白鶴灘右岸電站轉子支架焊接與質量控制研究

摘? 要：發電機轉子作為水輪發電機組主要部件之一，其具有尺寸大、工序多、結構復雜等特點。本文以白鶴灘右岸水電站為例，介紹了圓盤支架轉子焊接質量控制方法，總結出該類轉子支架焊接工藝的改進措施，重點分析了焊接過程中對變形控制方法及缺陷問題的處理措施，以期進一步提高轉子支架的焊接質量。

關鍵詞：白鶴灘;水電站;支架;焊接;變形控制;質量控制

中圖分類號：TV547.3??? 文獻標識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2020）06-0000-00

0 概述

白鶴灘水電站壩址位于四川省寧南縣和云南省巧家縣交界的金沙江下游界河上。白鶴灘水電站共裝設16臺單機1000MW的立軸混流式水輪發電機組（其中左右岸各裝設9臺），其分別由哈爾濱電機廠和東方電機廠供貨，右岸八臺哈電機組由中國葛洲壩集團機電建設有限公司中標安裝。其轉子安裝特點為尺寸大、重量大、標準高，廠家對安裝工序和質量指標要求非常嚴格。發電機轉子磁軛外徑為Φ15666 mm，轉子磁軛高度為3700 mm，整體轉子重量約2400t（含軸和磁極），主要由轉子支架、磁軛、磁極和轉子引線等部件組成，轉子支架包括中心體和外環組件，中心體和分瓣的外環組件在工地焊為一體。轉子支架采用斜立筋結構，立筋在工地組焊后由哈電在現場加工，其不僅是作為磁極和磁軛的支撐部件，同時也是通風元件，起到離心風機的作用。此外，在裝配過程中要對轉子的各項圓度水平度進行控制，以達到其靜態平衡目的。尤其是轉子支架的組裝焊接工作，既要控制好所有焊縫質量，同時還要控制焊接變形，以此保證轉子組裝的整體質量。

1 轉子支架的結構特點

轉子圓盤支架結構主要由中心體與上、下圓盤、制動環和28條斜立筋等焊接而成，其中分為1個中心體和7個外環組件，轉子中心體重103t，轉子支架組裝后最大外徑為φ14480 mm，總高3780 mm，到貨后在工地組焊。其其結構如圖1所示。

2 轉子組焊技術要求

轉子支架是轉子組裝的基礎，其影響后續轉子能否順利的進行磁軛疊裝及轉子轉動的穩定性。

（1）開焊前須檢查焊縫組對及定位焊、加筋板的布置裝配焊接是否符合設計要求，如未達標，應處理至符合設計要求后再進行焊接。（2）在轉子支架焊接前驗收的數據必須符合相關規定，具體見表1。（3）焊接方式。手工電弧焊、CO氣體保護焊。焊接時以CO氣體保護焊為主，既可減小焊接變形，又可提高焊接效率。（4）焊接預熱要求，焊前，各焊縫依據板厚不同，需采取不同的預熱溫度。板厚δ=40 mm，預熱溫度為50℃;板厚δ=60 mm，預熱溫度為80℃;板厚δ=100 mm，預熱溫度為100℃，下閘板板厚為δ=50 mm，預熱溫度為50℃。（5）焊接工藝參數。焊接所用的焊材型號為E5015型，焊接工藝參數見表2。（6）轉子支架所有焊縫坡口形式均采用不對稱“X”形坡口，開焊前應確認大坡口方向，確定正縫位置。由于不對稱“X”形坡口間隙大，應對焊縫進行鑲邊處理，保證鑲邊坡口間隙3～4mm。（7）焊縫焊接時應采取對稱、分段退步焊或分段跳焊、多層多道焊等方法。分段長度，封底和填充層為350～450 ㎜，蓋面層可直通焊。每層焊縫厚度一般不超過5 ㎜;焊接線能量嚴格控制在≤45KJ/cm以內，Φ3.2焊條每次所焊焊縫長度不得小于45 mm，Φ4焊條每次所焊焊縫長度不得小于65 mm。每道焊縫焊前必須將上一道焊渣徹底清除干凈，道間接頭應錯開30～50 ㎜。（8）由14名焊工在對稱位置同時、同向、同速、同規范進行多道多層焊接。因為轉子支架焊接為大型結構焊接，非一人之功，因此必須制定出科學、嚴謹的焊接工藝和嚴格規范的焊工管理制度。

3 轉子支架焊接工藝流程

3.1 把合塊焊接

先將轉子支架焊縫上所有的拔合塊分瓣組合處進行焊接，7名焊工同時同步、對稱焊接，每個拔合塊最少焊接兩個面，如拔合塊內有墊板，應當將墊板點焊。

3.2 加強板焊接

加強板安裝：上環徑向縫上每條縫均布4塊，中環徑向縫上每條縫均布5塊，下環徑向縫上每條縫均布5塊，下閘板上每條縫均布2塊。先焊接所有加強板單邊，待焊縫冷卻后，再焊接另一邊，速度基本保持一致，焊角要求10～12 mm，加強板焊接后檢測各百分表數據是否在合格范圍內。

3.3 轉子支架定位點焊

3.3.1 定位焊順序

（1）對立焊縫進行定位焊;（2）對中環板徑向焊縫進行定位焊;（3）對上環板徑向焊縫進行定位焊;（4）對下環板徑向焊縫進行定位焊;（5）對擋風板立焊縫、徑向焊縫進行定位;（6）對制動環徑向焊縫進行定位焊。

3.3.2 定位焊控制過程

根據實測轉子支架尺寸數值大小選擇定位焊焊點數量、定位焊位置。原則上每道合縫處至少3段定位焊。先焊中間，再焊內側，最后焊外側。定位焊縫距焊縫端部30 mm以上，長60～80 mm，間隔300～400 mm，焊縫厚度8～10 mm，上下兩層焊道錯開20～30 mm。對于清根焊縫，定位焊應焊在焊縫的清根側。

3.4 正式焊接

3.4.1 中心體側筋與外環組件立筋之間的立焊縫

（1）14名焊工按照側腹板排列的間隔均布于各位置上，采取多層多道、分段跳、同時、同向并基本保持同進度、同規范進行施焊，按照下圖所示的順序依次焊接中心體側筋與外環組件立筋之間的立焊縫。（2）對于每條立焊縫，將其在垂直方向等分為7等份，按分段間隔跳施焊。立縫，徑向縫焊間采用分段退步跳躍焊接方法。正縫焊1/2后清根著色探傷后焊背縫，焊背縫2/3后再焊正縫，正反交替焊接。

3.4.2 上環、中環、下環徑及下閘板徑向縫的焊接

上環、中環、下環均按焊接順序先焊接平焊一側，待背縫清根、探傷后再按焊接順序焊接背縫。徑向縫由14名焊工分白班、中班進行焊接，先焊接中環→上環→下環，同時、同向、同速、同規范進行施焊，先焊接位置為平焊。先焊接中環徑向縫，平焊1/2～2/3深度，然后在小坡口側使用碳弧氣刨進行清根并打磨去除滲碳層，做MT或PT探傷檢查。再焊接上環徑向縫，平焊1/2～2/3 深度，最后焊接下環徑向縫，平焊1/2～2/3 深度。所有徑向縫正縫均焊接完成1/2～2/3 深度后，轉入背縫仰焊的焊接。背縫仰焊依照中環→上環→下環的焊接順序，在確認背縫清根無缺陷后焊接仰焊至1/2 坡口深度。最后交替施焊兩側坡口，直至填滿整個坡口。在現場工藝人員的指導下隨時調整焊接順序，糾正焊接變形。加強板的去除應選擇各徑向縫焊接厚度達板厚的2/3后割除加強板。

3.5 擋風板與制動環焊接

由7名焊工同時、同向、同速、同規范對制動環焊縫進行焊接，先將大坡口側焊接到1/2～2/3 深度，然后在小坡口側使用碳弧氣刨進行清根并打磨去除滲碳層，做MT或PT探傷檢查，在確認背縫清根無缺陷后焊接仰焊至1/2坡口深度。最后交替施焊兩側坡口，直至填滿整個坡口。在現場工藝人員的指導下隨時調整焊接順序，糾正焊接變形。

4 焊接變形及焊接質量控制

4.1 焊接變形控制

在轉子焊接過程中，對比測量數據發現轉子半徑和主立筋垂直度是控制的關鍵指標，是決定轉子焊接質量的關鍵一步。所以每次焊接后的監測數據是評價上道工序焊接正確性和確定下道所要焊接部位和順序的主要依據，這樣才能使轉子支架焊接變形處于可控狀態。

4.2 焊接質量控制

（1）由于轉子為大型厚板結構，結構復雜，焊接過程中存在較大應力，為防止產生裂紋，減省焊后熱處理，可在焊接過程中采用機械捶擊方法釋放應力。（2）轉子支架上中下環板厚度主要為60mm，所以要先進行80℃的預熱，以減少熱應力，從而減少約束應力，防止冷裂紋的產生。（3）E5015焊條焊前在350℃烘烤1～2小時，然后在100℃保溫備用。焊條隨用隨取，且裝在裝用焊條保溫桶中進行保溫。（4）轉子支架表面電弧損傷及焊疤等應修磨平整。焊縫外形尺寸和外觀質量不符合規定時，允許焊工自行修整，但表面裂紋不得擅自處理，應及時報告焊接工程師。

5 結語

從白鶴灘14#機組的轉子支架整個焊接過程及結果來看，通過約束焊接完全可達到預期效果，且其質量指標符合廠家及業主要求。由于大型水電站轉子支架焊接難度越來越大，因此在焊接前對整個過程認真分析，并制定正確的工藝措施并執行是非常有必要的。通過在白鶴灘水電站1000MW機組轉子焊接中的成功實踐，提高了施工工期及焊接質量，同時為后續大型水電站設備焊接技術提供了參考。

參考文獻

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收稿日期：2020-05-06

作者簡介：黃平（1983—），男，湖北黃岡人，本科，工程師，研究方向：水電站機電安裝、檢修與技術管理。

Research on Welding and Quality Control of Rotor Support of Baihetan Right Bank Power Station

HUANG Ping

（China Gezhouba Group Electromechanical Construction Co.， Ltd，? Yichang? Hubei? 443002）

Abstract：The generator rotor is one of the main parts of hydro generator set， it has the characteristics of large size， many processes and complex structure. This paper takes the Right Bank Hydropower Station of Baihetan as an example， the welding quality control method of disc support rotor is introduced， the improvement measures of welding process for this kind of rotor bracket are summarized， the deformation control method and defect treatment measures in the welding process are mainly analyzed， in order to further improve the welding quality of rotor bracket.

Key words： Baihetan; hydropower station; support; welding; deformation control; quality control