福清、方家山核电主泵电动机制造工艺研究

2014-07-24陈志磊孙柏洲

上海大中型电机 2014年4期

关键词：主泵侧板铁心

陈志磊，孙柏洲

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040)

福清、方家山核电主泵电动机制造工艺研究

陈志磊，孙柏洲

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040)

介绍了自行设计的核电站主泵电动机定子铁心的结构特点，通过技术分析与探讨，对定子铁心装配焊接的技术难点进行了详细的分析，针对各项技术难点制定了包括下料、成型、拼焊、装配及焊接等工序上行之有效的工艺措施，为今后同类产品的生产制造积累了经验。

核电；主泵电动机；定子铁心；焊接制造技术

0 引言

主泵电动机是核电站核岛循环系统的一部分。定子铁心是主泵电动机核心部件之一。因此，定子铁心的装配焊接质量直接关系到产品的核心质量。

主泵电动机定子铁心由定子压板、机座侧板、定子盒形支柱、筋板、T型钢及定子通风槽板装配等部件组成。定子铁心轮廓尺寸2 500 mm×2 500 mm×1 200 mm。定子铁心在装配焊接的结构上比较复杂，焊接接头型式多，并且需在装压状态下焊接，焊接空间位置狭小，并且多为薄板焊接，焊接容易产生裂纹及变形。

笔者主要介绍定子铁心的装配焊接工艺方案以及采取的各项措施，可以满足图纸要求的工艺过程可为今后类似结构产品积累经验。

1 定子铁心的结构特点及装配焊接过程中的难点

1) 定子铁心由定子压板、机座侧板、定子盒形支柱、筋板、T型钢及定子通风槽板装配等部件组成。定子铁心轮廓尺寸2 500 mm×2 500 mm×1 200 mm。定子铁心见图1。

2) 定子铁心中加热器支架、布线架等多为8 mm或10 mm薄板结构，并且为单侧角焊。因此薄板形式的焊接结构较多。定子盒形支柱与定子压板之间的焊接为异种钢的焊接，并且为单侧大U型坡口，坡口深度约40 mm，并在外侧存在20 mm角焊缝的结合形式。特殊的结构与焊接形式给后续的装配及焊接变形控制带来相当大的难度。定子铁心焊接结构见图2。

图1 定子铁心

图2 定子铁心焊接结构

3) 定子铁心中定子盒形支柱与定子压板之间焊缝、筋板与铁心之间焊缝、T型钢与与铁心之间焊缝等，必须在装压状态下焊接。因此焊缝产生的应力较大，焊接后焊缝有产生裂纹的倾向。此外铁心的材质为硅钢片，焊接性能不好，更会加剧裂纹产生的倾向。定子铁心在加压状态下焊接见图3。

4) 定子盒形支柱承担整个定子铁心的全部重量，结构紧凑空间狭小，最狭窄处仅40 mm。焊接接头型式多，焊接量大，焊后要求进行消除应力退火，不利于变形控制。由于起吊要求平稳，对吊攀的装配位置、吊攀端面垂直度等尺寸要求较严。定子盒形支柱结构见图4。

图3 定子铁心在加压状态下焊接

图4 定子盒形支柱结构

5) 定子铁心在装配焊接的结构上比较复杂。焊接空间位置狭小，并且要求不能有任何杂质进入铁心内部。因此焊接前及焊接过程中，要进行大量的保护工作，采用阻燃遮挡物将可能有焊渣飞溅的区域进行保护，以防止焊渣飞溅、切割火焰等对铁心区域引起伤害。

2 生产制造过程中采取的工艺措施

2.1 下料、成型、拼焊等方面采取的工艺措施

1) 为了避免焊缝的应力集中，减小焊接所产生的变形，定子铁心中的机座侧板、定子压板、隔板、筋板等均采用数控气割机整体下料。采用油压机压平后再加工，确保后续装配减小累积误差。

2) 由于对定子盒形支柱吊攀的装配位置、吊攀端面垂直度等尺寸要求较严，因此对定子支柱前板、定子支柱后板上的吊攀孔采用加工的方式保证配合间隙的合理。

3) 为保证定子支柱前板两块板的圆孔同心度，采用先数控气割机下料，在圆孔处留出单边5 mm的加工余量，再找正中心装焊成一体，最后一起加工。

2.2 装配方面采取的工艺措施

由于定子铁心结构复杂、单件数量多、焊接接头型式多、焊缝位置集中，焊接容易产生裂纹及变形。为了确保焊接质量，控制及减小焊接变形程度，把整体装配拆分为多个小的分装配，并合理地安排装配焊接顺序。

1) 定子盒形支柱中，吊攀管与吊攀挡板分装配，然后再与定子支柱前板装配焊接，焊接后修形。可保证吊攀端面与定子支柱前板的平行度，满足了整体装配时的尺寸要求，减小累积误差。

2) 在定子盒形支柱的装配过程中，把定子支柱前板(已吊攀管装配焊接完成)、定子支柱侧板、定子支柱盖板装配成一侧敞开的箱体结构，提高整体结构的刚性。在开口处支撑拉筋后焊接内部焊缝并探伤完毕，然后修形并去除支撑拉筋。最后采用插入的方式装配定子支柱后板，调整间隙合适后焊接完成备用。

3) 在定子铁心的装配过程中，首先是在装压机上装配定子压板，并在其上进行铁心叠片。叠片后装配另一块定子压板并开始加压。持续压力在200 t左右，保压的过程中装配定子盒形支柱、筋板、T型筋、钢管、垫板及机座侧板。装配定子盒形支柱是其中的难点。首先在4件定子盒形支柱单件上分别确定其中心线。装配时要保证4件定子盒形支柱的中心线与铁心的中心线在同一水平面上，才能确保起吊的平稳，因此装配时需采用水准仪反复测量比对。

4) 在装配机座侧板前，应先完成筋板、T型筋、钢管、垫板的装配与焊接，避免后续机座侧板闭合后部分焊缝无法焊接。

2.3 焊接方面采取的工艺措施

1) 焊接方法采用熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊有工作效率高、焊缝质量高(抗裂性能好)、焊接变形和应力小、能获得较高质量的焊缝等优点。

2) 焊接前及焊接过程中，对铁心区域进行保护工作。采用阻燃遮挡物将可能有焊渣飞溅的区域进行保护，以防止焊渣飞溅、切割火焰等对铁心区域引起伤害。

3) 为保护铁心不受损害，焊前不能预热，但需清理去除焊接区域30 mm范围内的油、漆、水、探伤液等有害杂质。

4) 在焊接时，操作者在对称位置进行焊接，采用多层多道，分段退步焊。多层焊接接头按梯形错开25 mm,合理翻身等工艺手段(在定子压板与定子盒形支柱之间的U型坡口焊接2/3时允许去除压力载荷并对工件翻身)，能有效地减小焊接变形，保证焊缝质量。

5) 焊接时首先对称焊接外侧角焊，后焊内侧坡口焊缝。为了减小焊接应力，除表层和底层不锤击外，其余逐层锤击。锤击以焊缝金属表面屈服为准。焊接时采用小规范控制热输入量，并控制焊缝层间温度不大于150℃。