高水頭抽水蓄能機組分瓣式轉輪的焊接工藝

楊震　甘洪豐　李榮生　陳明　田井成

1.前言

隨著高水頭抽水蓄能機組在水泵工況及水輪機工況下對轉輪的性能要求越來越高。受結構尺寸等因素的限制，轉輪的焊接難度越來越大。為了保證焊接及加工質量，本文將主要介紹分瓣式轉輪裝配焊接過程中的難點和關鍵工藝。

2.轉輪的材質、結構和主要焊接方法

轉輪本體材料為ZG04Cr13Ni5Mo；上冠為整體結構，下環分為內、中、外三環；轉輪焊接采用熔化極氣體保護焊與埋弧自動焊相結合的方式，焊材選用Φ1.2mm ER309L、Φ1.2mm ER316L、Φ1.2mm ER410NiMo、Φ4.0mm SAW-0Cr13Ni5Mo（焊劑SJ609）。

3.轉輪的裝焊工藝方法

先在平臺上確定轉輪裝配中心及十字中心線，再將轉輪上冠吊放在4個等高均布的支墩上，支撐高度400mm～500mm，利用千斤頂調整上冠平面度≤1mm，然后用搭板將上冠焊接固定，防止后序葉片裝配時上冠移位，安裝葉片出口角度檢查樣板架，保證中心柱中心與轉輪中心重合，確保后序測量精度。葉片吊裝就位后，安裝調節螺栓和雙向拉緊器，防止葉片竄位或傾倒。葉片與上冠裝配采用無下環裝配技術。

各葉片裝配尺寸調整合格后在葉片進水邊裝焊工藝假環，使用ER309L在假環與葉片的接觸位置預先堆焊一層再裝焊工藝假環，防止葉片在后序裝焊過程中發生竄動，然后裝配整體下環，調整合格后將下環中環及外環拆下，只保留下環內環，在僅保留下環內環的情況下，首先焊接下環內環與葉片間焊縫。在上冠倒放位置下表面裝焊工藝加強環。為減小上冠在轉輪裝焊過程中的焊接變形，工藝加強環與轉輪本體間不焊接，通過不銹鋼搭塊與上冠焊接固定。

轉輪正式焊接前，在葉片端部用搭板將葉片焊接固定，防止轉輪焊接時葉片向一側傾斜產生較大變形，對葉片與上冠、下環間的焊縫進行分段，保證每段焊縫焊接量一致。葉片與上冠、下環間焊縫的定位焊要求：定位焊應在坡口清根側進行，深度10mm～15mm；每段長度：100mm；間隔：200mm～300mm。葉片與上冠、下環間焊縫的焊接要求：在大坡口側焊接至2/3坡口深度，小坡口側清根、打磨及PT探傷，合格后將小坡口側焊至1/2坡口深度，再將大坡口側焊滿，最后將小坡口側也焊滿。

回裝下環中環，中環與葉片間不再進行高裝，只需要根據實際情況對下環中環進行適當的調整及修配，保證下環中環與下環內環間焊縫坡口根部的錯口和間隙滿足要求。如果工藝假環影響葉片與下環中環的焊接，則可將工藝假環拆下，此狀態下，在葉片焊接前完成下環內環及中環間的環形焊縫的打底層，使用熔化極氣體保護焊，選用Φ1.2mm ER316L焊絲，深度最大6～8mm，焊后進行PT檢查，在環形焊縫過流側鋪墊陶瓷襯墊，單面焊雙面成型，以改善環縫的焊接可達性，環形焊縫打底層焊接完成后在此狀態下完成環形焊縫過流側的清理打磨工序，環形焊縫暫不進行填充焊。

回裝下環外環，確認工藝假環已拆下，只需要根據實際情況對下環外環進行適當的調整及修配，保證下環外環與下環中環間焊縫坡口根部的錯口和間隙滿足要求。待所有葉片與上冠、下環間的焊縫全部焊接完畢后，在轉輪的倒放位置完成下環外、內、中環間的環形焊縫的填充及蓋面焊。采用與轉輪本體同材質的馬氏體焊材，采用細絲埋弧自動焊，焊材選用Φ4.0mm SAW-0Cr13Ni5Mo，焊劑牌號：SJ609。將下環組合環縫焊接至約1/2坡口深度后，可使用焊接變位機將轉輪傾斜0°～45°任意合適角度，保證埋弧自動焊槍頭可以與轉輪軸線成一定的傾斜角度施焊。

4.結語

高水頭抽水蓄能分瓣式轉輪的焊接工藝方法有效的解決了轉輪由于空間狹小導致焊接難度的問題，并通過埋弧焊焊接極大提高了生產效率和產品質量。