抽水蓄能機組頂蓋焊接工藝

摘要：頂蓋是水輪機導水機構的重要組成部分，其工作狀態承受的應力復雜。一般水輪機頂蓋都采用較厚的低合金結構鋼焊接而成，尺寸控制嚴格，焊接質量要求較高。本文以比較具有代表性的抽水蓄能機組頂蓋為例，詳細闡述水輪機頂蓋的焊接工藝。

關鍵詞：水輪機 頂蓋 焊接 工藝

前言

頂蓋是水輪機組導水機構中重要的組成部分，通常由低合金結構鋼焊接而成。與普通混流式機組相比，抽水蓄能機組的頂蓋通常承受更強大的交變載荷，其結構更為復雜，尺寸精度要求更高，裝配焊接工藝更為嚴格。

1.簡要說明

1.1結構分析

頂蓋按照機組的運行要求，通常由Q235、Q345C、S355、SM490B等低碳鋼或低合金結構鋼焊接而成。

1.2 設備或設施

焊接平臺用工作平板均采用優質細顆粒灰口鑄鐵制造，要求表面硬度均勻。對澆注而成的鑄件應進行自然時效和人工時效處理，消除產品內應力，增強抗拉抗彎強度，使平板的各種機械性能穩定可靠。

按照車間生產能力，制造頂蓋所需要的吊車承載能力可以控制在50-100噸。油壓機和滾板機用來對頂蓋零部件的壓平或成型，油壓機的負載能力在1000-3000噸之間，滾板機要求滿足100mm以上鋼板的成型要求。

焊接頂蓋的變位機承載能力應該在50-100噸。鎢極氬弧焊接焊機主要完成管路焊接，其焊接質量可靠性很高，外觀好。

2.工藝要點分析及主要工藝措施

2.1備料

頂蓋零件一般分為碳鋼板、不銹鋼板、鑄造零件、碳鋼管路和不銹鋼管路。

頂蓋中采用的碳鋼鋼板厚度都比較大，采用數控切割的方式可以在很大程度上提高生產效率、降低生產成本；不銹鋼板下料采用數控等離子切割機。

對于分瓣或分塊的零件，采用熔化極氣體保護焊或埋弧焊進行拼焊。對于環形或弧形零件，拼接焊前在其弦長位置支撐適當的工藝拉筋，并在焊接過程中通過交替施焊、分段退步焊接、多層多道等方式控制焊接變形。焊后打磨焊縫表面，油壓機壓平后進行UT和MT探傷，對于探傷不合格的焊縫需要進行分析原因，返修直至其合格為準。

下料時，頂蓋上的導葉軸孔、補氣孔等可以直接氣割開出，也可以在拼焊后手工劃線割出。拼焊需要進行局部鏟磨和清理，檢查合格后方可參加裝焊。

2.2拼焊及分裝配

根據頂蓋具體結構的不同，環板、合縫板、筋板、軸座等零部件將進行必要的分裝。

環板拼焊前，要求對拼焊的零部件尺寸和平面度進行必要的檢查，要求對焊接坡口進行PT探傷。尺寸、平面度及焊接坡口合格的鋼板方可進行拼焊。拼焊時還要考慮焊接收縮對軸孔弦距的影響，焊接收縮量根據焊接規范、鋼板厚度的不同而變化，范圍在2mm-6mm之間。

軸座的焊接量比較大，焊接時要求盡可能采用較小的焊接規范，焊接過程中監測并控制底環板平面度的變化。軸座在裝焊前應確認其內部質量完好，坡口表面探傷合格。

2.3 分裝配的后平、修型和探傷

對于分裝配的焊縫，焊縫表面需要進行必要打磨，要求打磨后的焊縫表面于母材基本平齊。后平或修型工序在油壓機上完成，按照工件尺寸的不同，平面度可以控制在2mm-4mm。壓平以后，所有要求探傷的焊縫必須進行圖紙所要求的無損探傷，包括超聲波探傷、滲透探傷、磁粉探傷、射線探傷等。

2.4頂蓋裝配

2.4.1底部的裝配焊接

某抽水蓄能項目的頂蓋底部由三塊環板和一個立圈焊接而成。為了避免整體裝焊后因大量焊接而產生的焊接變形，將這四個部件首先進行一次裝配。這部分的焊接可利用變位機和自動埋弧焊機完成。全部焊縫完成后需要按照圖紙或相關文件要求進行必要的探傷，合格后方可進行下序。

對于底部較為簡單的頂蓋，通常不需要進行底部的焊接，而是在底部環板和立圈裝配后直接進行筋板和頂環的裝配。

2.4.2整體裝配

在底部環板上劃線，分別將各筋板裝好，保證其垂直度，用拉筋進行必要的固定和支撐。

外側立圈、以及與外側立圈相連接的支撐法蘭、吊耳等部件的裝配通常在筋板、合縫板等部件焊接后完成。

焊接采用熔化極氣體保護焊完成。頂蓋在焊接過程中需要進行必要的翻轉或位置調整。焊接后需要按照圖紙要求進行必要的無損檢測。

頂蓋焊接后需要重新調平，劃線裝配外側立圈、支撐法蘭、吊耳以及其他需要退火前完成裝焊的部件。

2.5 退火、噴砂、清理

加工表面、螺紋孔、管路、密封空腔等部位，頂蓋退火前需要對該處用硅酸鋁(石棉布)等耐火材料進行保護。

噴砂時同樣需要保護孔、管、加工面、密封腔等部位。

對頂蓋進行必要的清理、修磨和補焊，補焊要求與正常焊接相同。

2.6 油箱、管路裝配

頂蓋中的管路、油箱等零件通常需要在頂蓋全部焊接完成后進行裝配和焊接。裝配前確認這些管路附近的焊縫或相鄰的焊縫已經經過UT和MT探傷合格，均壓孔已經開出切打磨光滑。油腔內表面需要進行必要的清理和涂刷。

2.7 尺寸檢查

按照圖紙要求全面檢查尺寸和焊接質量，并做好相關記錄。

2.8噴砂、涂漆、標記

如果無法在規定的時限內完成涂漆工序， 第二次噴砂也必須進行。

檢查合格的頂蓋將進行必要的清理、涂漆并印刷起吊重量、電站名稱等標記。涂漆質量和標記需經質量保證部門確認并做好記錄。

2.9堆焊

頂蓋密封部位需要堆焊奧氏體不銹鋼。為了保證堆焊尺寸，需要在堆焊部位加工出溝槽。尺寸達到要求以后，在此溝槽內進行焊接。

常用的堆焊材料為ER309L等奧氏體材料，該材料焊接以后不需要退火。

3.質量保證措施

3.1工藝卡片

工藝卡片是裝配和焊接的指導性文件，詳細的工藝描述有利于保證產品質量和工程進度。

3.2焊接手冊

焊接手冊作為保證焊接質量的指導性文件之一，詳細描述了焊接接頭的尺寸和形狀、焊接方法、焊接材料、焊接規范及探傷要求等，給出了焊工操作所必需的技術指導。

3.3其他輔助文件

焊接施工記錄卡、退火記錄卡、質量計劃是產品制造的輔助性文件，可以保證裝配和焊接等重要工序的可控。

4.結論

本文針對抽水蓄能機組頂蓋結構，闡述其裝配和焊接過程。不同的制造廠家有著不同的設備、人員及制造經驗，制造過程也無法完全一致。無論什么類型的頂蓋，都不能夠完全照搬現成工藝方案，而是應該立足于生產現狀，針對現有設備、人員和工具，采用更適合自己的工藝方案。