CN104400184B - 一种Cr13型蓄能电站顶盖抗磨板焊接修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种Cr13型蓄能电站顶盖抗磨板焊接修复方法，属于焊接修复技术领域。采用MAG直流正接、焊材进行焊接，具体焊接工艺参数为：焊接电流180～240A，电压22～26V，焊接速度300～400mm/min，混合气体比例(90-95％)Ar+(5-10％)CO2，保护气体流量20～25L/min，焊层厚度2.0～4.0mm。对单个孔洞磨损处堆焊采用多层垂直焊接法进行焊接。本发明对现有磨损抗磨板进行修复，避免了更换新的抗磨板，采用原位修复技术，工艺简单，修复周期短；并且合理的焊接工艺参数、严格控制的焊接顺序和焊接方向使得修复效果良好。修复后抗磨板可恢复原功能状态，提高机组运行的安全性，确保电网安全可靠地运行，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种Cr13型蓄能电站顶盖抗磨板焊接修复方法
技术领域
本发明涉及一种抗磨板焊接修复方法，尤其是涉及一种Cr13型蓄能电站顶盖抗磨板的焊接修复方法。
背景技术
抽水蓄能电站将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能，适于调频、调相，稳定电力系统的周波和电压，提高系统中火电站和核电站的效率。抽水蓄能是目前电力系统最经济可靠、寿命周期最长、容量最大的储能装置。为保障电源端大型火电或核电机组长期稳定的在最优状态运行提供保障。抽水蓄能电站建设是南方电网近年来大力发展的方向之一。
水轮机是抽水蓄能电站的核心部件。在水轮机结构设计中，导水机构底环和顶盖过流表面需要采用特殊的覆面层保护，即抗磨板。水轮机在运行中，导水机构过流表面受到高速水流的冲刷作用，均出现活动导叶与上下抗磨板之间表面磨损严重问题，且在摩擦以及空蚀的影响下不断加剧，调速系统负荷逐渐增加，严重时甚至超过调速器接力器的承受力，导致导叶无法转动，进行影响机组的正常运行。
现南网系统内已投运的广蓄电厂、惠蓄电厂抗磨板均是1Cr13马氏体不锈钢材质，由四块圆周组成整圈，并用多个螺栓固定在顶盖及底环上，不锈钢覆层与基层间隙要求为零，且表面平整度、粗糙度有严格要求，需严格控制变形。在机组检修时一旦发现顶盖抗磨板磨损严重，必须经过整体更换或者修复处理才能继续使用。由于抗磨板体积大、拆卸困难、安装要求高，如将整个顶盖运回制造厂重新加工制造并安装新抗磨板，因抗磨板与顶盖间由螺栓固定，必须返厂加工确定螺栓固定部位，施工维修工期长，会严重影响检修进度。因此，有必要在现场采用焊接工艺对抗磨板进行原位修理，并达到表面平整度和粗糙度要求。尤其应该防止修复后出现导叶轴孔壁处抗磨板与顶盖间的较大间隙，即抗磨板受热影响产生一定程度的变形，对机组正常运行造成影响。
马氏体不锈钢是各种不锈钢中焊接性最差的，焊接最常见问题是热影响区脆化及焊接冷裂纹甚至延迟裂纹，一般要求预热及焊后热处理来保证焊接质量。而抗磨板尺寸大且薄，如广蓄II期抗磨板由4块外径4875mm，内径3929mm，厚30mm板组成，且由多个螺栓固定在顶盖基体上，拘束度大补焊过程中控制不当极易产生变形，且大型构件预热困难(散热快)也不可能整体做热处理，因此抗磨板马氏体不锈钢补焊工艺有以下关键问题需解决：
1、严格控制变形，需制订合理的焊接顺序并采取适当的焊接工艺控制热输入变形；
2、因表面平整度要求高，可能出现多次补焊-打磨-补焊，应力叠加造成钢板变形，有必要研究反复多次补焊-打磨对变形及补焊后焊接区域组织、性能的变化影响；
3、为确保检修工期，大面积补焊后应尽可能考虑采用自动焊或半自动焊工艺；
4、需保证补焊区性能与母材接近，特别是热影响区性能及耐蚀性能，重点关注抗磨性。
基于上述技术难点及现有技术缺陷，本专利提供了一种Cr13型蓄能电站顶盖抗磨板的焊接修复方法，焊接修复后抗磨板表面粗糙度低于6.4μm，抗磨板的平整度不超过0.05mm，与顶盖把合面无间隙。该焊接修复技术工期短费用低，修复后该部件可恢复原功能状态，提高机组运行的安全性，确保电网安全可靠地运行，具有显著的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问在于提供一种修复成本较低，修复效果良好的Cr13型蓄能电站顶盖抗磨板焊接修复方法。通过该方法，焊接修复后抗磨板表面粗糙度低于6.4μm，抗磨板的平整度不超过0.05mm，与顶盖把合面无间隙，耐磨性与母材接近。
为达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种Cr13型蓄能电站顶盖抗磨板焊接修复方法，包括以下步骤：
1)、对抗磨板表面进行清洗，去除表面油污及锈迹；
2)、用手提砂轮机将抗磨板表面磨损处及其周围10～20mm范围打磨至有金属光泽；
3)、焊接前用圆形木板遮挡导叶孔，避免焊接时电弧损伤及飞溅物粘着；
4)、对抗磨板20个孔洞进行编号，制订合理的焊接顺序，原则是中心对称的两个孔洞同时焊接，同时下次焊接的两个孔洞尽量远离上次焊接的两个孔洞；
5)、对焊接处采用远红外温度计监测，控制在80℃以下，同时在焊接部位附近装设2个百分表进行垂直变形量监测，变形量大于0.03mm时应适当调整焊接位置，大于0.10mm时应停工检查；
6)由两名焊工对称焊，对单个孔洞磨损处堆焊采用多层垂直焊接法，并且第一层焊道均平行于磨损处弧面方向；在同一层焊道中，先焊中间部位，再在中间焊道两侧隔条焊道焊接，焊接方向皆是从远处向孔洞，之后焊接方向反向，填充剩余焊道，直至将磨损处堆焊完毕；为避免收弧时焊接飞溅对孔洞边缘的污染，应在距孔洞10mm时熄弧，孔洞周围一圈最后施焊；
7)焊接完成后对不平整区域进行打磨，重新堆焊修补。
可对抗磨板进行不超过3次的打磨焊接修复。
上述过程中，抗磨板不需进行焊前预热，但如现场作业时工件湿度过大，可用氧炔焰对焊接处进行预热，预热温度在50℃以下。
对抗磨板20个孔洞进行编号时，如图1所示，先焊位置对称的任意两个孔洞处1，再顺时针旋转90°焊接对称的两个孔洞处2，再顺时针旋转36°，焊接对称的两个孔洞处3，再顺时针旋转90度，焊接对称的两个孔洞处4，再顺时针旋转72°，焊接对称的两个孔洞处5，再顺时针旋转90度，焊接对称的两个孔洞处6，再顺时针旋转54°，焊接对称的两个孔洞处7，再顺时针旋转90°，焊接对称的两个孔洞处8，再顺时针旋转72°，焊接对称的两个孔洞处9，最后焊接剩余的两个孔洞处10。
对单个孔洞磨损处堆焊采用多层垂直焊接法，并且第一层焊道均平行于磨损处弧面方向；第二层焊接时，所有焊道均垂直于耐磨板弧面方向；第三层同第一层；第四层同第二层；以此类推。如图2所示。
在同一层焊道中，如图3所示，焊接顺序为：先焊中间部位(1～1’)，再焊2～2’、3～3’，以此类推。直至将磨损处堆焊完毕。为避免收弧时焊接飞溅对孔洞边缘的污染，应在距孔洞10mm范围时熄弧，孔洞周围一圈8～8’最后施焊。
上述对孔洞的焊接规范参数为：焊接电流180～240A，电压22～26V，焊接速度300～400mm/min，保护气体Ar+CO2，保护气体流量20～25L/min，焊层厚度2.0～4.0mm。
更详细地，其中混合气体比例为(90-95vol％)Ar+(5-10vol％)CO2。焊接时为避免焊层过厚加大打磨量及减少焊接线能量，焊接时采取不摆动焊，焊道与焊道之间减少搭接量。
焊缝质量监测：不锈钢焊接时，只要焊接参数匹配，气体保护得当，将能呈现出银白色或者金黄色焊缝；氩气的纯度、流量、焊接参数及焊接方法均会影响焊缝的颜色。耐磨板堆焊时，要求焊缝颜色为银白、金黄或者蓝色，不能出现红色、灰色或者黑色。
本发明具有如下的有益效果：
1、不需要更换新的抗磨板，经济效益显著。抗磨板需要从德国进口，价格昂贵，体积大、拆卸困难、安装要求高。本发明对现有抗磨板进行修复，避免了更换新的抗磨板。
2、采用原位修复技术，工艺简单，修复周期短。如将整个顶盖运回制造厂重新加工制造并安装新抗磨板，因抗磨板与顶盖间由螺栓固定，必须返厂加工确定螺栓固定部位，施工维修工期长，会严重影响检修进度。
3、修复效果良好。通过严格控制焊接顺序和焊接方向，焊接修复后抗磨板表面粗糙度低于6.4μm，抗磨板的平整度不超过0.05mm，与顶盖把合面无间隙。修复后抗磨板可恢复原功能状态，提高机组运行的安全性，确保电网安全可靠地运行，具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为顶盖整体补焊焊接顺序图。
图2为单个孔洞磨损处多层焊缝焊接方向，其中，箭头1表示1、3、……层焊接方向；箭头2表示2、4、……层焊接方向。
图3为同一焊层焊接顺序，1、2、3….为不同焊道。
具体实施方式
实施例一：
抗磨板磨损部位深度5mm，用金属清洗剂及抹布对抗磨板表面进行清洗，去除表面油污及锈迹，用手提砂轮机将抗磨板表面磨损处打磨干净，并将需焊补处周围20mm范围打磨至有金属光泽，用圆形木板遮挡导叶孔。对焊接处采用远红外温度计监测，控制层间温度在80℃以下，同时在焊接部位附近装设2个百分表进行垂直变形量监测。采用发明内容中所描述的焊接顺序，MAG直流正接、ER309LT1-1.6焊材进行焊接，具体焊接工艺参数如表：
该抗磨板共需焊接两层。焊接完成并抛光后采用水平尺与塞尺进行焊后检查，平整度为0.03mm，抗磨板最终变形量0.03mm，与顶盖把合面间隙为0。对焊缝表面进行PT检测，未发现线形缺陷及直径超过2.0mm的圆形缺陷。
实施例二：
抗磨板磨损部位深度3mm，用金属清洗剂及抹布对抗磨板表面进行清洗，去除表面油污及锈迹，用手提砂轮机将抗磨板表面磨损处打磨干净，并将需焊补处周围20mm范围打磨至有金属光泽，用圆形木板遮挡导叶孔。对焊接处采用远红外温度计监测，控制层间温度在80℃以下，同时在焊接部位附近装设2个百分表进行垂直变形量监测。采用发明内容中所描述的焊接顺序，MAG直流正接、ER309LT1-1.6焊材进行焊接，具体焊接工艺参数如表：
该抗磨板焊接一层即填满焊缝。焊接完成并抛光后采用水平尺与塞尺进行焊后检查，平整度为0.025mm，抗磨板最终变形量0.03mm，与顶盖把合面间隙为0。对焊缝表面进行PT检测，未发现线形缺陷及直径超过2.0mm的圆形缺陷。
实施例三：
抗磨板磨损部位3.5mm，用金属清洗剂及抹布对抗磨板表面进行清洗，去除表面油污及锈迹，用手提砂轮机将抗磨板表面磨损处打磨干净，并将需焊补处周围20mm范围打磨至有金属光泽，用圆形木板遮挡导叶孔。对焊接处采用远红外温度计监测，控制层间温度在80℃以下，同时在焊接部位附近装设2个百分表进行垂直变形量监测。采用发明内容中所描述的焊接顺序，MAG直流正接、ER309LT1-1.6焊材进行焊接，具体焊接工艺参数如表：
该抗磨板焊接一层即堆满焊缝。焊接完成并抛光后采用水平尺与塞尺进行焊后检查，平整度为0.02mm，抗磨板最终变形量0.025mm，与顶盖把合面间隙为0。对焊缝表面进行PT检测，未发现线形缺陷及直径超过2.0mm的圆形缺陷。

Claims (4)

1.一种Cr13型蓄能电站顶盖抗磨板焊接修复方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)、对抗磨板表面进行清洗，去除表面油污及锈迹；
2)、用手提砂轮机将抗磨板表面磨损处及其周围10～20mm范围打磨至有金属光泽；
3)、焊接前用圆形木板遮挡导叶孔，避免焊接时电弧损伤及飞溅物粘着；
4)、对抗磨板20个导叶孔孔洞进行编号，制订合理的焊接顺序，原则是中心对称的两个孔洞同时焊接，同时下次焊接的两个孔洞尽量远离上次焊接的两个孔洞；
5)、对焊接处采用远红外温度计监测，控制在80℃以下，同时在焊接部位附近装设2个百分表进行垂直变形量监测，变形量大于0.03mm时应适当调整焊接位置，大于0.10mm时应停工检查；
6)由两名焊工对称焊，对单个孔洞磨损处堆焊采用多层垂直焊接法，并且第一层焊道均平行于磨损处弧面方向；在同一层焊道中，先焊中间部位，再在中间焊道两侧隔条焊道焊接，焊接方向皆是从远处向孔洞，之后焊接方向反向，填充剩余焊道，直至将磨损处堆焊完毕；为避免收弧时焊接飞溅对孔洞边缘的污染，应在距孔洞10mm时熄弧，孔洞周围一圈最后施焊；
7)焊接完成后对不平整区域进行打磨，重新堆焊修补。
2.根据权利要求1所述的焊接修复方法，其特征在于：
对孔洞的焊接参数为：焊接电流180～240A，电压22～26V，焊接速度300～400mm/min，保护气体Ar+CO2，保护气体流量20～25L/min，焊层厚度2.0～4.0mm。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，保护气体为Ar：CO2＝(90-95vol％)：(5-10vol％)。
4.根据权利要求1所述的焊接修复方法，其特征在于，对抗磨板进行不超过3次的打磨焊接修复。
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