CN104625353A - 一种大型水轮机大长宽比中空式固定导叶装配焊接工艺方法 - Google Patents

一种大型水轮机大长宽比中空式固定导叶装配焊接工艺方法 Download PDF

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吕胜海
乔宏来
邱希亮
闫海滨
田井成
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    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode

Abstract

本发明涉及一种焊接工艺方法，尤其涉及大型水轮机大长宽比中空式固定导叶焊接工艺方法。所述固定导叶是通过将上、下瓣体和加强板焊接在一起而制成，本发明通过分装、叠装、叠焊、退火、拆分的工艺流程解决了大长宽比中空式固定导叶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、能够提高结构强度、节省操作空间、提高产品质量等优点。

Description

一种大型水轮机大长宽比中空式固定导叶装配焊接工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种大型水轮机大长宽比中空式固定导叶装配焊接工艺方法。
背景技术：
对于大型水轮机座环固定导叶而言，瓣体焊接结构可以比整铸固定导叶降低重量和成本，经济效益可观。目前采用的钢板焊接结构固定导叶，瓣体采用钢板制造并冷压成型，装配、焊接时需要使用特制胎具装配和固定，需要占用的操作空间较大，焊接变形非常难控制，对后续的座环装焊影响较大。
发明内容：
本发明提供一种工艺流程合理简洁,结构强度高，操作空间小，有效控制焊接变形且可用于大型水轮机大长宽比中空式固定导叶装配焊接的工艺方法。本发明的技术方案为：
1)第一固定导叶上瓣体、第一固定导叶下瓣体、第一固定导叶肋板下料：材质为Q345钢板,下料后压平,使钢板平面度不大于3mm,使用冷压型工艺使第一固定导叶上瓣体、第一固定导叶下瓣体成型；
2)防焊接变形侧面加强板和防焊接变形断面加强板下料:材质为Q345钢板,按照叠装设计随型下料；
3)第一固定导叶装配:在第一固定导叶下瓣体上划出第一固定导叶肋板和第一固定导叶上瓣体的装配线,装配第一固定导叶肋板并完成第一固定导叶肋板与下瓣体之间角焊缝的焊接,焊接完成后装配第一固定导叶上瓣体,并通过点焊固定；
4)按照上述1)-3)的步骤完成第二固定导叶的下料和装配；
5)将装配完成的第二固定导叶进行180°翻转,然后分别在第一固定导叶下瓣体和第二固定导叶下瓣体上划出防焊接变形断面加强板的装配位置线,按线在第二固定导叶下瓣体上装配防焊接变形断面加强板,调整合格后通过点焊固定；按线装配第一固定导叶,调整合格后通过点焊固定；
6)防焊接变形断面加强板与第一固定导叶和第二固定导叶的焊接:焊接方法为熔化极气体保护焊,为保证足够的支撑强度，防焊接变形断面加强板与第一固定导叶和第二固定导叶之间的角焊缝焊脚超过最薄板厚的1/3；
7)按照上述5)-6)的步骤完成防焊接变形侧面加强板的装配和焊接工作，防焊接变形侧面加强板与第一固定导叶和第二固定导叶之间坡口焊缝深度超过母材最薄板厚的1/2；
8)整体焊接：焊接方法为熔化极气体保护焊,焊接时先焊接第一固定导叶上瓣体与肋板之间的塞焊缝至1/3坡口深度，再焊接第一固定导叶上瓣体与下瓣体之间的坡口焊缝至1/3坡口深度，然后焊接第二固定导叶上瓣体与肋板之间的塞焊缝至1/3坡口深度，之后焊接第二固定导叶上瓣体与下瓣体之间的坡口焊缝至1/3坡口深度，如此交替施焊，防止焊接变形造成直线度超差；
9)消除应力退火处理：将叠装的第一固定导叶和第二固定导叶垂直放置于退火炉或固定工具中，根据退火规范进行消除应力处理；
10)退火后拆除防焊接变形侧面加强板和防焊接变形断面加强板，打磨、清理后转入下序，完成第一固定导叶和第二固定导叶的最后打磨，随后可投入下序使用。
技术效果：
本发明中的固定导叶为焊接结构，相对于整体铸造或锻造的固定导叶，大大降低了导叶的重量，降低了座环吊运和工地安装的难度，降低了固定导叶的制造成本。
本发明大大降低了大型水轮机大长宽比中空式结构固定导叶的装配难度，减少了装配工具的使用费用，节省了操作空间，提高了固定导叶的质量和稳定性，大大提高了装配效率。使用本发明的工艺方法，安装防焊接变形加强板，可以使第一固定导叶和第二固定导叶以箱体结构稳定的组合在一起，显著提高了整体的强度，有效控制第一固定导叶上瓣体与下瓣体之间的坡口焊缝金属和第二固定导叶上瓣体与下瓣体之间的坡口焊缝金属在收缩时造成的焊接变形，同时节省了一半的操作空间，大大提高了生产效率。
本发明在焊接过程中，第一固定导叶和第二固定导叶交替施焊，且在第一固定导叶施焊时，第一固定导叶上瓣体与下瓣体之间的坡口焊缝要交替施焊，在第二固定导叶施焊时，第二固定导叶上瓣体与下瓣体之间的坡口焊缝也要交替施焊，以控制第一固定导叶和第二固定导叶焊后的直线度和波浪度，保证下序顺利进行。
本发明在焊后退火热处理过程中，垂直放置第一固定导叶和第二固定导叶可以充分利用退火炉空间，大大提高了退火效率，箱体结构提高了工件的整体强度，避免了因退火产生的二次变形等问题，保证了固定导叶尺寸精度。
使用本发明的工艺方法制作的座环固定导叶，操作空间和焊接变形问题得以有效解决，大大降低了装配工具的使用，兼顾了经济性和实用性，解决了操作空间利用率和焊接变形控制问题。
附图说明：
图1是第一固定导叶和第二固定导叶装焊示意图。
附图中：
1 第一固定导叶下瓣体；          2 第一固定导叶上瓣体；
3 第一固定导叶肋板；
4 第一固定导叶肋板与上瓣体之间的塞焊缝；
5 第一固定导叶肋板与下瓣体之间的角焊缝；
6 第一固定导叶上瓣体与下瓣体之间的坡口焊缝；
7 防焊接变形侧面加强板；          8 防焊接变形断面加强板；
9 第二固定导叶上瓣体与下瓣体之间的坡口焊缝；
10 第二固定导叶肋板与下瓣体之间的角焊缝
11 第二固定导叶肋板与上瓣体之间的塞焊缝
12 第二固定导叶肋板                13 第二固定导叶上瓣体
14 第二定导叶下瓣体                15 第二固定导叶
16 第一固定导叶
具体实施方式：
如图1所示，本发明提供一种工艺流程合理简洁,结构强度高，操作空间小，有效控制焊接变形且可用于大型水轮机大长宽比中空式固定导叶装配焊接的工艺方法,本发明的具体实施方式为：
1)第一固定导叶上瓣体2、第一固定导叶下瓣体1、第一固定导叶肋板3下料：材质为Q345钢板,下料后压平,使钢板平面度不大于3mm,使用冷压型工艺使第一固定导叶上瓣体2、第一固定导叶下瓣体1成型，第一固定导叶上瓣体2、第一固定导叶下瓣体1、第二固定导叶上瓣体13和第二固定导叶下瓣体14的长度和厚度一致，并且长度大于等于3000mm、厚度大于等于40mm；
2)防焊接变形侧面加强板7和防焊接变形断面加强板8下料:材质为Q345钢板,按照叠装设计随型下料，防焊接变形侧面加强板7和防焊接变形断面加强板8的厚度大于等于装焊母材的厚度，防焊接变形侧面加强板7的长度不小于第一固定导叶上瓣体2长度的80％，且均匀分布，防焊接变形断面加强板8的数量不小于1块/米；
3)第一固定导叶16装配:在第一固定导叶下瓣体1上划出第一固定导叶肋板3和第一固定导叶上瓣体2的装配线,装配第一固定导叶肋板3并完成第一固定导叶肋板与下瓣体之间角焊缝5的焊接,焊接完成后装配第一固定导叶上瓣体2,并通过点焊固定；
4)按照上述1)-3)的步骤完成第二固定导叶15的下料和装配；
5)将装配完成的第二固定导叶15进行180°翻转,然后分别在第一固定导叶下瓣体1和第二固定导叶下瓣体14上划出防焊接变形断面加强板8的装配位置线,按线在第二固定导叶下瓣体1上装配防焊接变形断面加强板8,调整合格后通过点焊固定；按线装配第一固定导叶16,调整合格后通过点焊固定；
6)防焊接变形断面加强板8与第一固定导叶16和第二固定导叶15的焊接:焊接方法为熔化极气体保护焊,焊接材料选择美国焊接协会标准AWS A5.18章规定的型号为ER70S-6的焊丝，混合气体积配比为78％氩气加22％二氧化碳，为保证足够的支撑强度，防焊接变形断面加强板8与第一固定导叶16和第二固定导叶15之间的角焊缝焊脚超过最薄板厚的1/3；
7)按照上述5)-6)的步骤完成防焊接变形侧面加强板7的装配和焊接工作，防焊接变形侧面加强板7与第一固定导叶16和第二固定导叶15之间坡口焊缝深度超过母材最薄板厚的1/2；
8)整体焊接：焊接方法为熔化极气体保护焊,焊接材料选择美国焊接协会标准AWS A5.18章规定的型号为ER70S-6的焊丝，混合气体积配比为78％氩气加22％二氧化碳，焊接时先焊接第一固定导叶上瓣体与肋板之间的塞焊缝4至1/3坡口深度，再焊接第一固定导叶上瓣体与下瓣体之间的坡口焊缝6至1/3坡口深度，然后焊接第二固定导叶上瓣体与肋板之间的塞焊缝11至1/3坡口深度，之后焊接第二固定导叶上瓣体与下瓣体之间的坡口焊缝9至1/3坡口深度，如此交替施焊，防止焊接变形造成直线度超差；
9)消除应力退火处理：将叠装的第一固定导叶16和第二固定导叶15垂直放置于退火炉或固定工具中，根据退火规范进行消除应力处理；
10)退火后拆除防焊接变形侧面加强板7和防焊接变形断面加强板8，打磨、清理后转入下序，完成第一固定导叶16和第二固定导叶15的最后打磨，随后可投入下序使用；
11)所述的第一固定导叶肋板与上瓣体之间的塞焊缝4列数与第一固定导叶肋板3的列数相同，第二固定导叶肋板与上瓣体之间的塞焊缝11列数与第二固定导叶肋板12的列数相同，每列塞焊缝的数量不小于2个/米；
12)所述的第一固定导叶16和第二固定导叶15的结构相似。
需要装备：半自动切割机、数控切割机、螺旋千斤顶、卷尺、铅垂、3000t油压机、通用压型模具、垫片、熔化极气体保护焊机、混合器供气系统、风动旋风铣、风铲、退火炉。

Claims (9)

1.一种大型水轮机大长宽比中空式固定导叶装配焊接工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)第一固定导叶上瓣体(2)、第一固定导叶下瓣体(1)、第一固定导叶肋板(3)下料：材质为Q345钢板,下料后压平,使钢板平面度不大于3mm,使用冷压型工艺使第一固定导叶上瓣体(2)、第一固定导叶下瓣体(1)成型；
2)防焊接变形侧面加强板(7)和防焊接变形断面加强板(8)下料:材质为Q345钢板,按照叠装设计随型下料；
3)第一固定导叶(16)装配:在第一固定导叶下瓣体(1)上划出第一固定导叶肋板(3)和第一固定导叶上瓣体(2)的装配线,装配第一固定导叶肋板(3)并完成第一固定导叶肋板与下瓣体之间角焊缝(5)的焊接,焊接完成后装配第一固定导叶上瓣体(2),并通过点焊固定；
4)按照上述1)-3)的步骤完成第二固定导叶(15)的下料和装配；
5)将装配完成的第二固定导叶(15)进行180°翻转,然后分别在第一固定导叶下瓣体(1)和第二固定导叶下瓣体(14)上划出防焊接变形断面加强板(8)的装配位置线,按线在第二固定导叶下瓣体(1)上装配防焊接变形断面加强板(8),调整合格后通过点焊固定；按线装配第一固定导叶(16),调整合格后通过点焊固定；
6)防焊接变形断面加强板(8)与第一固定导叶(16)和第二固定导叶(15)的焊接:焊接方法为熔化极气体保护焊,为保证足够的支撑强度，防焊接变形断面加强板(8)与第一固定导叶(16)和第二固定导叶(15)之间的角焊缝焊脚超过最薄板厚的1/3；
7)按照上述5)-6)的步骤完成防焊接变形侧面加强板(7)的装配和焊接工作，防焊接变形侧面加强板(7)与第一固定导叶(16)和第二固定导叶(15)之间坡口焊缝深度超过母材最薄板厚的1/2；
8)整体焊接：焊接方法为熔化极气体保护焊,焊接时先焊接第一固定导叶上瓣体与肋板之间的塞焊缝(4)至1/3坡口深度，再焊接第一固定导叶上瓣体与下瓣体之间的坡口焊缝(6)至1/3坡口深度，然后焊接第二固定导叶上瓣体与肋板之间的塞焊缝(11)至1/3坡口深度，之后焊接第二固定导叶上瓣体与下瓣体之间的坡口焊缝(9)至1/3坡口深度，如此交替施焊，防止焊接变形造成直线度超差；
9)消除应力退火处理：将叠装的第一固定导叶(16)和第二固定导叶(15)垂直放置于退火炉或固定工具中，根据退火规范进行消除应力处理；
10)退火后拆除防焊接变形侧面加强板(7)和防焊接变形断面加强板(8)，打磨、清理后转入下序，完成第一固定导叶(16)和第二固定导叶(15)的最后打磨，随后可投入下序使用。
2.根据权利要求1所述的一种大型水轮机大长宽比中空式固定导叶装配焊接工艺方法，其特征在于：采用该方法进行制造的第一固定导叶上瓣体(2)、第一固定导叶下瓣体(1)、第二固定导叶上瓣体(13)和第二固定导叶下瓣体(14)的长度和厚度一致，并且长度大于等于3000mm、厚度大于等于40mm。
3.根据权利要求1所述的一种大型水轮机大长宽比中空式固定导叶装配焊接工艺方法，其特征在于：防焊接变形侧面加强板(7)和防焊接变形断面加强板(8)的厚度大于等于装焊母材的厚度。
4.根据权利要求1所述的一种大型水轮机大长宽比中空式固定导叶装配焊接工艺方法，其特征在于：防焊接变形侧面加强板(7)的长度不小于第一固定导叶上瓣体(2)长度的80％，且均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种大型水轮机大长宽比中空式固定导叶装配焊接工艺方法，其特征在于：防焊接变形断面加强板(8)的数量不小于1块/米。
6.根据权利要求1所述的一种大型水轮机大长宽比中空式固定导叶装配焊接工艺方法，其特征在于：第一固定导叶肋板与上瓣体之间的塞焊缝(4)列数与第一固定导叶肋板(3)的列数相同，第二固定导叶肋板与上瓣体之间的塞焊缝(11)列数与第二固定导叶肋板(12)的列数相同，每列塞焊缝的数量不小于2个/米。
7.根据权利要求1所述的一种大型水轮机大长宽比中空式固定导叶装配焊接工艺方法，其特征在于：步骤6)-步骤8)中的焊接材料选择美国焊接协会标准AWS A5.18章规定的型号为ER70S-6的焊丝。
8.根据权利要求1所述的一种大型水轮机大长宽比中空式固定导叶装配焊接工艺方法，其特征在于：步骤6)-步骤8)中的熔化极气体保护焊采用的混合气体积配比为78％氩气加22％二氧化碳。
9.利要求1所述的一种大型水轮机大长宽比中空式固定导叶装配焊接工艺方法，其特征在于：第一固定导叶(16)和第二固定导叶(15)的结构相似。
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