核電高壓隔板葉冠加高環裝焊工藝研究

裴金廷

東方汽輪機有限公司 四川 德陽 618000

引言

核電高壓隔板部分級別結構為拂配式，導葉冠部需要裝焊加高環，此類型隔板無相關生產經驗，經過現場試驗、設備改造，提出了生產效率高、可操作性強、保證焊接質量的方案，并在生產周期要求內成功制造出合格的隔板。

1 結構特點

核電高壓隔板葉冠進汽側裝焊加高環的典型結構見圖1，目的是減少葉頂與葉根的汽道損失，保證由動葉向靜葉的汽流穩定。

圖1 隔板加高環裝焊示意圖

2 裝焊難點

2.1 母材焊接性分析 葉片與加高環材質均為1Cr12Mo，屬于馬氏體不銹鋼,焊后接頭會形成淬硬的馬氏體組織。當焊接接頭剛度大或含氫量高時，在焊接應力作用下，容易產生冷裂紋。為冷裂紋產生，最有效的方法是預熱和控制層間溫度(200～300℃)。

因手工焊焊工站立位置有限，存在作業安全問題，且效率較低，故選擇自動焊焊接。

2.2 自動焊難點

1)裝焊位置：加高環在板體、外環與葉柵的主焊縫焊后，再進行裝焊，有3mm寬的鈍邊裝配在內冠上，有6mm寬的鈍邊裝配在外冠上，加高環5～12mm寬度處于懸空狀態，因非汽道側焊縫部位圖紙要求不加工，保證焊后圖示尺寸，有一定裝配難度；

2)薄壁件焊接：內冠加高環外圓直徑為φ1744，高度150mm，厚度30mm，焊接易變形；

3)焊接坡口：內冠加高環坡口寬度約15mm，深度為22mm；外冠加高環坡口尺寸約20mm，深度為37.5mm。焊接坡口小，深度大，坡口底部焊接質量不易保證；

4)固定方式：一般采用壓板、螺栓打壓的方式將工件固定在變位器上。而焊接層間溫度要求200～300℃，若采用此方式，隔板與變位器平臺直接接觸，導致平臺變形，設備損耗大，且緊固、找正的過程耗費時間過長，隔板將冷卻，無法滿足層間溫度的要求。焊接時需要不斷補熱，在反復的冷卻與補熱過程中，螺栓將無法起到緊固的作用，存在極大的安全隱患；

5)補熱：變位器平臺需要調整角度約為90°，邊焊接邊旋轉，固定的加熱裝置不適用，補熱困難；

6)焊槍：現有焊槍手臂較長，與隔板干涉；焊接內冠加高環時，槍頭容易與板體端面干涉；

7)觀察裝置:焊接平臺上需要為變位器水平、垂直轉動預留空間，焊接過程中，無法近距離觀察熔池狀態和清渣，無法在過程中調節參數。

3 設備改進及調試

鑒于以上裝焊難點，設備因素影響大，故進行了設備改進，對專用焊接變位器參數進行調試，并對補熱裝置的補熱效果進行驗證。

3.1 固定裝置改進 變位器平臺上裝卡8個T型支撐墊塊，墊塊上裝焊定心盤。隔板外圓與墊塊焊接，定心盤與板體內孔配合，且要求保證定心盤與變位器轉動軸的同心度。

圖2 定心盤

3.2 補熱裝置效果驗證及變位器、焊機參數調試 火焰筒固定于轉臺外側，隔板旋轉進行加熱。在產品焊接前，變位器轉速與焊接電流進行了匹配，對火焰筒的加熱效果進行了驗證。

試驗件與產品材質、坡口尺寸相同。加熱試驗件20min后，試驗件待焊部位溫度可滿足焊接規范的要求。

經反復調試轉臺轉速與焊接電流，最終確定轉速v=3.41r/min，焊接電流I=290A,焊接電壓U=35.9v時，焊縫成形質量最佳。

3.3 自動富氬氣保焊焊機改進 為避免焊機、焊槍與隔板干涉，改進了焊機，制作加長支架，使焊絲盤伸出機器臂，焊槍可移動距離加長，避免隔板與設備原手臂干涉；

4 裝焊過程

4.1 來料檢查 檢查加高環直徑、高度、坡口尺寸,材質確認,坡口PT合格。

4.2 裝配 加高環在主焊縫焊后進行裝焊，車削蓋板時，將葉冠裝配面見光約2mm深。以內葉根汽道圓為基準，找隔板中心，以此為圓心，劃加高環裝配線，直徑偏差≤1mm，加高環中分面與板體中分面對齊，便于隔板分為兩半，加高環與葉冠裝配面間隙≤0.5mm。

圖3 裝配加高環

4.3 焊接

4.3.1 打底焊 采用手工電弧焊打底焊兩層，保證加高環與葉冠裝配面間隙不大于0.5mm。

4.3.2 裝焊蓋板 在加高環上裝焊蓋板，減少內冠加高環焊接變形。蓋板為碳鋼，采用奧氏體不銹鋼焊材焊接，防止蓋板與加高環焊縫開裂。

4.3.3 預熱及固定隔板 焊前隔板整體入爐預熱至200～300℃，保溫4小時。上變位器時隔板內孔裝配在定心盤上，采用百分表找正，同心度≤0.5mm，隔板外環與支撐墊塊之間采用過渡墊塊連接，焊角尺寸≤30mm，焊材：E309LT0-4。

4.3.4 安全性試驗 焊接時工件溫度達200℃以上，為保證焊接過程中的安全，避免工件從固定墊塊上掉落，在施焊前，進行了安全性試驗。

將工件保持預熱溫度，變位器平臺翻轉至垂直位置。平臺空轉12小時以后，檢查隔板與變位器連接塊的焊縫質量和設備狀況。試驗結果：焊縫質量良好，設備運行正常，安全狀況良好。

4.3.5 焊接 根據工藝要求的焊接規范進行焊接。焊接過程中，兩支火焰槍分別對準內冠加高環坡口和隔板外環，以保證層間溫度，并采用測溫儀監測整體溫度，若低于200℃，則調平轉臺，及時進行補熱。

自動富氬氣保焊焊機改進后，焊接內冠加高環時，調整焊槍角度約30°，轉臺調整至相應角度，使坡口處于易焊位置。

為便于觀察熔池狀態，在焊接過程中及時調整參數，進行清渣，制作了可移動墊板，架于平臺之上。

加高環焊縫位置為非加工面，在焊接時焊肉應焊接飽滿，防止出現缺肉現象。

圖4 補熱裝置及可移動墊板

5 探傷

加高環焊后，經熱處理、鋸(鉆)削分為兩半、堆焊中分面、粗工加后，焊縫部位鉗工修磨外觀合格后，進行MT檢驗，MT顯示無缺陷。

在汽道側，加高環余量加工去除后，與葉冠之間倒角過渡，目視檢查與葉冠之間無明顯結構縫。

6 結論

通過試驗件焊接、裝卡方式優化及焊機改造，解決了核電高壓隔板葉冠加高環焊接過程中，馬氏體不銹鋼焊接性差、薄壁件焊接易變形、焊接位置限制及施工安全等問題。上述方案焊接的某核電項目高壓隔板主焊縫及加高環焊縫質量合格，控制了薄壁件加高環的焊接變形，同時焊接過程中設備運行良好，無安全事故，獲得了一個生產效率高、可操作性強的裝焊工藝方法。