CN1911583A - 水轮发电机转子支架裂纹补焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水轮发电机转子支架裂纹补焊方法，它包括以下步骤：(1)焊前准备：a.焊接材料的控制；b.焊接坡口的选择；(2)焊接：a.在工件施焊前，将工件整体吊入退火炉整体预热至100℃－150℃后吊出进行施焊；b.施焊由多人同时对称进行；c.对于厚焊缝焊接，随着焊缝层数的增多，道间温度应相应升高，要大于预热温度，控制在240℃左右；d.焊后消氢处理；(3)焊后检验：工件冷却至室温后，对补焊焊缝进行外观检查。本发明具有以下优点：焊接应力小，变形量控制在技术要求范围内，完全满足了图纸的要求，保证了生产的顺利进行，取得了良好的经济效益，解决了大型焊接件裂纹补焊的难题。

Description

水轮发电机转子支架裂纹补焊方法

技术领域

本发明涉及一种低温裂纹的补焊方法，特别是水轮发电机转子支架裂纹补焊方法。

背景技术

低温裂纹是焊后冷却到马氏体转变点Ms附近200-300℃温度下产生的裂缝。此类裂纹有时冷却到一定温度立即出现，有时要经过几小时、几天甚至更长时间的潜伏期后才产生。这一特点与转子支架磁轭圈裂纹的出现是吻合的。由于在近焊缝的热影响区产生裂纹，说明焊缝金属或母材的塑性较低，拘束度较高。这与工件壁厚极厚，成型时毛坯内外层的应力分布极为不均及目前工厂所采有的焊接手段有直接关系。因此，转子支架磁轭圈裂纹返修的工艺措施的关键是寻找防止冷裂纹的对策。

发明内容

本发明的目的即在于克服现有技术的缺点，提供一种焊接应力小，变形量控制在技术要求范围内的水轮发电机转子支架裂纹补焊方法，解决了大型焊接件裂纹补焊的难题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：水轮发电机转子支架裂纹补焊方法，它包括以下步骤：

(1)焊前准备

a、焊接材料的控制：选择低氢型焊条，焊条在使用前进行烘干，领用时必须使用保温筒；

b、焊接坡口的选择：将补焊部位采用碳弧气刨刨坡口，并刨为倒梯形截面“”形，补焊时沿梯形两腰多层、多道施焊；在补焊完毕后立即将其吊入退火炉，整体加热，去应力退火；

坡口气刨前，转子支架先整体退火，并利用退火余热彻底清除缺陷，气刨后清理干净坡口及其两侧各30-50mm范围内杂质，直至露出金属光泽，对清理好的坡口及其两侧进行100％磁粉探伤。探伤合格后方可进行施焊；

(2)焊接

a、在工件施焊前，将工件整体吊入退火炉整体预热至100℃-150℃后吊出进行施焊；

b、施焊由多人同时对称进行，Φ3.2焊条打底、Φ4焊条补焊，焊接采用直流反接，小热输入的焊接方法，小电流、短弧、窄焊道、多层多道焊，并利用后焊道的回火作用以使晶粒细化，所有焊缝均应连续焊接，层间接头错开50mm以上，每一层焊接结束后，都要迅速彻底清渣，并用钢丝刷擦净，并且应仔细检查焊缝，确认无缺陷方可补焊第二层，按此要求，直至焊满，并先补焊大的缺陷部位，后补焊缺陷部位小的；施焊过程中，每焊一层，使用风枪锤击焊缝，晶粒；

c、对于厚焊缝焊接，随着焊缝层数的增多，道间温度应相应升高，要大于预热温度，控制在240℃左右；

d、焊后消氢处理，焊后应立即进行消氢处理，将工件整体吊入退火炉整体加热至300-350℃左右，保温2h，然后在退火炉中缓冷；

(3)焊后检验：工件冷却至室温后，对补焊焊缝进行外观检查，不允许焊接接头有明显咬边等缺陷，焊缝与母材过渡圆滑，打磨后对焊缝进行超声波探伤，II级合格，经检测，探伤完全合格，补焊取得成功。

通过上面的叙述可以看出，本发明具有以下优点：焊接应力小，变形量控制在技术要求范围内，完全满足了图纸的要求，保证了生产的顺利进行，取得了良好的经济效益，解决了大型焊接件裂纹补焊的难题。

具体实施方式

下面结合洛东电站发电机转子支架裂纹补焊对本发明做进一步的描述，洛东电站发电机转子支架由磁轭圈、中心体、上圆板、下圆板、圆盘及三种筋板组焊而成，净重40.35吨。其中磁轭圈按设计图纸要求为大型铸钢件，其外径为φ3941mm，内径φ3621mm、高度2060mm、壁厚160mm，重达27.921吨，因其重量大，一般铸造企业很难一次整体浇铸完成此工件，分次浇铸则容易产生各种铸造缺陷且铸造加工时间长，成本高，不能满足生产要求。最后经协商后将转子支架磁轭圈改为大型焊接件，材质采用16Mn。

洛东电站发电机转子支架磁轭圈的制作采用：分段冷卷成形、校圆后再焊接成为磁轭圈。由于工件壁厚达160mm，成型时毛坯内外层的应力分布极为不均(内层为压应力，外层为拉应力)，对接焊缝受力状况极为恶劣。最终，在焊接分厂组装为转子支架进行焊接时磁轭圈发现产生7处大型裂纹。为了保证产品质量和加工周期，必须及时对工件进行返修处理。裂纹特点分析：从外观上看，裂纹走向与焊缝平行，属于纵向裂纹；裂纹表面无氧化色彩，说明裂纹在较低温度下形成。从产生区域上看，裂纹位于热影响区；且靠近焊缝的裂纹细小，向热影响区方向发展时，裂纹逐渐扩展。因此，综上所述，可以判断出该裂纹为低温裂纹。

处理冷裂纹主要从以下三方面着手：选用裂纹敏感性低的焊接材料；减小局部含氢量和降低局部应力。

a.降低局部含氢量，这可采用一系列措施来实现，采用低氢型焊接方法，选用低氢型焊接材料；焊接材料在焊前烘焙予以干燥，并妥善保管；对返修环境的温度、湿度加以控制；焊前预热；

b.控制冷却速度，焊接接头的淬硬组织先天取决于母材与焊接材料的成分，但后天可由焊接热循环及其冷却速度来控制。合理控制冷却速度是获得抗裂性组织，防止冷裂纹的有效措施；

c.预热，预热是防止焊接冷裂纹的极为有效的措施。因为它能直接延长t_800-50。冷却时间，改善热影响区组织，消除或减少焊接接头残余扩散氢含量，降低焊件温度梯度，减小热应力，从而减轻拘束应力。一般，预热温度可以采用碳当量法或冷裂纹敏感性指数法进行计算；

d.后热，后热的作用是进一步进行除氢，继续预热所起的作用。后热的温度应适合于氢的迅速扩散，大量外逸，一般自150℃开始至300℃，氢的扩散速度已相当迅速，因此通常取300℃-350℃；

e.减小和消除拘束应力，减小拘束应力的主要措施是选择拘束应力小的坡口形式；采用拘束应力小的逐层缩小坡口的焊接工艺；避免热量过分集中，控制适当的层间温度以及焊后锤击等，其中最重要的是合理选择坡口型式。水轮发电机转子支架裂纹补焊方法，它包括以下步骤：

(1)焊前准备

a、焊接材料的控制

由于工件返修时拘束应力高，为提高焊缝的抗裂性，选择低氢型焊条。转子支架磁轭圈材质为161Mn，属于35kg/cm²级低合金高强钢，根据焊缝强度与母材相匹配的原则，为了提高抗裂性，保证焊缝金属具有足够的强度、良好的塑性和韧性，焊接时选择使用碱性低氢型的J507焊条。

焊条在使用前按要求的烘干温度及时间进行烘干，防止过高的烘干温度使药皮脆化或过低的烘干温度达不到烘干效果。领用时要求焊工必须使用保温筒，焊条从恒温箱中中取出超过4h后，必须重新烘干。

b、焊接坡口的选择

根据分析，制定返修补焊措施时，必须解决母材在制作过程由于其冷作应力大，造成焊接极易产生裂纹的关键性问题，否则无法根本性解决补焊焊缝裂纹的再次产生。

为此将补焊部位采用碳弧气刨刨坡口，并刨为倒梯形截面“”形，补焊时沿梯形两腰多层、多道施焊，这样由于补焊部位是开放的。焊缝沿梯形两腰逐渐向中心靠拢，收缩时沿梯形两腰向两侧收缩，由于两腰的焊缝尚未连在一起，可各自向两侧收缩，避免了拘束过大，造成焊缝拉裂。

当两侧焊缝沿中心连在一起时，由于连续施焊，两侧不断焊接，热量不断补充，早已将两侧母材加热到一定的范围，避免了急冷收缩。另外在补焊完毕后立即将其吊入退火炉，整体加热，去应力退火，这样就解决了母材拘束应力大，造成焊缝裂纹的问题。

坡口气刨前，转子支架先整体退火以消除焊缝应力及磁轭圈冷卷成形时产生冷作应力，防止裂纹在气刨时延伸加剧，并利用退火余热彻底清除缺陷。气刨后清理干净坡口及其两侧各30-50mm范围内杂质，直至露出金属光泽。对清理好的坡口及其两侧进行100％磁粉探伤。探伤合格后方可进行施焊。

(2)焊接

a、鉴于工件尺寸大，壁厚，散热极快。采用普通的氧乙炔预热，由于加热无法均匀进行，热分布不均匀，反而容易造成新的应力源。因此，在工件施焊前，将工件整体吊入退火炉整体预热至100℃-150℃后吊出进行施焊。

b、施焊由多名焊工同时对称进行。Φ3.2焊条打底、Φ4焊条补焊。焊接采用直流反接，小热输入的焊接方法，小电流、短弧、窄焊道、多层多道焊，以便最大限度的减小过热，并利用后焊道的回火作用以使晶粒细化，所有焊缝均应连续焊接，层间接头错开50mm以上，每一层焊接结束后，都要迅速彻底清渣，并用钢丝刷擦净。并且应仔细检查焊缝，确认无缺陷方可补焊第二层，按此要求，直至焊满。并先补焊大的缺陷部位，后补焊缺陷部位小的。施焊过程中，每焊一层，使用风枪锤击焊缝，使焊缝得到延展，降低焊接内应力，细化晶粒。锤击应保持均匀适度，避免锤击过度，以防止产生新的裂纹。

c、对于厚焊缝焊接，为有效防止焊接冷裂纹和消除残余应力，道间温度的控制十分重要。在倒梯形坡口的焊缝中，越靠近表面，Mn的含量就越高，有积累的现象。所以，随着焊缝层数的增多，道间温度应相应升高，要大于预热温度，控制在240℃左右。

d、焊后消氢处理，为了有效的清除焊缝中的扩散氢及部分残余应力，焊后立即进行消氢处理。为此，将工件整体吊入退火炉整体加热至300-350左右，保温2h，然后在退火炉中缓冷。

(3)焊后检验

工件冷却至室温后，对补焊焊缝进行外观检查，不允许焊接接头有明显咬边等缺陷，焊缝与母材过渡圆滑。打磨后对焊缝进行超声波探伤，II级合格。经检测，探伤完全合格，补焊取得成功。

Claims (2)

1、水轮发电机转子支架裂纹补焊方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)焊前准备

a、焊接材料的控制：选择低氢型焊条，焊条在使用前进行烘干，领用时必须使用保温筒；

b、焊接坡口的选择：将补焊部位采用碳弧气刨刨坡口，并刨为倒梯形截面 形，补焊时沿梯形两腰多层、多道施焊；在补焊完毕后立即将其吊入退火炉，整体加热，去应力退火；

坡口气刨前，转子支架先整体退火，并利用退火余热彻底清除缺陷，气刨后清理干净坡口及其两侧各30-50mm范围内杂质，直至露出金属光泽，对清理好的坡口及其两侧进行100％磁粉探伤，探伤合格后方可进行施焊；

(2)焊接

a、在工件施焊前，将工件整体吊入退火炉整体预热至100℃-150℃后吊出进行施焊；

b、施焊由多人同时对称进行，Φ3.2焊条打底、Φ4焊条补焊，焊接采用直流反接，小热输入的焊接方法，小电流、短弧、窄焊道、多层多道焊，并利用后焊道的回火作用以使晶粒细化，所有焊缝均应连续焊接，层间接头错开50mm以上，每一层焊接结束后，都要迅速彻底清渣，并用钢丝刷擦净，并且应仔细检查焊缝，确认无缺陷方可补焊第二层，按此要求，直至焊满，并先补焊大的缺陷部位，后补焊缺陷部位小的；施焊过程中，每焊一层，使用风枪锤击焊缝，晶粒；

c、对于厚焊缝焊接，随着焊缝层数的增多，道间温度应相应升高，要大于预热温度，控制在240℃左右；

d、焊后消氢处理，焊后应立即进行消氢处理，将工件整体吊入退火炉整体加热至300-350℃左右，保温2h，然后在退火炉中缓冷；

(3)焊后检验：工件冷却至室温后，对补焊焊缝进行外观检查，不允许焊接接头有明显咬边等缺陷，焊缝与母材过渡圆滑，打磨后对焊缝进行超声波探伤，II级合格，经检测，探伤完全合格，补焊取得成功。

2、根据权利要求1所述的水轮发电机转子支架裂纹补焊方法，其特征在于：焊前准备时焊条从恒温箱中中取出超过4h后，必须重新烘干。