大型混流式水輪機座環裝焊制造工藝

刁麗英

(哈爾濱電機廠有限責任公司)

大型混流式水輪機座環裝焊制造工藝

刁麗英

(哈爾濱電機廠有限責任公司)

摘 要：系統的介紹了大型混流式水輪機座環裝焊制造工藝，對其裝配、焊接的工藝要點作了詳細的工藝分析，總結了大型混流式水輪機座環裝焊的新工藝，促進了工藝技術的進步和裝焊過程的質量控制，同時，為今后制造大型混流式水輪機座環裝焊積累了豐富經驗。

關鍵詞：座環;裝焊;工藝;分瓣面

1 大型混流式水輪機座環的結構特點

座環為平行板式帶有圓弧過渡段及導流弧的組焊結構，由于體積大，座環均采用的是分瓣結構，分瓣面將在電站進行組焊，環板采用大厚度抗撕裂鋼板，過渡段、大舌板均采用高強鋼板。

2 焊接制造工藝難點

(1)座環主環板采用S355J2G3 270 mm厚鋼板，固定導葉采用A668 classE 200 mm厚低合金鋼鍛件制造。如此大厚度A668 classE鍛鋼使用在水輪機座環制造中尚屬首次，制造廠家沒有成熟的焊接制造經驗。準確評估A668 classE鍛件的焊接性及預防座環大厚度主環板層狀撕裂及冷裂紋的產生，是制造過程中需攻克的重要技術難點。

(2)因溪洛渡座環特殊固定導葉厚度為260 mm厚，制造廠家對如此厚度的鋼板沒有成熟的成型經驗可借鑒，必需論證及實際驗證成型的可行性及可靠性。

(3)溪洛渡座環4瓣均設有圓弧型導流弧，由于導流弧采用鋼管劃線氣割下料并與平板組焊形成單節再參與總裝，氣割配割時變形較大，工序復雜，相對難度較大。

(4)由于溪洛渡座環采用大厚板進行焊接，與三峽座環相比，雖采用大厚度鋼板部件的剛度有所增加，但由于焊接量巨大，且上下均有大厚度環板，焊接變形控制存在極大難度。

(5)溪洛渡座環是由4瓣組成，到電站要把4瓣組焊成整體后內圓的導向帶要有加工。這就要求工地組焊后變形量不能超過加工要求。，如此大的直徑(∮12 000 mm)及大厚度(270 mm)環板分瓣面焊接后要保證徑向收縮不超過±1.5 mm，上、下環板不平度不超過2 mm的公差，在工地焊接尚屬首次。

3 采取的工藝措施

(1)由于座環環板厚度已達270 mm，因此焊接接頭的尺寸也大大增加，焊接接頭的組織與性能更加復雜多變。這就對制定科學、合理的焊接工藝尤為重要，在焊接中嚴格控制焊接規范、合理安排焊接順序、嚴格控制預熱溫度及層間溫度等工藝措施對控制大厚度鋼板可能出現焊接缺陷及焊接冷裂紋的發生效果顯著。為了進一步有效控制部件累計的變形量，座環在環板和導葉焊接完成后，進行了追加了中間熱處理，以消除環板與導葉焊接產生的應力對后序裝焊造成累加變形，并在焊接過程中，合理布置裝焊工藝拉筋，以提高部件自身的抗變形能力。

(2)因溪洛渡座環特殊固定導葉厚度為260 mm，這樣大厚度成型是非常困難的，經過反復論證最后采取的措施是：鋼板成型前的加熱溫度不能低于1 000℃，成型過程不低于600℃，并且成型前要在工件表面上按圖紙準確劃出成型素線，壓型時胎具一定要垂直于鋼板表面。

4 裝焊制造工藝要點

(1)將下環板過流面朝上吊放于平臺支墩上調平，水準儀檢查平面度不大于3 mm在過流面上劃出固定導葉內、外切圓線。

(2)按線吊裝固定導葉。采用正、反螺旋拉緊器調整導葉的垂直度，要求不大于1.5 mm。自檢固定導葉與外切圓刻線相切，調整好后，固定導葉兩面各用兩塊弧形筋板搭焊牢固。

(3)吊裝上環板，以合縫面加工線和上、下環板導葉的內、外切圓線為基準，吊線找正。調整上環板與下環板的同心度和平行度。分別在各導葉的頭、尾部及合縫面內、外圓取8點測量上、下環板的開口，計算平均開口，高度預留焊接收縮量，要求開口尺寸控制在1 400+15+10 mm。使用水準儀劃出導水機構中心線、并打樣沖孔。按圖紙自檢1/4座環的整體尺寸，上環板與固定導葉采用弧形筋板搭焊牢固。

(4)座環尺寸交檢后，焊接前，按圖2布置工藝拉筋，焊接牢固。上環板上平面內圓側焊接兩個臨時吊攀。

5 工地組焊工藝要點

5.1 工地環境的要求

施工現場的溫度不低于5℃，空氣相對濕度不高于85%，焊條、焊劑等焊接材料的貯存庫應保持干燥，相對濕度不得大于60%。

5.2 控制焊縫綜合收縮量

焊縫打底及焊縫兩面焊接厚度在坡口深度的1/2時，焊接收縮量最大，因此在此范圍焊接時一定要嚴格控制焊接線能量及焊道擺寬等工藝參數，在制定焊接工藝時，重點考慮有利于降低部件焊接殘余應力的焊接順序，最大限度地降低殘余應力對焊接變形的影響

5.3 采取的主要工藝措施

(1)按照圖紙和相關標準要求調整其平度和圓度，把緊合縫面上的把合螺栓，為監測座環焊接變形，要求每瓣座環的合縫處必須焊前打上相應標記，以便測量焊接后的變形情況。用水準儀和框式水平儀監測焊接過程中兩面的平面度變化，每完成要求測量的工序時，都要對變形量做記錄，以便對以后的焊接順序及焊接參數進行調整。

(2)由8名焊工在各合縫位置，每道合縫處分上、下兩層各1名焊工對稱施焊，環板預熱溫度不低于100℃，每層焊接厚度4～5 mm。在焊接根部兩道焊縫時必須選用Φ3.2 mm規格焊條，使用小規范電流施焊，焊道寬度不得大于15 mm。

(3)每層焊后除第一層和最后一層外，均進行錘擊消除層間焊接應力，錘頭應磨成圓R2，錘擊點應密布且不重復，錘擊到表面屈服為止。

(4)打底焊后及焊到坡口深度的1/2時，都要對變形情況進行測量，以確定下幾層的焊接順序。

(5)焊縫應采用分段退步焊。分段長度300～400 mm。上、下層焊接接頭至少錯開50 mm。根部兩道焊縫由內向外焊接，其余各層焊接方向交替相反。

(6)焊后用遠紅外線履帶式加熱器進行消氫處理。將焊縫覆蓋保溫材料，加熱溫度250～300℃，保溫3～50 h。

6 結論

(1)采用新的裝焊工藝控制了單瓣座環焊接最易出現的勾張變形，滿足了大型座環的加工要求。從而證明了制訂科學、合理、嚴密的焊接制造工藝是提高部件制造質量的技術關鍵。

(2)合理的科學工藝流程對裝焊過程中的質量能夠完全監控。

(3)工地分瓣面的組焊完全達到了圖紙要求，證明了適當合理提高預熱溫度、加強焊接過程中的錘擊及合理安排焊接順序是有效預防厚板層間撕裂及控制變形的有效手段。

(4)通過首臺大厚環板座環的制造，提高了制造廠生產大容量、高水頭機組的能力及積累了一定的經驗，為以后生產更大容量的水輪機座環創造了條件。

：

［1］張文斌.金屬熔焊原理及工藝上冊［M］.北京：機械工業出版社，1979.

［2］田錫唐.焊接結構［M］.北京：機械工業出版社，1987.

［3］陳伯鑫.金屬焊接性基礎［M］.北京：機械工業出版社，1982.

［4］張柄范等.焊縫金屬對高強鋼熱影響區抗冷裂性的影響［J］.焊接學報，1991，(3).

［5］王運炎.金屬材料與熱處理［M］.北京：機械工業出版社，1984.

中圖分類號：U415.5

C

1008-3383(2011)06-0282-01

收稿日期：2011-03-11

作者簡介：刁麗英(1959-)，女，工程師，從事水輪發電機焊接工藝工作。