水輪機(jī)葉片加工過(guò)程質(zhì)量控制

于強(qiáng) 哈爾濱電機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司

水輪機(jī)一般是被用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，而水輪機(jī)葉片的加工和質(zhì)量影響著發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全和可靠性。水輪機(jī)的葉片需要設(shè)計(jì)成三維扭曲曲面體，一直采用的是砂型鑄造的工藝、人工鏟磨、葉片的檢測(cè)使用的是木質(zhì)立體樣板；目前，經(jīng)過(guò)多年的研究，逐漸出現(xiàn)了先將葉片模壓成型，然后進(jìn)行鏟磨、加工成型的工藝和使用數(shù)控機(jī)床加工葉片的工藝。每一種工藝都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

一、在葉片加工之前對(duì)文件的控制

對(duì)于文件的控制主要是保證文件是完整的，受控是不是標(biāo)準(zhǔn)，是不是新版本。在進(jìn)行葉片的加工之前必須對(duì)這些控制重點(diǎn)進(jìn)行檢查。主要有以下這些內(nèi)容：葉片型線(xiàn)檢查樣板的圖紙、葉片實(shí)體文件、葉片工藝文件、質(zhì)量檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量檢測(cè)的記錄、葉片加工的流程，這些檢查內(nèi)容中只有程序和實(shí)體文件是電子版。

二、加工水輪機(jī)葉片過(guò)程中的質(zhì)量控制

（一）安裝葉片和支撐胎具過(guò)程中質(zhì)量的控制

在這一工序進(jìn)行質(zhì)量控制的要點(diǎn)包括：胎具的支撐點(diǎn)和水輪機(jī)葉片的安裝要可靠，而且安裝葉片時(shí)的測(cè)量值要大于真值。安裝胎具各支撐時(shí)要以圖紙的要求為準(zhǔn)，另外，在胎具上設(shè)立加工基準(zhǔn)要滿(mǎn)足圖紙的要求，還需要對(duì)葉片加工的符合性進(jìn)行檢查。在每次胎具安裝完成后，數(shù)控機(jī)床上都會(huì)有胎具基準(zhǔn)的絕對(duì)坐標(biāo)值，這一坐標(biāo)值不能發(fā)生變化，因?yàn)橐坏?shù)值變動(dòng)，就會(huì)造成胎具的位移情況，最終導(dǎo)致葉片加工錯(cuò)誤，而且這一胎具基準(zhǔn)還是其他工序的參照基準(zhǔn)。在進(jìn)行水輪機(jī)葉片的加工過(guò)程中，需要重點(diǎn)關(guān)注葉片的表面質(zhì)量和對(duì)工件進(jìn)行無(wú)損探測(cè)等如果不達(dá)標(biāo)，就會(huì)造成對(duì)下一工序的影響，最終影響整體的質(zhì)量。葉片固定在胎具上時(shí)，第一步是找正，具體的操作流程是：先確定找正點(diǎn)的兩個(gè)坐標(biāo)，然后再確定另一個(gè)垂直于找正點(diǎn)坐標(biāo)的坐標(biāo)軸，找正點(diǎn)的誤差要小于2毫米。

（二）正壓側(cè)加工過(guò)程的質(zhì)量控制

控制這一工序的質(zhì)量的要點(diǎn)是工件三維空間坐標(biāo)系的確定、確定刀具和工件相對(duì)位置基準(zhǔn)點(diǎn)、確認(rèn)定位銷(xiāo)的位置以及工件標(biāo)識(shí)和變形的檢測(cè)。每一次工件變換過(guò)程都需要先確認(rèn)工件坐標(biāo)系和精準(zhǔn)對(duì)刀點(diǎn)，防止發(fā)生絕對(duì)坐標(biāo)、相對(duì)坐標(biāo)、工件的位移情況，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會(huì)造成加工出現(xiàn)錯(cuò)誤，影響整體的質(zhì)量。確認(rèn)程序需要空轉(zhuǎn)，主要是檢查葉片表面的余量均勻程度，是不是有過(guò)切的情況，程序是不是正確，跟葉型是不是吻合。定位銷(xiāo)是下一道工序加工的參照，直接影響著下一道工序的精確度。工件的標(biāo)識(shí)是在加工完成后進(jìn)行，而且還需要檢查工件有沒(méi)有出現(xiàn)變形，主要是對(duì)幾處加工后點(diǎn)位的符合程度在松開(kāi)壓板后進(jìn)行檢查。防止因?yàn)槌霈F(xiàn)變形對(duì)本次加工造成影響，也為本次加工留量。

（三）安裝葉片和負(fù)壓側(cè)胎具加工過(guò)程中質(zhì)量的控制

這一工序質(zhì)量控制的重點(diǎn)是檢查胎具支撐和基準(zhǔn)的符合性，安裝葉片時(shí)找好正誤差，也就是定位銷(xiāo)，預(yù)防碳污染。葉片正壓側(cè)跟胎具支撐的吻合程度，縫隙需要使用塞尺進(jìn)行檢查，給定的坐標(biāo)值是不是和找正后的基準(zhǔn)值相符合，定位銷(xiāo)的坐標(biāo)有沒(méi)有發(fā)生變化，這都是對(duì)負(fù)壓側(cè)型線(xiàn)質(zhì)量造成影響的因素。因?yàn)槿~片的材質(zhì)是低合金不銹鋼，葉片本體需要和支撐連接部分的壓板進(jìn)行隔離，以此達(dá)到防止不同材質(zhì)發(fā)生碳污染的情況。

（四）負(fù)壓側(cè)加工過(guò)程質(zhì)量的控制

控制這一工序的質(zhì)量要點(diǎn)是確認(rèn)工件的三維空間坐標(biāo)系，釋放應(yīng)力和變形，型線(xiàn)的檢查，探傷檢測(cè)。首先確認(rèn)工件坐標(biāo)系和精準(zhǔn)對(duì)刀點(diǎn)，防止發(fā)生絕對(duì)坐標(biāo)、相對(duì)坐標(biāo)、工件的位移情況，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會(huì)造成加工出現(xiàn)錯(cuò)誤，影響整體的質(zhì)量。確認(rèn)程序需要空轉(zhuǎn)，主要是檢查葉片表面的余量均勻程度，是不是有過(guò)切的情況，程序是不是正確，跟葉型是不是吻合。需要檢查本次加工中釋放的應(yīng)力和變形情況，縫隙使用塞尺檢查，保證符合相關(guān)的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于型線(xiàn)的誤差需要使用機(jī)床采點(diǎn)檢查和理論坐標(biāo)來(lái)檢查。葉片本體的缺陷是在加工完成后進(jìn)行探傷檢測(cè)。

（五）安裝葉片和正壓側(cè)胎具過(guò)程中質(zhì)量的控制

控制這一工序質(zhì)量的要點(diǎn)在于檢查葉片的基準(zhǔn)點(diǎn)和定位銷(xiāo)之間的縫隙，防止出現(xiàn)碳污染的情況。請(qǐng)參照“安裝葉片和負(fù)壓側(cè)胎具加工過(guò)程中質(zhì)量的控制”。

（六）正壓側(cè)精加工過(guò)程中質(zhì)量的控制

控制這一工序質(zhì)量的要點(diǎn)包括控確定制件的三維空間坐標(biāo)系，確定葉片找正的差值，確認(rèn)程序，型線(xiàn)的檢查，參考“負(fù)壓側(cè)加工過(guò)程質(zhì)量的控制”，這一工序是進(jìn)行精加工的工序。

（七）控制葉片精磨過(guò)程中的質(zhì)量

這一工序質(zhì)量控制的重點(diǎn)是要及時(shí)地使用型線(xiàn)樣板對(duì)打磨過(guò)程進(jìn)行檢查，對(duì)各區(qū)域的粗糙度使用粗糙度儀進(jìn)行檢查，保護(hù)標(biāo)識(shí)。及時(shí)使用型線(xiàn)樣板，能夠防止出現(xiàn)打磨過(guò)度或者打磨不足的情況，從而保證打磨過(guò)程達(dá)標(biāo)，對(duì)于葉片表面質(zhì)量使用粗糙度儀進(jìn)行檢查，保護(hù)標(biāo)識(shí)是打磨過(guò)程中需要重點(diǎn)注意的，防止標(biāo)識(shí)因打磨而遭到破壞。

三、控制葉片手工鏟磨加工過(guò)程中的質(zhì)量

水輪機(jī)葉片在經(jīng)過(guò)手工鏟磨之后，一般容易發(fā)生變形或者需要很大的補(bǔ)焊量，所以要對(duì)該工藝進(jìn)行優(yōu)化，控制加工過(guò)程中的質(zhì)量。首先，要檢測(cè)水輪機(jī)葉片需要補(bǔ)焊的量和需要進(jìn)行鏟磨的量，以此確定型線(xiàn)和葉片的厚度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值。轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換時(shí)的壓力由水輪機(jī)葉片正面來(lái)承擔(dān)，而且，水輪機(jī)葉片正面還是檢測(cè)鏟磨量和補(bǔ)焊量的依據(jù)，先檢查正面的型線(xiàn)，主要是通過(guò)檢查樣板來(lái)進(jìn)行，方便手工鏟磨和需要補(bǔ)焊量的確定。需要注意的是，要在水輪機(jī)葉片容易變形的地方留出對(duì)型線(xiàn)進(jìn)行校正的量，尤其是在出水邊。使用檢查樣板對(duì)葉片進(jìn)行檢查時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注兩點(diǎn)內(nèi)容：第一，水輪機(jī)葉片型線(xiàn)應(yīng)該和檢查樣板保持均勻的間隙，檢查樣板需要在鏟磨掉局部的高點(diǎn)之后再放，避免高點(diǎn)頂起檢查樣板；第二，葉片四周應(yīng)該在放置檢查樣板之后留出均勻的余量。

其次，為了避免水輪機(jī)葉片出現(xiàn)缺陷和損傷，需要對(duì)其進(jìn)行探傷檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)是在水輪機(jī)葉片的正面完成粗磨加工后進(jìn)行，而對(duì)水輪機(jī)葉片正面的精磨加工需要在無(wú)損檢測(cè)合格之后再進(jìn)行。對(duì)葉片進(jìn)行精磨之后，并且合格的情況下，以水輪機(jī)葉片的正面型線(xiàn)為依據(jù)來(lái)標(biāo)記水輪機(jī)葉片正面的測(cè)厚點(diǎn)，然后再對(duì)葉片的厚度進(jìn)行測(cè)量，主要是使用卡鉗、測(cè)厚儀進(jìn)行厚度的測(cè)量。不僅水輪機(jī)葉片的正面要進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，背面也需要。

再次，對(duì)水輪機(jī)葉片的波浪度進(jìn)行檢測(cè)，主要是在修磨加工過(guò)程中使用樣條尺進(jìn)行波浪度的檢測(cè)。

最后，對(duì)水輪機(jī)葉片的進(jìn)出水型線(xiàn)也需要使用檢查樣板進(jìn)行檢測(cè)，還需要使用相關(guān)的工具對(duì)水輪機(jī)葉片的頭部和尾部的形狀進(jìn)行檢測(cè)。

四、控制數(shù)控機(jī)床加工水輪機(jī)葉片的質(zhì)量

（一）控制葉片毛坯的加工質(zhì)量

葉片的材料主要有兩種，一種是不銹鋼的，另一種是鑄造結(jié)構(gòu)的。不銹鋼材料的葉片，要求其尺寸、性能、化學(xué)成分達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)；鑄造結(jié)構(gòu)的，要求工件的尺寸達(dá)到工件設(shè)計(jì)圖紙的標(biāo)準(zhǔn)，首先不能出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的明顯缺陷，其次工件的性能和化學(xué)成分也需要達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求需要先對(duì)工件進(jìn)行熱處理。在對(duì)材料進(jìn)行完檢測(cè)，并且合格之后，使用荒磨機(jī)對(duì)水輪機(jī)葉片進(jìn)行打磨，為的是磨削掉金屬的夾砂；最后再對(duì)葉片毛坯進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，如果有缺陷，需要及時(shí)調(diào)整。達(dá)標(biāo)后才可以進(jìn)入下一道工序。數(shù)控機(jī)床加工水輪機(jī)葉片之前，要先確定葉片正面和背面的三維坐標(biāo)，以及找正的坐標(biāo)，然后根據(jù)這些坐標(biāo)值計(jì)算得出葉片該留出多少加工的余量，以及葉片的安裝位置。完工后，還需要再次進(jìn)行測(cè)量，主要是為了測(cè)量葉片加工完成后是不是精確，是不是符合要求。

（二）控制葉片表面的加工質(zhì)量

1.葉片表面缺陷的處理

如果在檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)葉片有缺陷，比如砂眼、氣孔等，就需要使用相關(guān)的技術(shù)手段對(duì)這些缺陷進(jìn)行去除，比如使用砂輪打磨砂眼，或者洋沖等技術(shù)，然后對(duì)缺陷部位進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)之后無(wú)雜質(zhì)、清理干凈的情況下才可以進(jìn)入修補(bǔ)環(huán)節(jié)，從而保證修補(bǔ)的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，最后進(jìn)行拋光，拋光結(jié)束后也需要進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，保證葉片質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

2.控制葉片表面的粗糙度

葉片表面的粗糙度是在加工過(guò)程中造成的，主要是因?yàn)榍邢骱偷毒呷屑獾挠绊?。?shù)控機(jī)床加工水輪機(jī)葉片之后，基本不需要對(duì)葉片進(jìn)行鏟磨，主要是需要拋光，從而使葉片表面的刀痕得以去除，使葉片表面的粗糙程度降低。檢測(cè)葉片表面的粗糙程度，主要是通過(guò)粗糙度儀，并且和目測(cè)相結(jié)合；也能夠使用檢測(cè)樣板，通過(guò)觸感和肉眼檢查，再通過(guò)與檢測(cè)樣板的對(duì)比，來(lái)確定葉片表面的粗糙程度是不是達(dá)標(biāo)。

一般情況下，對(duì)于葉片波浪度的檢查是通過(guò)樣條尺來(lái)進(jìn)行，葉片的波浪度應(yīng)該達(dá)到設(shè)計(jì)圖樣的要求。水輪機(jī)葉片的正面和背面的波浪度應(yīng)該不高于百分之二，其中，對(duì)于背面容易發(fā)生空蝕的位置，波浪度不能高于百分之一。重點(diǎn)是，對(duì)于多個(gè)連續(xù)波浪需要按多個(gè)波浪度進(jìn)行檢測(cè)，不能當(dāng)成一個(gè)進(jìn)行檢測(cè)；還有，要求檢測(cè)用的撓性尺長(zhǎng)度大概為一米；另外，還需要注意葉片背面容易發(fā)生氣蝕的位置，因?yàn)槿~片運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的壓力會(huì)造成葉片背面出現(xiàn)氣蝕的情況，所以要嚴(yán)格控制這一位置的波浪度。如果表面不平，就需要進(jìn)行打磨，直至光滑。而且還需要對(duì)波峰進(jìn)行打磨，主要是為了使葉片的外觀(guān)和波浪度達(dá)標(biāo)。

（三）控制葉片出水邊厚度、型線(xiàn)的質(zhì)量

在對(duì)葉片的進(jìn)出水邊型線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一般是使用檢測(cè)樣板進(jìn)行檢查，以葉片的截面導(dǎo)線(xiàn)和標(biāo)記孔為依據(jù)進(jìn)行定位，對(duì)于水輪機(jī)葉片的進(jìn)出水邊的型線(xiàn)和樣板之間的縫隙使用塞尺進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于水輪機(jī)葉片的頭尾部使用檢測(cè)樣板進(jìn)行檢查，也是根據(jù)葉片的截面導(dǎo)線(xiàn)和標(biāo)記孔來(lái)進(jìn)行定位。最后，進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

（四）控制葉片出水邊的厚度

通常情況下，水輪機(jī)的葉片出水邊的厚度可以使用卡尺進(jìn)行檢測(cè)，厚度的標(biāo)準(zhǔn)偏差不能大于0.5毫米，一般都能達(dá)標(biāo)。

五、檢查最終尺寸

這一工序質(zhì)量控制的重點(diǎn)是對(duì)各項(xiàng)目的檢查不能遺漏任何一項(xiàng)。對(duì)于葉片的型線(xiàn)、質(zhì)量、厚度、縫隙和波浪度主要通過(guò)型線(xiàn)檢查樣板、粗糙度儀、塞尺、激光跟蹤儀等進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)這些項(xiàng)目的檢查需要達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。

六、結(jié)語(yǔ)

水輪機(jī)葉片的質(zhì)量影響著水輪機(jī)的使用和水電站發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但是水輪機(jī)葉片的加工過(guò)程很復(fù)雜，而且對(duì)葉片質(zhì)量的檢測(cè)也很復(fù)雜，一個(gè)步驟出錯(cuò)，就會(huì)導(dǎo)致葉片的質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，不達(dá)標(biāo)，所以，我們要嚴(yán)格地按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水輪機(jī)葉片的加工和質(zhì)量的檢測(cè)，從而避免加工過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行葉片的加工基本不會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。所以，要加強(qiáng)對(duì)水輪機(jī)葉片每一道加工工序質(zhì)量的控制。綜上所述，本文主要介紹了針對(duì)水輪機(jī)葉片加工過(guò)程中的各個(gè)工序進(jìn)行質(zhì)量控制的相關(guān)措施。