探析焊接技术在汽轮机隔板制造中的应用

王昆

摘 要：隔板是汽轮机中技术含量和要求高、批量大、制作工艺复杂的重要部件之一，它在汽轮机生产中占有很大的比重。现代汽轮机隔板大都采用焊接方式把叶片与内、外环连接在一起成为一个整体，从而达到消除振动和减少蒸汽泄漏的目的。由于隔板制造精度对汽轮机效率的影响很大，且直接影响着汽轮机的生产周期和产品质量。因此，国内外各大汽轮机制造厂都对隔板的焊接十分重视。笔者结合实际工作，针对汽轮机隔板焊接现状进行分析，着重论述了焊接技术在焊接隔板中的应用。

关键词：汽轮机 隔板制造 焊接技术 窄间隙焊

汽轮机在电厂设备中起着无可替代的作用，它是电力工业的心脏。隔板是核电机组通流主要部件之一，起到固定静叶和阻止级间漏气的作用，能保证机组的经济型和安全性。考虑到隔板的运行环境，为提高隔板外环的抗水蚀能力，工艺设计上要求在外环的进汽侧、出汽侧汽封处堆焊不锈钢耐蚀层。因此，国内外各大汽轮机制造厂都对隔板的焊接十分重视，投入了很大的物力、精力对其结构及焊接方式进行改进，以期提高隔板的焊接质量，同时降低制造成本。

一、汽轮机隔板焊接现状

汽轮机隔板作为汽轮机的重要部件，其制造质量直接影响到机组的安全性、稳定性、热功转换效率。所以汽轮机隔板的制造直接反映了汽轮机制造厂的技术水平。隔板是用来固定静叶片，并将整个汽缸间隔成若干个汽室。低压环式隔板主要由隔板体、静叶片和隔板外环直接焊接而成，隔板通过外环直接安装在汽缸或隔板套内专门的凹槽中。叶片与内外环的焊接原来的工艺采用手工焊条电弧焊，焊后发现焊缝的外观成型不好，即焊纹较粗糙、焊缝宽窄不一，同时叶片、内外环表面的清洁度不好，尽管叶片和内外环上涂了很多防飞溅剂，但是在叶片和内外环上还是产生许多焊豆，极难清理，在清理过程中有时损坏了叶片表面的光洁度，并且对于隔板中两叶片之间的间隙比较小的就更难清理干净。

二、焊接技术在焊接隔板中的应用

2.1自带围带式隔板焊接技术

隔板设计时没有内、外环部件，导叶片自带围带及内、外环成圈组成隔板的结构。制造時按照叶片顺序号依次装配全部导叶片并进行整圈焊接的隔板，多用于 300MW 以上反动式机组结构上。自带围带式隔板主要采用 MIG 焊及真空电子束焊两种焊接方式；随着真空电子束焊接技术的大规模应用，在汽轮机焊接制造过程中逐渐推广真空电子束焊接方式已经成为必然，这为提高自带围带式隔板焊接质量，改善工人劳动条件，大幅度提高生产效率，提高自带围带式隔板的整体焊接制造水平提供了有力的支撑。为此，现代大功率汽轮机对自带围带式隔板的焊接主要使用真空电子束焊方式，MIG 焊方式已经逐渐被淘汰。

2.2电子束焊接技术

（1）焊接原理

电子的产生及电子束的形成和汇聚的工作原理是比较简单的。发射材料加热后，由于热发射效应，表面就发射电子，热发射电子在电场的作用下，就沿着电场强度的反方向运动。所以在热发射材料和被焊工件之间加上电位差，通常是工件接正（接地），热发射材料接负（负高压），则热发射电子就会连续不断地加速飞向工件，形成了电子束流。但这样的电子束流，其束流密度低、能量不集中，只能加热却难以熔化金属，只有通过电子光学系统，把束流汇聚起来以提高其能量密度后才能达到熔化焊接的目的。

（2）隔板制造方法

汽轮机隔板的制造，以往大多采用埋弧焊。由于汽轮机隔板的焊接部位极多，形状复杂，所以，掌握隔板的强度和变形量是一个重要的课题。六十年代以来，国外在汽轮机隔板的制造中采用电子束焊接技术。在隔板制造中采用电子束焊接法的主要目的是：（1）由于一次就可获得灼爆的探度，能够减少隔板的变形，从而提高了隔板的焊接质量；（2）由于不需要加工坡口，所以能在定位板与隔板内外环拼合的情况下进行焊接，从而降低了制造成本。

2.3圆柱形围带冲孔及成形

高中压段的大多数隔板，因汽道的扩散不大，一般都将汽道的扩散角取为 0 度。此时叶栅上的内外围带都呈简单的圆柱形。这类围带一般在下料并制成带材后便可按规定缩尺划出节距线进行冲孔，然后再弯成圆弧。这种操作程序要比先弯形后按缩尺划出节距线再冲孔要方便得多。由于隔板焊接后要收缩，所以在冲制围带孔时节距要预放缩水。缩水的大小参考实验数据，变化范围很大。其主要因素如下：缩水率（即缩尺）随隔板汽道的平均直径而变化，汽道的平均直径愈大，缩水率也愈大。反之，汽道的平均直径愈小，缩水率也愈小；随隔板的主焊缝剖口的大小而变化，焊缝剖口愈大，缩水率也愈大。反之，焊缝剖口愈小，缩水率也愈小；按规定的操作要求，使用同样的焊条，同样的焊接参数情况下，各个焊工按其熟练程度不同，焊成的隔板缩水很悬殊，而且很难找出统一控制的办法。所以外国厂家在制度上规定，指定专人焊接隔板，不仅如此，而且明确规定，焊隔板的焊工，如有三个月以上的时间未从事隔板焊接，在其恢复做隔板焊接工作前必须先经试焊合格。用严格的操作质量来保证隔板的焊接质量和稳定的缩水率。

2.4窄间隙焊在隔板焊接中的应用

由某公司制造的超超临界1000MW 汽轮机组，为一次中间再热、四缸、四排汽、冲动、凝汽式汽轮机。鉴于冲动式机组结构的故有特性，其隔板必然需要承担较大的蒸汽压差。为了能够满足隔板在主蒸汽参数 25MPa，600℃ /600℃的恶劣运行工况下的强度要求，设计时隔板的壁厚较大。为了使隔板焊缝的力学性能，特别是高温性能能够满足汽轮机的运行温度及压力的要求，汽轮机隔板的主焊缝采用深坡口窄间隙结构（焊口深达 160mm）且要求采用窄间隙焊技术进行焊接，焊接操作难度较大。如果不采取一定的措施很难保证隔板主焊缝的焊接质量，而隔板的焊接质量对于提高整个机组的效率及安全运行，以避免动静碰摩事故给电厂和制造厂造成重大经济损失具有重要的意义。

三、结束语

随着焊接技术的发展，气体保护焊及埋弧焊已成为隔板主焊缝焊接的常规方式，窄间隙气体保护焊及真空电子束焊则成为先进焊接方式的代表。鉴于隔板结构的特殊性及设备初期投入成本、日常维护等费用来看，窄间隙气体保护焊则更具优势。

参考文献

[1]赵博，范成磊，杨春利，孙清洁.窄间隙 GMAW的研究进展. 焊接，2008，（2）：11-14.