大型水電上冠堆焊過程中的變形控制方案

謝軍虎

(二重集團(德陽)重型裝備股份有限公司，四川618013)

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大型水電上冠堆焊過程中的變形控制方案

謝軍虎

(二重集團(德陽)重型裝備股份有限公司，四川618013)

摘要：合理安排焊接工藝、防變形工裝、專用加熱輔具、消應熱處理措施，成功解決了上冠大面積堆焊過程中的變形問題。

關鍵詞：上冠；堆焊；變形控制

上冠是水力發電機組的重要組成部分，在生產過程中由于上冠型線復雜，結構易發生變形，尤其是大直徑的上冠在鑄造及熱處理后常常會因為變形而導致大面積缺肉。由于上冠結構復雜，校正的效果不佳，一般都是通過堆焊長肉的方式將缺肉位置進行焊補，但大面積焊補往往會帶來二次變形。如何控制大面積堆焊過程中的變形，是急需解決的一個現實問題。

1上冠主要參數

某水電項目上冠最大直徑約9 m，高度約2 m，內過流面翼展長度約2 m，是迄今為止國內生產的最大的水電上冠。因在前期生產過程中發生變形，致使粗加工后出現大面積黑皮，缺肉量折合鋼水重量約6 000 kg，是迄今為止二重所生產水電產品中，缺肉量最大的。由于粗加工留量為15 mm，所以焊接變形必須控制在15 mm以內。此外由于該件焊后要進行超聲檢測，在控制變形的同時還需要注意焊接質量，避免因反復焊接而增大變形的概率。上冠結構示意圖如圖1所示。

圖1　上冠結構示意圖

2防變形拉筋的設計及裝焊

拉筋裝焊流程為：裝焊固定拉筋→拉筋裝焊位置堆焊→裝焊防變形拉筋。

在裝焊防變形筋板前，必須先在裝焊筋板位置堆焊出基準臺。為防止在堆焊基準臺過程中上冠發生變形，在不焊基準臺的位置均布6根臨時筋板，具體見圖2，待基準臺堆焊完成后裝焊隨形防變形筋板。

圖2　拉筋裝焊示意圖

3設計專用加熱輔具

因為該上冠直徑過大，為保證焊接質量同時避免加熱不均帶來的變形影響，根據鑄件形狀制作了專用加熱輔具，如圖3所示。

圖3　專用加熱裝置

4變形監控

(1)采用三維測量技術，對整個上冠尺寸每3天測控一次，準確掌握變形情況。

(2)采取在上冠四周設立標尺的方式，直觀的監控變形情況，但該方法僅能監控一個方向的變形，只能起到預警作用。

(3)根據該上冠補焊過程中變形狀況，確定將?4 380 mm內法蘭平面作為整個測量監控工程的基準平面，將加工孔?2 710 mm的圓心作為測量數據與設計數模比對的坐標系原點。在內法蘭面(?4 380 mm平面)均布焊接6個測量復位點，以保證任何一次的測量都能實現坐標系統一。

(4)以?4 380 mm構成的內法蘭為測量基準，將測量系統的復位基準設置在該平面，確保測量基準的準確性和數據的有效性。

(5)采用在內過流面上焊接固定的檢測點(整個內過流面均勻分布8道監測線，每道監測線由3個測量點構成，共計設置24個變形監測點)，對整個內過流面在補焊過程中的變形狀況進行定期監測。

5焊接工藝控制

為了減少焊接變形，焊接工藝參數的控制是關健所在。堆焊采用本體同材質焊材，以CO2氣體保護焊為主，并依據焊接工藝評定，將焊接參數控制在中下限，減少熱輸入。在人員安排時，要求多人同時操作，且均勻分散施焊，并根據變形監測數據實時對焊接位置進行調整。

6分次熱處理

焊接應力是焊接變形的主要應力來源，若待全部堆焊完成后再進爐消應，一方面為充分去除

應力，消應時長肯定會較長，二次變形隱患大。此外，在整個焊接過程中，在剛性固定下，焊縫應力不能及時的釋放，到達一定極限時可能會產生裂紋缺陷或更大的變形，所以綜合考慮下，采取了分次消應的方式，中途現場進行了3次整體進爐消應熱處理，并且在消應過程中由于應力的釋放以及裝爐位置的調整，部分焊接變形位置得到了一定恢復，效果良好。

7結論

易變形件在大量施焊時，變形是必須重點考慮的一個問題，而單純的采用一種或兩種防變形措施是無法實現較好的變形控制的。只要我們合理安排焊接工藝、防變形工裝、專用加熱輔具和消應熱處理措施，就能很好地控制上冠變形。

編輯杜青泉

Deformation Controlling of Heavy Hydropower Crown

During Build-up Welding Process

Xie Junhu

Abstract：By preparing the welding process reasonably, adopting the deformation preventive tooling and the specialized heating appliance, and taking the stress relief heat treatment process as measures, the deformation problem of crown during the build-up welding process in the range of large area has been solved successfully.

Key words：crown; build-up welding; deformation controlling

作者簡介：謝軍虎(1986—)，男，本科，焊接工程師，從事大型鑄鍛件焊接及焊補工藝技術研究。電話：15881466760，E-mail: xjhwhut@163.com

收稿日期：2015—08—19

中圖分類號：TG245

文獻標志碼：B