大中型立式電機機座的焊接工藝

關志秋

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

大型立式電機鋼板焊接機座是立式電機重要支撐件，機座焊接結構及加工精度穩定性是決定電機能否長期穩定運行的關鍵，現對大中型立式電機鋼板機座的焊接、熱處理工藝進行工藝試驗，確定合理的焊接及熱處理工藝參數，減少機座的焊接變形及焊接殘余應力，保證大型立式機座的尺寸精度。

1 機座焊接

電機鋼板機座結構示意圖如圖1所示，主要包括上、下法蘭各一個，筋板9個，壁板9個，環形壁板3個。機座特點是圓周基本呈對稱結構、各部件材料較厚，其中下法蘭厚度達到180mm，機座下部重，上部輕。所有材料為Q235B鋼板，采用數控火焰切割機下料。所有部件裝配前進行拋丸處理，去除鋼板表面氧化皮，筋板坡口全部機加銑出，為后序裝配焊接做準備。

1.1 機座裝配焊接過程

按機座的結構特點，最適宜的裝配方式是立式裝配，從下法蘭開始裝配，其主要的工藝流程是:下法蘭置于平臺—裝三個立筋—裝配三個環形壁板—裝配上法蘭—焊接—裝配壁板等部件—退火

圖1 機座結構示意圖

1.2 機座主體裝配焊接

先將裝配平臺清理干凈，再將下法蘭平置于平臺上，按圖紙要求在下法蘭上畫線，確定9根筋的分布位置，先將3個筋垂直固定在下法蘭上，在筋與下法蘭間墊2mm的鐵片，使筋端部與下法蘭間隙為2mm，復組3個筋其中2個筋與別兩級分別呈180°相對，筋的垂直度用直角尺兩側同時找垂直后用鋼板斜支撐焊接固定，并將根部坡口定位焊接。

將三個環形壁板從下至上逐層裝入筋的豁口中，以下法蘭內孔為基準，用直角尺沿圓周校驗三塊環板的同心度，環板點焊定位，再將其余六塊筋板分別沿徑向卡在圓環上。筋板定位后，進行定位焊接固定，再校驗各環板內孔相對于下法蘭同心度，對不同心的環板微調，控制在2mm以內，將筋與環板進行定位焊接。

將上法蘭平吊放在筋板上，考慮筋板與上、下法蘭焊接量較大，焊后收縮量大，將上法蘭與各筋板的間隙調為6mm，加上下法蘭與筋板2mm間隙，使上、下法蘭的間距增加8mm。上下法蘭圖紙理論間距尺寸為1 960mm，實際裝配加上預留變形量后為1 968mm。再調整上下法蘭的同心度，定位焊接。焊接前記錄上下法蘭、環形壁板的同軸度，以及各板距下法蘭距離、機座總長，以作為焊后變形的對比。

1.3 焊接

(1)固定焊接

先將9根筋與三道環形壁板各接頭滿焊一道，再將筋與上下法蘭定位焊牢固，焊接工藝參數見表1所示。

表1 焊接工藝參數

(2)整體施焊

將三道環形壁板與筋所有接頭焊接一道，起約束后序焊接變形的作用。先焊接上下法蘭與機座的焊縫，由于上下法蘭較厚，因此上下法蘭焊接前機座整體預熱至100℃，考慮到預熱后的熱散失，確定工件加熱溫度為200℃。出爐后上下法蘭用石棉布遮擋保溫，防止熱量過快散失。

焊接時將機座臥式放置，并使待焊筋板處于水平位置，焊接時對稱焊接。筋板與上下法蘭共18條焊縫，每塊筋板先打底焊接，并在一側填充兩道，再焊接筋與法蘭另一側18條焊縫。先用碳弧氣刨清根，清根完畢之后打磨根部焊道，使之平滑，并對根部進行著色處理，確定沒有裂紋后，擦掉著色劑，并對機座預熱，開始逐層逐道焊接。筋與上下法蘭焊縫屬于組合焊縫，包括對接焊縫、角焊縫。筋板與法蘭焊接完畢之后，再對稱焊接環形壁板與筋板焊道，此處焊縫屬角焊縫，也需要多層多道焊接。

2 焊后同軸度及軸向長度檢測

由于機座焊接量大，會產生一定的變形，需對焊接前后尺寸變化情況進行對比，為修正焊接工藝及以后機座焊接生產提供數據支持。測量示意圖如參考圖1機座結構示意圖。

(1)同軸度測量

為便于測量，焊后同心度測量以下法蘭平面及環形壁板1內孔為基準測量。經過測量，環形壁板2內孔同軸度3mm，環形壁板3內孔同軸度3mm，上法蘭內孔同軸度2mm。

(2)軸向長度變化

為便于測量，以下法蘭內表面為基準測量各環形壁板、上法蘭焊接前后9個部位尺寸變化情況。測量結果見表2。

表2 機座焊接前后尺寸變化情況

3 熱處理工藝及殘余應力測試

機座焊后退火保溫溫度為600℃ ～650℃，保溫時間為4h。為驗證退火對焊接殘余應力的影響程度，對機座焊接前及焊接后二次退火的焊接殘余應力情況進行測試。測試位置選在焊接量最大的筋與上下法蘭焊接接頭靠近筋側焊趾附近，這兩處焊接量最大，工件厚度大，拘束度大，焊接應力也最大，同時儀器操作相對方便。選兩個相對筋進行測量。工件充分冷卻至室溫后進行應力測試，退火前后殘余應力值及二次退火后殘余應力值見表3，二次退火后殘余應力測試點距第一次測試點約20mm。計算機測試折線圖見圖2。

表3 退火前后殘余應力值

圖2 殘余應力折線圖

4 結論

機座整體施焊采用對稱施焊，能夠有效控制各部件同軸度，焊后工件同軸度最大值為3mm;焊接后各軸向尺寸變短，總長縮短7mm，各部件軸向尺寸縮短1mm～3mm，總長需預留6～8mm;采用的裝配焊接工藝能夠保證機座尺寸要求，焊后變形可控。

焊態焊接接頭最大殘余應力393MPa，一次退火后最大殘余應力42MPa，二次退火后最大殘余應力45MPa。

與焊態平均殘余應力相比，一次退火殘余應力消除率為－86.9%，二次退火殘余應力消除率為－70.6%;從測試結果來看，經測試二次退火沒有進一步去除焊接殘余應力。二次退火平均殘余應力稍微提高，分析原因可能是由于二次退火后的溫度不均勻所致，應重找原因改進工藝手段保證二次退火去應力效果。

［1]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊.機械工業出版社.2005.

［2]機械工程手冊編輯委員會.機械工程手冊.機械工業出版社，1984.