CN111687558A - 300mw级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装及使用方法 - Google Patents

300mw级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及焊接领域，具体涉及300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装及使用方法，为了解决300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封无拘束一端将自有变形以释放焊接拉应力，导致呼啦密封型线及弧度变化，影响后续装配的问题，设计制作300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装，它包括约束施力部和约束带；约束带工作时呈环状，所述约束带的一端与约束施力部连接，约束带的另一端通过约束施力部收紧，在高温合金材质呼啦密封与喷嘴装焊过程中始终利用拘束工装强力拘束，待焊接完成后不同位置温度差异消失，释放一定焊接应力后去除约束工装，保证呼啦密封自由端无较大的自由变形，进而保证产品的型线及弧度满足图纸及设计要求，保证后续燃烧室装配要求。

Description

300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装及使用 方法
技术领域
本发明涉及焊接领域，具体涉及300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装及使用方法。
背景技术
300MW级重型燃气轮机喷嘴用呼啦密封，材质为INCONEL X-750，国产化替代材料为GH4145，其结构为壁厚为0.5mm，圆周方向均布30处长占呼啦密封总高度80％以上的分段空隙，底端整圈无拘束呈圆周分布。根据300MW重型燃气轮机图纸设计要求，此呼啦密封需与喷嘴以间段焊接的形式进行连接，且两段焊接位置分别位于呼啦密封结构缝隙边缘的10mm以内，最近一圈距离已不足4mm，因结构原因，焊接时由于焊接温度场影响，在不均匀的焊接热作用下，呼啦密封无拘束一端将自有变形以释放焊接拉应力，将导致呼啦密封型线及弧度变化，不满足图纸要求，影响后续装配。
发明内容
发明目的：为了解决300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封无拘束一端将自有变形以释放焊接拉应力，导致呼啦密封型线及弧度变化，不满足图纸要求，影响后续装配的问题，本发明提出300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装及使用方法。
本发明通过以下方案实施：300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装，它包括约束施力部和约束带；
所述约束带工作时呈环状，所述约束带的一端与约束施力部连接，约束带的另一端通过约束施力部收紧。
进一步地，所述约束施力部包括螺纹杆、螺母和筒；
所述螺母设置在螺纹杆上，螺纹杆的一端穿插在筒的内部，螺母与筒长度方向一端的外侧壁相邻，筒与约束带的一端连接，螺纹杆的一端与约束带的另一端连接。
再进一步地，所述筒的另一端的外圆周侧壁与约束带的一端连接。
进一步地，所述筒和螺母之间设有垫片。
300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装的使用方法，使用权利要求1-4任意一项所述拘束工装进行300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊变形控制：
步骤一：施焊前将拘束工装安装拘束在焊接拉应力集中位置区域，具体为：
将约束带套在呼啦密封外壁待焊位置处，拧动螺母，使螺纹杆沿其轴线方向向其另一端运动，螺纹杆拉动约束带，使约束带在筒内逐渐延长，约束带逐渐收紧呼啦密封外壁待焊位置，进而完成拘束工装固定。；
步骤二:用间隔、交替、分段、对称的焊接方法进行点焊；
在确认定位尺寸后，先对第一处圆孔待焊区域进行点焊固定，焊接第一处圆孔后于对称位置进行第二处圆孔进行点焊，之后在前两个点焊位置中部位置确定下一点焊位置，焊接后于该焊点对称位置进行点焊，
以上述方式逐一完成后续焊接；
步骤三：用间隔、交替、分段、对称的焊接方法进行角缝焊；
待点焊完成后，再进行角焊缝焊接工作，焊接第一道后于对称位置进行第二道焊接，然后在第一道与第二道的中部确定下一焊缝，焊接后于该焊缝对称位置进行焊接；
以上述方式逐一完成后续焊接；
步骤四：待步骤二焊接位置冷却后拆除拘束工装，拆除拘束工装的具体过程为步骤一的逆过程。
待工件彻底冷却至室温后，方可拆卸工装，通过时效的方式，使工件内部的残余应力进行自然释放，以减小残余应力，保证呼啦密封型线及尺寸；
步骤五：打磨焊点及焊缝。
进一步地，所述步骤一中焊接拉应力集中位置区域为距呼啦密封顶端折角型线5-8cm处。
再进一步地，所述步骤一中拘束工装固定后，在螺纹杆上焊接一个滑块，滑块与螺母相邻。
进一步地，所述步骤二中焊点的厚度≤0.5mm，步骤三中角缝焊的厚度≤0.7mm。
再进一步地，所述步骤四中打磨焊点及焊缝，打磨后焊点及焊缝与呼啦密封上部外径平齐。
有益效果：
外部用300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊工具拘束于焊接拉应力最大区域，结合强拘束下时效释放焊接参与应力的方式，避免因焊接拉应力导致的自由端自由变形的现象，保证呼啦密封型线及尺寸满足图纸及设计要求，保证后续燃烧室的装配要求。
施焊前将工装安装拘束在焊接拉应力集中位置区域，约束其自有变形的趋势，加上采用间隔、交替、分段、对称的焊接方法，待焊接完成后不同位置温度差异消失，采用时效的方式释放一定焊接应力后去除约束工装，保证呼啦密封自由端无较大的自有变形，仅而保证产品的型线及弧度满足图纸及设计要求，保证后续燃烧室装配要求。
保证零件外部尺寸的前提下，控制其变形量，减少因焊接热输入等原因造成的塑性变形。在这种工装方式中加入了螺栓，将其与工装中控制零件外圆尺寸件相焊，使其可以灵活调整外圆尺寸。
固定过程中，选取一定大小的滑块与螺栓相焊，保证焊接过程中螺栓的锁紧状态，避免了因螺栓松动而降低工装的夹紧效果。
工装布置位置确认：通过对焊接应力场分布情况的评估，确定大体应力聚集区域，确定工装安置位置见表一。
表一：拘束工装拘束位置与变形情况
工装拘束位置 变形情况 备注
呼啦密封上边缘型线折角处 呼啦密封末端开口处崛起变形
距呼啦密封上边缘型线折角处5mm位置 焊接过程中未变形但卸除工装后局部变形
距呼啦密封上边缘型线折角处8mm位置 焊接并时效冷却后基本不变形 成功
图4为未使用此工装方式前产品同规格试验件焊接后状态，可看到呼啦密封有较大变形，弧形改变，豁口侧翘起，弧段高点径向尺寸增大，且由于产品自身型线限制无法通过校型恢复。使用此工装方式后，如图5所示，基本解决变形问题。通过此种方法，保证了0.5mm厚高温合金材质的呼啦密封在非激光焊接焊接过程中，工件受力状态稳定；保证焊接过程中零件整体不变形；满足设计尺寸要求。
附图说明
图1为拘束工装示意图；
图2为待焊呼啦密封示意图；
图3为拘束工装设置在呼啦密封上的示意图。
图4为未使用拘束工装焊接后的示意图；
图5为使用拘束工装焊接后的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装，它包括约束施力部和约束带4；
所述约束带4工作时呈环状，所述约束带4的一端与约束施力部连接，约束带4的另一端通过约束施力部收紧。
具体实施方式二：所述约束施力部包括螺纹杆1、螺母2和筒5；
所述螺母2设置在螺纹杆1上，螺纹杆1的一端穿插在筒5的内部，螺母2与筒5长度方向一端的外侧壁相邻，筒5与约束带4的一端连接，螺纹杆1的一端与约束带4的另一端连接。
其他具体实施方式和具体实施方式一相同。
具体实施方式三：所述筒(5)的另一端的外圆周侧壁与约束带(4)的一端连接。
其他具体实施方式和具体实施方式二相同。
具体实施方式四：所述筒5和螺母2之间设有垫片3。
其他具体实施方式和具体实施方式二相同。
具体实施方式五：300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装的使用方法，
步骤一：施焊前将拘束工装安装拘束在焊接拉应力集中位置区域，具体为：
将约束带4套在呼啦密封外壁待焊位置处，拧动螺母2，使螺纹杆1沿其轴线方向向其另一端运动，螺纹杆1拉动约束带4，使约束带4在筒5内逐渐延长，约束带4逐渐收紧呼啦密封外壁待焊位置，进而完成拘束工装固定。；
步骤二:用间隔、交替、分段、对称的焊接方法进行点焊；
在确认定位尺寸后，先对第一处圆孔6待焊区域进行点焊固定，焊接第一处圆孔后于对称位置进行第二处圆孔6进行点焊，之后在前两个电焊位置中部位置确定下一电焊位置，焊接后于该焊点对称位置进行点焊，
以上述方式逐一完成后续焊接；
步骤三：用间隔、交替、分段、对称的焊接方法进行角缝焊；
待点焊完成后，再进行角焊缝4焊接工作，焊接第一道后于对称位置进行第二道焊接，然后在第一道与第二道的中部确定下一焊缝，焊接后于该焊缝对称位置进行焊接；
以上述方式逐一完成后续焊接；
步骤四：待步骤二焊接位置冷却后拆除拘束工装，拆除拘束工装的具体过程为步骤一的逆过程。
待工件彻底冷却至室温后，方可拆卸工装，通过时效的方式，使工件内部的残余应力进行自然释放，以减小残余应力，保证呼啦密封型线及尺寸；
步骤五：打磨焊点及焊缝。
具体实施方式六：所述步骤一中焊接拉应力集中位置区域为距呼啦密封顶端折角型线5-8cm处。
其他具体实施方式和具体实施方式五相同。
具体实施方式七：所述步骤一中拘束工装固定后，在螺纹杆1上焊接一个滑块，滑块与螺母2相邻。
其他具体实施方式和具体实施方式五相同。
具体实施方式八：所述步骤二中焊点的厚度≤0.7mm，步骤三中角缝焊的厚度≤0.7mm。
其他具体实施方式和具体实施方式五相同。
具体实施方式九：所述步骤四中打磨焊点及焊缝，打磨后焊点及焊缝与呼啦密封上部外径平齐。
其他具体实施方式和具体实施方式五相同。

Claims (9)

1.300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装，其特征在于：它包括约束施力部和约束带(4)；
所述约束带(4)工作时呈环状，所述约束带(4)的一端与约束施力部连接，约束带(4)的另一端通过约束施力部收紧。
2.根据权利要求1所述的300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装，其特征在于：所述约束施力部包括螺纹杆(1)、螺母(2)和筒(5)；
所述螺母(2)设置在螺纹杆(1)上，螺纹杆(1)的一端穿插在筒(5)的内部，螺母(2)与筒(5)长度方向一端的外侧壁相邻，筒(5)与约束带(4)的一端连接，螺纹杆(1)的一端与约束带(4)的另一端连接。
3.根据权利要求2所述的300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装，其特征在于：所述筒(5)的另一端的外圆周侧壁与约束带(4)的一端连接。
4.根据权利要求2所述的300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装，其特征在于：所述筒(5)和螺母(2)之间设有垫片(3)。
5.300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装的使用方法，其特征在于：使用权利要求1-4任意一项所述拘束工装进行300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊变形控制：
步骤一：施焊前将拘束工装安装拘束在焊接拉应力集中位置区域，具体为：
将约束带(4)套在呼啦密封外壁待焊位置处，拧动螺母(2)，使螺纹杆(1)沿其轴线方向向其另一端运动，螺纹杆(1)拉动约束带(4)，使约束带(4)在筒(5)内逐渐延长，约束带(4)逐渐收紧呼啦密封外壁待焊位置，进而完成拘束工装固定。；
步骤二:用间隔、交替、分段、对称的焊接方法进行点焊；
在确认定位尺寸后，先对第一处圆孔(6)待焊区域进行点焊固定，焊接第一处圆孔后于对称位置进行第二处圆孔(6)进行点焊，之后在前两个点焊位置中部位置确定下一点焊位置，焊接后于该焊点对称位置进行点焊，
以上述方式逐一完成后续焊接；
步骤三：用间隔、交替、分段、对称的焊接方法进行角缝焊；
待点焊完成后，再进行角焊缝(4)焊接工作，焊接第一道后于对称位置进行第二道焊接，然后在第一道与第二道的中部确定下一焊缝，焊接后于该焊缝对称位置进行焊接；
以上述方式逐一完成后续焊接；
步骤四：待步骤二焊接位置冷却后拆除拘束工装，拆除拘束工装的具体过程为步骤一的逆过程。
待工件彻底冷却至室温后，方可拆卸工装，通过时效的方式，使工件内部的残余应力进行自然释放，以减小残余应力，保证呼啦密封型线及尺寸；
步骤五：打磨焊点及焊缝。
6.根据权利要求5所述的300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装的使用方法，其特征在于：所述步骤一中焊接拉应力集中位置区域为距呼啦密封顶端折角型线5-8cm处。
7.根据权利要求5所述的300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装的使用方法，其特征在于：所述步骤一中拘束工装固定后，在螺纹杆(1)上焊接一个滑块，滑块与螺母(2)相邻。
8.根据权利要求5所述的300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装的使用方法，其特征在于：所述步骤二中焊点的厚度≤0.5mm，步骤三中角缝焊的厚度≤0.7mm。
9.根据权利要求5所述的300MW级重型燃气轮机喷嘴呼啦密封装焊拘束工装的使用方法，其特征在于：所述步骤四中打磨焊点及焊缝，打磨后焊点及焊缝与呼啦密封上部外径平齐。
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