大型混流式水轮机座环装焊制造工艺

刁丽英

(哈尔滨电机厂有限责任公司)

大型混流式水轮机座环装焊制造工艺

刁丽英

(哈尔滨电机厂有限责任公司)

摘 要：系统的介绍了大型混流式水轮机座环装焊制造工艺，对其装配、焊接的工艺要点作了详细的工艺分析，总结了大型混流式水轮机座环装焊的新工艺，促进了工艺技术的进步和装焊过程的质量控制，同时，为今后制造大型混流式水轮机座环装焊积累了丰富经验。

关键词：座环;装焊;工艺;分瓣面

1 大型混流式水轮机座环的结构特点

座环为平行板式带有圆弧过渡段及导流弧的组焊结构，由于体积大，座环均采用的是分瓣结构，分瓣面将在电站进行组焊，环板采用大厚度抗撕裂钢板，过渡段、大舌板均采用高强钢板。

2 焊接制造工艺难点

(1)座环主环板采用S355J2G3 270 mm厚钢板，固定导叶采用A668 classE 200 mm厚低合金钢锻件制造。如此大厚度A668 classE锻钢使用在水轮机座环制造中尚属首次，制造厂家没有成熟的焊接制造经验。准确评估A668 classE锻件的焊接性及预防座环大厚度主环板层状撕裂及冷裂纹的产生，是制造过程中需攻克的重要技术难点。

(2)因溪洛渡座环特殊固定导叶厚度为260 mm厚，制造厂家对如此厚度的钢板没有成熟的成型经验可借鉴，必需论证及实际验证成型的可行性及可靠性。

(3)溪洛渡座环4瓣均设有圆弧型导流弧，由于导流弧采用钢管划线气割下料并与平板组焊形成单节再参与总装，气割配割时变形较大，工序复杂，相对难度较大。

(4)由于溪洛渡座环采用大厚板进行焊接，与三峡座环相比，虽采用大厚度钢板部件的刚度有所增加，但由于焊接量巨大，且上下均有大厚度环板，焊接变形控制存在极大难度。

(5)溪洛渡座环是由4瓣组成，到电站要把4瓣组焊成整体后内圆的导向带要有加工。这就要求工地组焊后变形量不能超过加工要求。，如此大的直径(∮12 000 mm)及大厚度(270 mm)环板分瓣面焊接后要保证径向收缩不超过±1.5 mm，上、下环板不平度不超过2 mm的公差，在工地焊接尚属首次。

3 采取的工艺措施

(1)由于座环环板厚度已达270 mm，因此焊接接头的尺寸也大大增加，焊接接头的组织与性能更加复杂多变。这就对制定科学、合理的焊接工艺尤为重要，在焊接中严格控制焊接规范、合理安排焊接顺序、严格控制预热温度及层间温度等工艺措施对控制大厚度钢板可能出现焊接缺陷及焊接冷裂纹的发生效果显著。为了进一步有效控制部件累计的变形量，座环在环板和导叶焊接完成后，进行了追加了中间热处理，以消除环板与导叶焊接产生的应力对后序装焊造成累加变形，并在焊接过程中，合理布置装焊工艺拉筋，以提高部件自身的抗变形能力。

(2)因溪洛渡座环特殊固定导叶厚度为260 mm，这样大厚度成型是非常困难的，经过反复论证最后采取的措施是：钢板成型前的加热温度不能低于1 000℃，成型过程不低于600℃，并且成型前要在工件表面上按图纸准确划出成型素线，压型时胎具一定要垂直于钢板表面。

4 装焊制造工艺要点

(1)将下环板过流面朝上吊放于平台支墩上调平，水准仪检查平面度不大于3 mm在过流面上划出固定导叶内、外切圆线。

(2)按线吊装固定导叶。采用正、反螺旋拉紧器调整导叶的垂直度，要求不大于1.5 mm。自检固定导叶与外切圆刻线相切，调整好后，固定导叶两面各用两块弧形筋板搭焊牢固。

(3)吊装上环板，以合缝面加工线和上、下环板导叶的内、外切圆线为基准，吊线找正。调整上环板与下环板的同心度和平行度。分别在各导叶的头、尾部及合缝面内、外圆取8点测量上、下环板的开口，计算平均开口，高度预留焊接收缩量，要求开口尺寸控制在1 400+15+10 mm。使用水准仪划出导水机构中心线、并打样冲孔。按图纸自检1/4座环的整体尺寸，上环板与固定导叶采用弧形筋板搭焊牢固。

(4)座环尺寸交检后，焊接前，按图2布置工艺拉筋，焊接牢固。上环板上平面内圆侧焊接两个临时吊攀。

5 工地组焊工艺要点

5.1 工地环境的要求

施工现场的温度不低于5℃，空气相对湿度不高于85%，焊条、焊剂等焊接材料的贮存库应保持干燥，相对湿度不得大于60%。

5.2 控制焊缝综合收缩量

焊缝打底及焊缝两面焊接厚度在坡口深度的1/2时，焊接收缩量最大，因此在此范围焊接时一定要严格控制焊接线能量及焊道摆宽等工艺参数，在制定焊接工艺时，重点考虑有利于降低部件焊接残余应力的焊接顺序，最大限度地降低残余应力对焊接变形的影响

5.3 采取的主要工艺措施

(1)按照图纸和相关标准要求调整其平度和圆度，把紧合缝面上的把合螺栓，为监测座环焊接变形，要求每瓣座环的合缝处必须焊前打上相应标记，以便测量焊接后的变形情况。用水准仪和框式水平仪监测焊接过程中两面的平面度变化，每完成要求测量的工序时，都要对变形量做记录，以便对以后的焊接顺序及焊接参数进行调整。

(2)由8名焊工在各合缝位置，每道合缝处分上、下两层各1名焊工对称施焊，环板预热温度不低于100℃，每层焊接厚度4～5 mm。在焊接根部两道焊缝时必须选用Φ3.2 mm规格焊条，使用小规范电流施焊，焊道宽度不得大于15 mm。

(3)每层焊后除第一层和最后一层外，均进行锤击消除层间焊接应力，锤头应磨成圆R2，锤击点应密布且不重复，锤击到表面屈服为止。

(4)打底焊后及焊到坡口深度的1/2时，都要对变形情况进行测量，以确定下几层的焊接顺序。

(5)焊缝应采用分段退步焊。分段长度300～400 mm。上、下层焊接接头至少错开50 mm。根部两道焊缝由内向外焊接，其余各层焊接方向交替相反。

(6)焊后用远红外线履带式加热器进行消氢处理。将焊缝覆盖保温材料，加热温度250～300℃，保温3～50 h。

6 结论

(1)采用新的装焊工艺控制了单瓣座环焊接最易出现的勾张变形，满足了大型座环的加工要求。从而证明了制订科学、合理、严密的焊接制造工艺是提高部件制造质量的技术关键。

(2)合理的科学工艺流程对装焊过程中的质量能够完全监控。

(3)工地分瓣面的组焊完全达到了图纸要求，证明了适当合理提高预热温度、加强焊接过程中的锤击及合理安排焊接顺序是有效预防厚板层间撕裂及控制变形的有效手段。

(4)通过首台大厚环板座环的制造，提高了制造厂生产大容量、高水头机组的能力及积累了一定的经验，为以后生产更大容量的水轮机座环创造了条件。

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中图分类号：U415.5

C

1008-3383(2011)06-0282-01

收稿日期：2011-03-11

作者简介：刁丽英(1959-)，女，工程师，从事水轮发电机焊接工艺工作。