊縫長度不得小于45 mm，Φ4焊條每次所焊焊縫長度不得小于65 mm。每道焊縫焊前必須將上一道焊渣徹底清除干凈，道間接頭應(yīng)錯開30～50 ㎜。（8）由14名焊工在對稱位置同時、同向、同速、同規(guī)范進(jìn)行多道多層焊接。因?yàn)檗D(zhuǎn)子支架焊接為大型結(jié)構(gòu)焊接，非一人之功，因此必須制定出科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮附庸に嚭蛧?yán)格規(guī)范的焊工管理制度。

3 轉(zhuǎn)子支架焊接工藝流程

3.1 把合塊焊接

先將轉(zhuǎn)子支架焊縫上所有的拔合塊分瓣組合處進(jìn)行焊接，7名焊工同時同步、對稱焊接，每個拔合塊最少焊接兩個面，如拔合塊內(nèi)有墊板，應(yīng)當(dāng)將墊板點(diǎn)焊。

3.2 加強(qiáng)板焊接

加強(qiáng)板安裝：上環(huán)徑向縫上每條縫均布4塊，中環(huán)徑向縫上每條縫均布5塊，下環(huán)徑向縫上每條縫均布5塊，下閘板上每條縫均布2塊。先焊接所有加強(qiáng)板單邊，待焊縫冷卻后，再焊接另一邊，速度基本保持一致，焊角要求10～12 mm，加強(qiáng)板焊接后檢測各百分表數(shù)據(jù)是否在合格范圍內(nèi)。

3.3 轉(zhuǎn)子支架定位點(diǎn)焊

3.3.1 定位焊順序

（1）對立焊縫進(jìn)行定位焊;（2）對中環(huán)板徑向焊縫進(jìn)行定位焊;（3）對上環(huán)板徑向焊縫進(jìn)行定位焊;（4）對下環(huán)板徑向焊縫進(jìn)行定位焊;（5）對擋風(fēng)板立焊縫、徑向焊縫進(jìn)行定位;（6）對制動環(huán)徑向焊縫進(jìn)行定位焊。

3.3.2 定位焊控制過程

根據(jù)實(shí)測轉(zhuǎn)子支架尺寸數(shù)值大小選擇定位焊焊點(diǎn)數(shù)量、定位焊位置。原則上每道合縫處至少3段定位焊。先焊中間，再焊內(nèi)側(cè)，最后焊外側(cè)。定位焊縫距焊縫端部30 mm以上，長60～80 mm，間隔300～400 mm，焊縫厚度8～10 mm，上下兩層焊道錯開20～30 mm。對于清根焊縫，定位焊應(yīng)焊在焊縫的清根側(cè)。

3.4 正式焊接

3.4.1 中心體側(cè)筋與外環(huán)組件立筋之間的立焊縫

（1）14名焊工按照側(cè)腹板排列的間隔均布于各位置上，采取多層多道、分段跳、同時、同向并基本保持同進(jìn)度、同規(guī)范進(jìn)行施焊，按照下圖所示的順序依次焊接中心體側(cè)筋與外環(huán)組件立筋之間的立焊縫。（2）對于每條立焊縫，將其在垂直方向等分為7等份，按分段間隔跳施焊。立縫，徑向縫焊間采用分段退步跳躍焊接方法。正縫焊1/2后清根著色探傷后焊背縫，焊背縫2/3后再焊正縫，正反交替焊接。

3.4.2 上環(huán)、中環(huán)、下環(huán)徑及下閘板徑向縫的焊接

上環(huán)、中環(huán)、下環(huán)均按焊接順序先焊接平焊一側(cè)，待背縫清根、探傷后再按焊接順序焊接背縫。徑向縫由14名焊工分白班、中班進(jìn)行焊接，先焊接中環(huán)→上環(huán)→下環(huán)，同時、同向、同速、同規(guī)范進(jìn)行施焊，先焊接位置為平焊。先焊接中環(huán)徑向縫，平焊1/2～2/3深度，然后在小坡口側(cè)使用碳弧氣刨進(jìn)行清根并打磨去除滲碳層，做MT或PT探傷檢查。再焊接上環(huán)徑向縫，平焊1/2～2/3 深度，最后焊接下環(huán)徑向縫，平焊1/2～2/3 深度。所有徑向縫正縫均焊接完成1/2～2/3 深度后，轉(zhuǎn)入背縫仰焊的焊接。背縫仰焊依照中環(huán)→上環(huán)→下環(huán)的焊接順序，在確認(rèn)背縫清根無缺陷后焊接仰焊至1/2 坡口深度。最后交替施焊兩側(cè)坡口，直至填滿整個坡口。在現(xiàn)場工藝人員的指導(dǎo)下隨時調(diào)整焊接順序，糾正焊接變形。加強(qiáng)板的去除應(yīng)選擇各徑向縫焊接厚度達(dá)板厚的2/3后割除加強(qiáng)板。

3.5 擋風(fēng)板與制動環(huán)焊接

由7名焊工同時、同向、同速、同規(guī)范對制動環(huán)焊縫進(jìn)行焊接，先將大坡口側(cè)焊接到1/2～2/3 深度，然后在小坡口側(cè)使用碳弧氣刨進(jìn)行清根并打磨去除滲碳層，做MT或PT探傷檢查，在確認(rèn)背縫清根無缺陷后焊接仰焊至1/2坡口深度。最后交替施焊兩側(cè)坡口，直至填滿整個坡口。在現(xiàn)場工藝人員的指導(dǎo)下隨時調(diào)整焊接順序，糾正焊接變形。

4 焊接變形及焊接質(zhì)量控制

4.1 焊接變形控制

在轉(zhuǎn)子焊接過程中，對比測量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子半徑和主立筋垂直度是控制的關(guān)鍵指標(biāo)，是決定轉(zhuǎn)子焊接質(zhì)量的關(guān)鍵一步。所以每次焊接后的監(jiān)測數(shù)據(jù)是評價(jià)上道工序焊接正確性和確定下道所要焊接部位和順序的主要依據(jù)，這樣才能使轉(zhuǎn)子支架焊接變形處于可控狀態(tài)。

4.2 焊接質(zhì)量控制

（1）由于轉(zhuǎn)子為大型厚板結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接過程中存在較大應(yīng)力，為防止產(chǎn)生裂紋，減省焊后熱處理，可在焊接過程中采用機(jī)械捶擊方法釋放應(yīng)力。（2）轉(zhuǎn)子支架上中下環(huán)板厚度主要為60mm，所以要先進(jìn)行80℃的預(yù)熱，以減少熱應(yīng)力，從而減少約束應(yīng)力，防止冷裂紋的產(chǎn)生。（3）E5015焊條焊前在350℃烘烤1～2小時，然后在100℃保溫備用。焊條隨用隨取，且裝在裝用焊條保溫桶中進(jìn)行保溫。（4）轉(zhuǎn)子支架表面電弧損傷及焊疤等應(yīng)修磨平整。焊縫外形尺寸和外觀質(zhì)量不符合規(guī)定時，允許焊工自行修整，但表面裂紋不得擅自處理，應(yīng)及時報(bào)告焊接工程師。

5 結(jié)語

從白鶴灘14#機(jī)組的轉(zhuǎn)子支架整個焊接過程及結(jié)果來看，通過約束焊接完全可達(dá)到預(yù)期效果，且其質(zhì)量指標(biāo)符合廠家及業(yè)主要求。由于大型水電站轉(zhuǎn)子支架焊接難度越來越大，因此在焊接前對整個過程認(rèn)真分析，并制定正確的工藝措施并執(zhí)行是非常有必要的。通過在白鶴灘水電站1000MW機(jī)組轉(zhuǎn)子焊接中的成功實(shí)踐，提高了施工工期及焊接質(zhì)量，同時為后續(xù)大型水電站設(shè)備焊接技術(shù)提供了參考。

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收稿日期：2020-05-06

作者簡介：黃平（1983—），男，湖北黃岡人，本科，工程師，研究方向：水電站機(jī)電安裝、檢修與技術(shù)管理。

Research on Welding and Quality Control of Rotor Support of Baihetan Right Bank Power Station

HUANG Ping

（China Gezhouba Group Electromechanical Construction Co.， Ltd，? Yichang? Hubei? 443002）

Abstract：The generator rotor is one of the main parts of hydro generator set， it has the characteristics of large size， many processes and complex structure. This paper takes the Right Bank Hydropower Station of Baihetan as an example， the welding quality control method of disc support rotor is introduced， the improvement measures of welding process for this kind of rotor bracket are summarized， the deformation control method and defect treatment measures in the welding process are mainly analyzed， in order to further improve the welding quality of rotor bracket.

Key words： Baihetan; hydropower station; support; welding; deformation control; quality control