抽水蓄能机组顶盖焊接工艺

来源:用户上传      作者: 魏方锴 范胜海 林磊

　　摘要：顶盖是水轮机导水机构的重要组成部分，其工作状态承受的应力复杂。一般水轮机顶盖都采用较厚的低合金结构钢焊接而成，尺寸控制严格，焊接质量要求较高。本文以比较具有代表性的抽水蓄能机组顶盖为例，详细阐述水轮机顶盖的焊接工艺。
　　关键词：水轮机 顶盖 焊接 工艺
　　
　　前言
　　顶盖是水轮机组导水机构中重要的组成部分，通常由低合金结构钢焊接而成。与普通混流式机组相比，抽水蓄能机组的顶盖通常承受更强大的交变载荷，其结构更为复杂，尺寸精度要求更高，装配焊接工艺更为严格。
　　1.简要说明
　　1.1结构分析
　　顶盖按照机组的运行要求，通常由Q235、Q345C、S355、SM490B等低碳钢或低合金结构钢焊接而成。
　　1.2 设备或设施
　　焊接平台用工作平板均采用优质细颗粒灰口铸铁制造，要求表面硬度均匀。对浇注而成的铸件应进行自然时效和人工时效处理，消除产品内应力，增强抗拉抗弯强度，使平板的各种机械性能稳定可靠。
　　按照车间生产能力，制造顶盖所需要的吊车承载能力可以控制在50-100吨。油压机和滚板机用来对顶盖零部件的压平或成型，油压机的负载能力在1000-3000吨之间，滚板机要求满足100mm以上钢板的成型要求。
　　焊接顶盖的变位机承载能力应该在50-100吨。钨极氩弧焊接焊机主要完成管路焊接，其焊接质量可靠性很高，外观好。
　　2.工艺要点分析及主要工艺措施
　　2.1备料
　　顶盖零件一般分为碳钢板、不锈钢板、铸造零件、碳钢管路和不锈钢管路。
　　顶盖中采用的碳钢钢板厚度都比较大，采用数控切割的方式可以在很大程度上提高生产效率、降低生产成本；不锈钢板下料采用数控等离子切割机。
　　对于分瓣或分块的零件，采用熔化极气体保护焊或埋弧焊进行拼焊。对于环形或弧形零件，拼接焊前在其弦长位置支撑适当的工艺拉筋，并在焊接过程中通过交替施焊、分段退步焊接、多层多道等方式控制焊接变形。焊后打磨焊缝表面，油压机压平后进行UT和MT探伤，对于探伤不合格的焊缝需要进行分析原因，返修直至其合格为准。
　　下料时，顶盖上的导叶轴孔、补气孔等可以直接气割开出，也可以在拼焊后手工划线割出。拼焊需要进行局部铲磨和清理，检查合格后方可参加装焊。
　　2.2拼焊及分装配
　　根据顶盖具体结构的不同，环板、合缝板、筋板、轴座等零部件将进行必要的分装。
　　环板拼焊前，要求对拼焊的零部件尺寸和平面度进行必要的检查，要求对焊接坡口进行PT探伤。尺寸、平面度及焊接坡口合格的钢板方可进行拼焊。拼焊时还要考虑焊接收缩对轴孔弦距的影响，焊接收缩量根据焊接规范、钢板厚度的不同而变化，范围在2mm-6mm之间。
　　轴座的焊接量比较大，焊接时要求尽可能采用较小的焊接规范，焊接过程中监测并控制底环板平面度的变化。轴座在装焊前应确认其内部质量完好，坡口表面探伤合格。
　　2.3 分装配的后平、修型和探伤
　　对于分装配的焊缝，焊缝表面需要进行必要打磨，要求打磨后的焊缝表面于母材基本平齐。后平或修型工序在油压机上完成，按照工件尺寸的不同，平面度可以控制在2mm-4mm。压平以后，所有要求探伤的焊缝必须进行图纸所要求的无损探伤，包括超声波探伤、渗透探伤、磁粉探伤、射线探伤等。
　　2.4顶盖装配
　　2.4.1底部的装配焊接
　　某抽水蓄能项目的顶盖底部由三块环板和一个立圈焊接而成。为了避免整体装焊后因大量焊接而产生的焊接变形，将这四个部件首先进行一次装配。这部分的焊接可利用变位机和自动埋弧焊机完成。全部焊缝完成后需要按照图纸或相关文件要求进行必要的探伤，合格后方可进行下序。
　　对于底部较为简单的顶盖，通常不需要进行底部的焊接,而是在底部环板和立圈装配后直接进行筋板和顶环的装配。
　　2.4.2整体装配
　　在底部环板上划线，分别将各筋板装好，保证其垂直度，用拉筋进行必要的固定和支撑。
　　外侧立圈、以及与外侧立圈相连接的支撑法兰、吊耳等部件的装配通常在筋板、合缝板等部件焊接后完成。
　　焊接采用熔化极气体保护焊完成。顶盖在焊接过程中需要进行必要的翻转或位置调整。焊接后需要按照图纸要求进行必要的无损检测。
　　顶盖焊接后需要重新调平，划线装配外侧立圈、支撑法兰、吊耳以及其他需要退火前完成装焊的部件。
　　2.5 退火、喷砂、清理
　　加工表面、螺纹孔、管路、密封空腔等部位，顶盖退火前需要对该处用硅酸铝(石棉布)等耐火材料进行保护。
　　喷砂时同样需要保护孔、管、加工面、密封腔等部位。
　　对顶盖进行必要的清理、修磨和补焊，补焊要求与正常焊接相同。
　　2.6 油箱、管路装配
　　顶盖中的管路、油箱等零件通常需要在顶盖全部焊接完成后进行装配和焊接。装配前确认这些管路附近的焊缝或相邻的焊缝已经经过UT和MT探伤合格，均压孔已经开出切打磨光滑。油腔内表面需要进行必要的清理和涂刷。
　　2.7 尺寸检查
　　按照图纸要求全面检查尺寸和焊接质量，并做好相关记录。
　　2.8喷砂、涂漆、标记
　　如果无法在规定的时限内完成涂漆工序， 第二次喷砂也必须进行。
　　检查合格的顶盖将进行必要的清理、涂漆并印刷起吊重量、电站名称等标记。涂漆质量和标记需经质量保证部门确认并做好记录。
　　2.9堆焊
　　顶盖密封部位需要堆焊奥氏体不锈钢。为了保证堆焊尺寸，需要在堆焊部位加工出沟槽。尺寸达到要求以后，在此沟槽内进行焊接。
　　常用的堆焊材料为ER309L等奥氏体材料，该材料焊接以后不需要退火。
　　3.质量保证措施
　　3.1工艺卡片
　　工艺卡片是装配和焊接的指导性文件，详细的工艺描述有利于保证产品质量和工程进度。
　　3.2焊接手册
　　焊接手册作为保证焊接质量的指导性文件之一，详细描述了焊接接头的尺寸和形状、焊接方法、焊接材料、焊接规范及探伤要求等，给出了焊工操作所必需的技术指导。
　　3.3其他辅助文件
　　焊接施工记录卡、退火记录卡、质量计划是产品制造的辅助性文件，可以保证装配和焊接等重要工序的可控。
　　4.结论
　　本文针对抽水蓄能机组顶盖结构，阐述其装配和焊接过程。不同的制造厂家有着不同的设备、人员及制造经验，制造过程也无法完全一致。无论什么类型的顶盖，都不能够完全照搬现成工艺方案，而是应该立足于生产现状，针对现有设备、人员和工具，采用更适合自己的工艺方案。

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