CN102363258B

CN102363258B - 带有不锈钢固定导叶的水轮机座环装配焊接工艺方法

Info

Publication number: CN102363258B
Application number: CN201110183003.XA
Authority: CN
Inventors: 乔宏来; 邱希亮; 魏方锴
Original assignee: Harbin Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Harbin Electric Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: CN102363258A

Abstract

本发明涉及一种带有不锈钢固定导叶水轮机座环的装配焊接工艺方法，环板采用抗撕裂钢板制作，环板铺焊不锈钢，焊接材料铺焊厚度7±1mm，加工铺焊后的环板，使铺焊区域的平面度不大于0.5mm，固定导叶材料选用马氏体不锈钢，装焊固定导叶，退火，过流面喷碳化钨涂层，本发明利用选材、二次加工及铺焊过渡层解决了层状撕裂、装配精度及异种钢焊接的关键性工艺问题，本发明具有制作成本低廉、工艺流程合理简洁、能够提供较高的耐磨蚀性能、提高产品的性价比等优点。

Description

带有不锈钢固定导叶的水轮机座环装配焊接工艺方法

技术领域

本发明涉及一种带有不锈钢固定导叶的水轮机座环装配焊接工艺方法。

背景技术

以往水轮机座环的制造工艺是固定导叶与座环环板采用相同材料制作，即抗撕裂的碳钢制作，由于一些河流的泥沙含量较大，采用这种方法制作的座环虽工艺方法简单，成本低廉，但在水轮机运行过程中固定导叶的磨损非常严重，随磨蚀量的加大，水轮机性能也受到较大影响。

发明的内容

本发明的目的是提供一种能充分保证抗磨损性能的特殊结构水轮机座环的装配和焊接工艺方法,本发明的技术方案为：

（1）座环环板下料：座环环板材料采用抗撕裂钢板S355-Z35,下料后压平，使环板平面度不大于3mm；（2）环板铺焊区域划线：在环板过流面的固定导叶装配位置划线，以固定导叶分度圆半径方向为中心线画出铺焊区域轮廓线，轮廓线应距固定导叶角焊轮廓线至少5mm；（3）铺焊不锈钢：在铺焊区域铺焊不锈钢，焊接材料选择美国焊接协会标准AWS A5.9章规定的代号为ER309L的奥氏体不锈钢焊丝，焊接方法为熔化极气体保护焊，混合气体积配比95%氩气加5%二氧化碳,铺焊厚度7±1mm；（4）压平环板：对铺焊后的环板实行压平工序，使其平面度不大于3mm；（5）加工环板：在环板过流面侧加工铺焊层，加工量3mm，加工后使其平面度不大于0.5mm，其余部位按图纸加工；（6）制作固定导叶：固定导叶采用美国材料与试验协会标准A743卷中铁-铬-镍耐腐蚀马氏体不锈钢铸件ASTM A743CA-6NM材料，加工型线及焊接U型坡口，固定导叶长度与上下环板开口相比小8mm；（7）装焊固定导叶：在环板铺焊层上划出固定导叶装配位置线，装配固定导叶，焊接固定导叶与环板间焊缝，预热温度不低于80℃，焊接材料选择美国焊接协会标准AWS A5.9章规定的代号为ER410NiMo的马氏体不锈钢焊丝，焊接方法为熔化极气体保护焊，混合气体积配比95%氩气加5%二氧化碳；（8）打磨焊缝：打磨固定导叶与环板焊缝；（9）焊后给座环退火；（10）喷碳化钨涂层：在环板和固定导叶的过流面喷碳化钨涂层，涂层厚度0.3mm，涂层边缘平滑过渡。

本发明座环的主要特点是:座环环板为低合金碳素结构钢、座环固定导叶为马氏体不锈钢，其难点在于特殊结构工件的异种钢焊接过程，水轮机座环共有16个固定导叶，其中15个普通固定导叶（1#～15#固定导叶），1个特殊固定导叶（大舌板，16#固定导叶），以往制作水轮机座环，各部分均采用普通碳钢制作，这种材料抗磨蚀性能较差，随着水轮机服役，固定导叶受到水中泥沙、石子、高压气泡的冲刷和腐蚀而产生型线改变，导致水轮机性能受到较大影响，若全部采用不锈钢材料制作座环，制作成本较高，又不满足经济性的要求。

本发明深入分析了水轮机座环受磨蚀的原因及区域，研究发现，影响水轮机性能的磨蚀均产生在固定导叶表面，本发明采用不锈钢固定导叶，并且在焊后对环板及固定导叶过流面喷碳化钨涂层，可解决水轮机座环磨蚀严重的问题，若采用不锈钢固定导叶，则需解决如下技术问题，一是不锈钢固定导叶与碳钢环板间异种钢可焊性问题；二是防止固定导叶与环板间焊缝的母材区域出现层状撕裂现象的问题。

异种钢焊接时，会在熔合线附近出现由脱碳层与铬-碳化合物硬化层组成的碳迁移扩散层，在碳迁移扩散层中会出现硬度突变，该突变对工作性能是有害的，容易在这个部位造成破坏。

本发明采用铺焊奥氏体金属隔离层的办法，利用奥氏体不锈钢高铬镍含量降低碳的扩散迁移倾向，改善不锈钢与碳钢焊接时的组织和力学性能。

座环固定导叶与环板间焊缝属高层状撕裂倾向焊缝，本发明采用硬度较低塑性较好的奥氏体不锈钢焊接材料在拘束度很小的情况下先铺焊1-2层，有助于降低焊缝对环板的直接拉伸应力，进而降低层状撕裂倾向，保证焊缝质量。

为了进一步的提高座环整体抗磨蚀能力，除采用不锈钢固定导叶外，本发明还采用过流面全部喷涂碳化钨涂层的方法解决泥沙磨蚀问题，

本发明是水轮机座环制造方法上的新途径，不锈钢固定导叶的采用兼顾了座环的制作成本和性能要求，上下环板及其余结构采用低合金碳素结构钢制作，节约了整体制作成本；铺焊过渡层的采用解决了异种钢焊接性问题和座环环板层状撕裂倾向问题，二次加工工序保证了制造精度，过流面碳化钨涂层进一步提高了产品的抗磨蚀能力。

使用本发明的工艺方法制作的座环，磨蚀问题得以解决，兼顾了经济性和实用性，解决了异种钢焊接性问题和环板层状撕裂倾向问题。

附图说明

图1是座环核心结构示意图

图2是环板过流表面铺焊不锈钢示意图

具体实施方式

本发明是一种保证座环上下环板抗撕裂能力和固定导叶抗磨蚀能力的一种制造工艺方法，本发明的技术方案为：

（1）座环环板下料：座环环板材料采用S355-Z35抗撕裂钢板，下料后压平，使环板平面度不大于3mm；（2）环板铺焊区域划线：在环板过流面的固定导叶装配位置划线，以固定导叶分度圆半径方向为中心线画出铺焊区域轮廓线，轮廓线应距固定导叶角焊轮廓线至少5mm，轮廓线可在图纸中给出；（3）铺焊不锈钢：在铺焊区域铺焊不锈钢，焊接材料选择美国焊接协会标准AWS A5.9章规定的代号为ER309L的奥氏体不锈钢焊丝，焊接方法为熔化极气体保护焊，混合气体积配比95%氩气加5%二氧化碳，铺焊厚度7±1mm；（4）压平环板：对铺焊后的环板实行压平工序，使其平面度不大于3mm；（5）加工环板：在环板过流面侧加工铺焊层，加工量3mm，加工后使其平面度不大于0.5mm，其余部位如倒角、倒圆角等按图纸加工；（6）制作固定导叶：固定导叶采用美国材料与试验协会标准A743卷中铁-铬-镍耐腐蚀马氏体不锈钢铸件ASTM A743CA-6NM备料，加工型线及焊接坡口，固定导叶理论长度应比上下环板开口小8mm，以便留出铺焊余量；（7）装焊固定导叶：在环板铺焊层上划出固定导叶装配位置线，按线装配固定导叶，焊接固定导叶与环板间焊缝，预热温度不低于80℃，焊接材料选择美国焊接协会标准AWS A5.9章规定的代号为ER410NiMo的马氏体不锈钢焊丝，焊接方法为熔化极气体保护焊，混合气体积配比95%氩气加5%二氧化碳；（8）打磨焊缝：打磨固定导叶与环板焊缝，打磨圆角至图纸要求；（9）焊后给座环退火；（10）喷碳化钨涂层：在环板和固定导叶的过流面喷碳化钨涂层，涂层厚度0.3mm，涂层边缘平滑过渡。

如图1所示水轮机座环核心结构示意图，上环板1和下环板2采用S355-Z35抗撕裂钢板制作，下料后压平，在上环板1和下环板2的过流面侧（即固定导叶3侧）画出铺焊不锈钢过渡层的区域轮廓线，铺焊不锈钢，焊接材料美国焊接协会标准AWS A5.9章规定的代号为ER309L的奥氏体不锈钢焊丝，焊接方法为熔化极气体保护焊，混合气体积配比95%氩气加5%二氧化碳，铺焊厚度7±1mm，加工铺焊后的上环板1和下环板2，使上环板1和下环板2铺焊区域的平面度不大于0.5mm，制作固定导叶3，材料选用美国材料与试验协会标准A743卷中铁-铬-镍耐腐蚀马氏体不锈钢铸件ASTM A743CA-6NM，装焊固定导叶3，焊接固定导叶3与上环板1及下环板2间焊缝，预热温度不低于80℃，焊接材料为美国焊接协会标准AWS A5.9章规定的代号为ER410NiMo的马氏体不锈钢焊丝，焊接方法为熔化极气体保护焊，混合气体积配比95%氩气加5%二氧化碳，如图1所示，焊后打磨固定导叶3与上环板1及下环板2间焊缝，焊后在上环板1、下环板2及固定导叶3的过流面喷碳化钨涂层，涂层厚度0.3mm，涂层边缘平滑过渡。

如图2所示为不锈钢过渡层铺焊示意图，在上环板1、下环板2的过流面侧的指定位置铺焊过渡层4，过渡层4的厚度为7±1mm，焊后压平，压平后加工至4±1mm。

需用装备：

●数控气割机

●螺旋千斤顶

●数控铣床

●卷尺

●铅垂

●3000t油压机

●垫片

●熔化极气体保护焊机

●混合气供气系统

●风动旋风铣

●风铲

●退火炉

具体工艺步骤：

●座环环板下料：座环环板材料采用抗撕裂钢板S355-Z35，按图纸要求采用数控气割机下料，下料后压平，使环板平面度不大于3mm。

●按图纸要求在环板过流面的固定导叶装配位置划线，以固定导叶分度圆半径方向为中心线，画出铺焊区域轮廓线，轮廓线应距固定导叶角焊轮廓线至少5mm。

●在铺焊区域铺焊不锈钢，焊接材料为美国焊接协会标准AWS A5.9章规定的代号为ER309L的奥氏体不锈钢焊丝，焊接方法熔化极气体保护焊，混合气体积配比95%氩气加5%二氧化碳，铺焊厚度7±1mm。

●用油压机压平环板，使其平面度不大于3mm。

●加工环板，使铺焊层平面度不大于0.5mm，其余按图纸加工。

●制作不锈钢固定导叶，材料选用美国材料与试验协会标准A743卷中铁-铬-镍耐腐蚀马氏体不锈钢铸件ASTM A743CA-6NM，铸造后加工。

●装焊固定导叶，预热温度不低于80℃，焊接材料为美国焊接协会标准AWS A5.9章规定的代号为ER410NiMo的马氏体不锈钢焊丝，焊接方法熔化极气体保护焊，混合气体积配比95%氩气加5%二氧化碳。

●打磨固定导叶与环板间焊缝。

●焊后给座环退火。

●喷碳化钨涂层，涂层厚度0.3mm，涂层边缘平滑过渡。

本发明采取了一系列措施解决了不锈钢固定导叶与环板间异种钢的焊接性问题，解决了座环制作中环板层状撕裂倾向的问题，本发明的意义在于，通过采取一系列的特殊焊接工艺方法，设计合适的焊接结构，使得“低合金碳素结构钢+马氏体不锈钢”制作水轮机座环成为可能，进而保证了本发明产品的抗磨蚀性能及经济性。

Claims

1.一种带有不锈钢固定导叶的水轮机座环装配焊接工艺方法，其特征是：

（1）座环环板下料：座环环板材料采用抗撕裂钢板S355-Z35,下料后压平，使环板平面度不大于3mm；（2）环板铺焊区域划线：在环板过流面的固定导叶装配位置划线，以固定导叶分度圆半径方向为中心线画出铺焊区域轮廓线，轮廓线应距固定导叶角焊轮廓线至少5mm；（3）铺焊不锈钢：在铺焊区域铺焊不锈钢，焊接材料选择美国焊接协会标准AWSA5.9章规定的代号为ER309L的奥氏体不锈钢焊丝，焊接方法为熔化极气体保护焊，混合气体积配比95%氩气加5%二氧化碳,铺焊厚度7±1mm；（4）压平环板：对铺焊后的环板实行压平工序，使其平面度不大于3mm；（5）加工环板：在环板过流面侧加工铺焊层，加工量3mm，加工后使其平面度不大于0.5mm，其余部位按图纸加工；（6）制作固定导叶：固定导叶采用美国材料与试验协会标准A743卷中铁-铬-镍耐腐蚀马氏体不锈钢铸件ASTM A743CA-6NM材料，加工型线及焊接U型坡口，固定导叶长度与上下环板开口相比小8mm；（7）装焊固定导叶：在环板铺焊层上划出固定导叶装配位置线，装配固定导叶，焊接固定导叶与环板间焊缝，预热温度不低于80℃，焊接材料选择美国焊接协会标准AWS A5.9章规定的代号为ER410NiMo的马氏体不锈钢焊丝，焊接方法为熔化极气体保护焊，混合气体积配比95%氩气加5%二氧化碳；（8）打磨焊缝：打磨固定导叶与环板焊缝；（9）焊后给座环退火；（10）喷碳化钨涂层：

在环板和固定导叶的过流面喷碳化钨涂层，涂层厚度0.3mm，涂层边缘平滑过渡。