大中型立式電機(jī)機(jī)座的焊接工藝

關(guān)志秋

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

大型立式電機(jī)鋼板焊接機(jī)座是立式電機(jī)重要支撐件，機(jī)座焊接結(jié)構(gòu)及加工精度穩(wěn)定性是決定電機(jī)能否長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，現(xiàn)對(duì)大中型立式電機(jī)鋼板機(jī)座的焊接、熱處理工藝進(jìn)行工藝試驗(yàn)，確定合理的焊接及熱處理工藝參數(shù)，減少機(jī)座的焊接變形及焊接殘余應(yīng)力，保證大型立式機(jī)座的尺寸精度。

1 機(jī)座焊接

電機(jī)鋼板機(jī)座結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，主要包括上、下法蘭各一個(gè)，筋板9個(gè)，壁板9個(gè)，環(huán)形壁板3個(gè)。機(jī)座特點(diǎn)是圓周基本呈對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)、各部件材料較厚，其中下法蘭厚度達(dá)到180mm，機(jī)座下部重，上部輕。所有材料為Q235B鋼板，采用數(shù)控火焰切割機(jī)下料。所有部件裝配前進(jìn)行拋丸處理，去除鋼板表面氧化皮，筋板坡口全部機(jī)加銑出，為后序裝配焊接做準(zhǔn)備。

1.1 機(jī)座裝配焊接過(guò)程

按機(jī)座的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最適宜的裝配方式是立式裝配，從下法蘭開(kāi)始裝配，其主要的工藝流程是:下法蘭置于平臺(tái)—裝三個(gè)立筋—裝配三個(gè)環(huán)形壁板—裝配上法蘭—焊接—裝配壁板等部件—退火

圖1 機(jī)座結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 機(jī)座主體裝配焊接

先將裝配平臺(tái)清理干凈，再將下法蘭平置于平臺(tái)上，按圖紙要求在下法蘭上畫(huà)線，確定9根筋的分布位置，先將3個(gè)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(fù)組3個(gè)筋其中2個(gè)筋與別兩級(jí)分別呈180°相對(duì)，筋的垂直度用直角尺兩側(cè)同時(shí)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(gè)環(huán)形壁板從下至上逐層裝入筋的豁口中，以下法蘭內(nèi)孔為基準(zhǔn)，用直角尺沿圓周校驗(yàn)三塊環(huán)板的同心度，環(huán)板點(diǎn)焊定位，再將其余六塊筋板分別沿徑向卡在圓環(huán)上。筋板定位后，進(jìn)行定位焊接固定，再校驗(yàn)各環(huán)板內(nèi)孔相對(duì)于下法蘭同心度，對(duì)不同心的環(huán)板微調(diào)，控制在2mm以?xún)?nèi)，將筋與環(huán)板進(jìn)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(diào)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(shí)際裝配加上預(yù)留變形量后為1 968mm。再調(diào)整上下法蘭的同心度，定位焊接。焊接前記錄上下法蘭、環(huán)形壁板的同軸度，以及各板距下法蘭距離、機(jī)座總長(zhǎng)，以作為焊后變形的對(duì)比。

1.3 焊接

(1)固定焊接

先將9根筋與三道環(huán)形壁板各接頭滿(mǎn)焊一道，再將筋與上下法蘭定位焊牢固，焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表1所示。

表1 焊接工藝參數(shù)

(2)整體施焊

將三道環(huán)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(jī)座的焊縫，由于上下法蘭較厚，因此上下法蘭焊接前機(jī)座整體預(yù)熱至100℃，考慮到預(yù)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(guò)快散失。

焊接時(shí)將機(jī)座臥式放置，并使待焊筋板處于水平位置，焊接時(shí)對(duì)稱(chēng)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(cè)填充兩道，再焊接筋與法蘭另一側(cè)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(duì)根部進(jìn)行著色處理，確定沒(méi)有裂紋后，擦掉著色劑，并對(duì)機(jī)座預(yù)熱，開(kāi)始逐層逐道焊接。筋與上下法蘭焊縫屬于組合焊縫，包括對(duì)接焊縫、角焊縫。筋板與法蘭焊接完畢之后，再對(duì)稱(chēng)焊接環(huán)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(zhǎng)度檢測(cè)

由于機(jī)座焊接量大，會(huì)產(chǎn)生一定的變形，需對(duì)焊接前后尺寸變化情況進(jìn)行對(duì)比，為修正焊接工藝及以后機(jī)座焊接生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。測(cè)量示意圖如參考圖1機(jī)座結(jié)構(gòu)示意圖。

(1)同軸度測(cè)量

為便于測(cè)量，焊后同心度測(cè)量以下法蘭平面及環(huán)形壁板1內(nèi)孔為基準(zhǔn)測(cè)量。經(jīng)過(guò)測(cè)量，環(huán)形壁板2內(nèi)孔同軸度3mm，環(huán)形壁板3內(nèi)孔同軸度3mm，上法蘭內(nèi)孔同軸度2mm。

(2)軸向長(zhǎng)度變化

為便于測(cè)量，以下法蘭內(nèi)表面為基準(zhǔn)測(cè)量各環(huán)形壁板、上法蘭焊接前后9個(gè)部位尺寸變化情況。測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 機(jī)座焊接前后尺寸變化情況

3 熱處理工藝及殘余應(yīng)力測(cè)試

機(jī)座焊后退火保溫溫度為600℃ ～650℃，保溫時(shí)間為4h。為驗(yàn)證退火對(duì)焊接殘余應(yīng)力的影響程度，對(duì)機(jī)座焊接前及焊接后二次退火的焊接殘余應(yīng)力情況進(jìn)行測(cè)試。測(cè)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(cè)焊趾附近，這兩處焊接量最大，工件厚度大，拘束度大，焊接應(yīng)力也最大，同時(shí)儀器操作相對(duì)方便。選兩個(gè)相對(duì)筋進(jìn)行測(cè)量。工件充分冷卻至室溫后進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，退火前后殘余應(yīng)力值及二次退火后殘余應(yīng)力值見(jiàn)表3，二次退火后殘余應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)距第一次測(cè)試點(diǎn)約20mm。計(jì)算機(jī)測(cè)試折線圖見(jiàn)圖2。

表3 退火前后殘余應(yīng)力值

圖2 殘余應(yīng)力折線圖

4 結(jié)論

機(jī)座整體施焊采用對(duì)稱(chēng)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(zhǎng)縮短7mm，各部件軸向尺寸縮短1mm～3mm，總長(zhǎng)需預(yù)留6～8mm;采用的裝配焊接工藝能夠保證機(jī)座尺寸要求，焊后變形可控。

焊態(tài)焊接接頭最大殘余應(yīng)力393MPa，一次退火后最大殘余應(yīng)力42MPa，二次退火后最大殘余應(yīng)力45MPa。

與焊態(tài)平均殘余應(yīng)力相比，一次退火殘余應(yīng)力消除率為－86.9%，二次退火殘余應(yīng)力消除率為－70.6%;從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，經(jīng)測(cè)試二次退火沒(méi)有進(jìn)一步去除焊接殘余應(yīng)力。二次退火平均殘余應(yīng)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(yīng)重找原因改進(jìn)工藝手段保證二次退火去應(yīng)力效果。

［1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.2005.

［2]機(jī)械工程手冊(cè)編輯委員會(huì).機(jī)械工程手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，1984.