光照電站水輪機圓筒閥裝焊工藝技術概述

閆海濱，李榮生

（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

1 概述

近年來，在水輪機設計中出現了一種新的進水閥結構，即圓筒閥結構。在國外，一些大型水輪機制造廠商自上個世紀70年代以來陸續研制、應用了一些圓筒閥。經過多年的技術儲備，哈爾濱電機廠有限責任公司（以下簡稱哈電機）自行設計、制造出國內首臺水輪機圓筒閥。經過機組多年運行驗證，圓筒閥的各項技術指標均達到設計和使用要求，標志著哈電機已完全掌握了圓筒閥的設計、制造技術。這項技術已在其他大型電站機組中得到推廣應用。

2 圓筒閥的結構

圓筒閥的結構可以從它的名字上看出，是圓筒形結構。工作位置布置在水輪機固定導葉和活動導葉之間，具體如圖1所示。

圖1

3 圓筒閥坯料的成型及坡口制備工藝要點

（1）筒體坯料采用材質為16MnR的鋼板，厚度為150mm。筒體分成2瓣制造，在工地焊接成一體。1/2筒體分多塊下料，下料的塊數根據圓筒閥的具體結構尺寸和所能采購到的鋼板實際規格通過套裁優化確定下料方案。實際下料尺寸包含成型余量，成型余量約為350mm。成型后劃線、配割去除該余量。

（2）圓筒閥的筒體采用厚鋼板滾壓成型。將鋼板加熱至1000℃左右，利用哈電機的大型滾板機進行滾壓成形。

（3）制備焊接接頭坡口。由于圓筒閥鋼板厚度較厚，所以采用了加大接頭間隙，減小接頭坡口角度的坡口形式，在保證接頭坡口適合焊接的前提下盡量減少焊接量。見圖2。

（4）筒體自身拼焊縫的焊接方法采用熔化極氣體保護焊（GMAW），焊接材料選用GB ER50-6，焊接工藝規范見表1。

圖2 圓筒閥坯料的拼焊接頭形式

表1 焊接工藝規范

4 圓筒閥密封面的制造工藝要點

（1）不銹鋼密封環結構特點

在圓筒閥與頂蓋、底環相接觸的兩個面，是機組運行過程中的空化、泥沙磨損區域。為了強化工件這一部位的抗空化，抗磨損能力，在設計上對這個區域采用將馬氏體不銹鋼環板（牌號S135）焊在筒體上的結構形式，通過焊后的機械加工來滿足尺寸精度。具體結構見圖3、圖4。

圖3 上不銹鋼密封環結構簡圖

（2）不銹鋼密封環的制造工藝

為了保證密封環能夠與筒體有良好的接觸以及在加工后有足夠的不銹鋼層，在筒體完成拼焊后應對筒體進行局部加工。

由于不銹鋼密封環的尺寸較大，剛度較差，不銹鋼密封環采取了分段進行下料，單獨成型、加工的方式。在完成與筒體的裝配后，再完成拼焊縫的焊接。

圖4 下不銹鋼密封環結構簡圖

（3）不銹鋼密封環與筒體的裝配

不銹鋼密封環與筒體之間的裝配按圖紙要求進行。在保證圖紙要求的尺寸公差精度前提下，還要保證圖紙要求的加工面有足夠的加工余量。不銹鋼密封環與筒體裝配時要采用一些簡單的夾具，保證不銹鋼密封環與筒體之間的接頭間隙在合理的范圍內，以利于焊接工作的正常進行。焊接前，應對筒體裝焊臨時工藝支撐筋以減小焊接變形。這些臨時工藝支撐筋在完成焊后消除應力熱處理后清除掉。

（4）不銹鋼密封環與筒體的焊接

不銹鋼密封環采用馬氏體不銹鋼，焊接材料選用奧氏體材料，這樣既可以滿足設計要求的強度，也可以降低焊接難度。焊接工藝規范見表1。

（5）圓筒閥防運輸變形支撐筋布置方式

圓筒閥由于尺寸較大，工件自身剛度較差。為了減少運輸變形，在完成最終加工后要對工件加裝輔助臨時運輸支撐筋，這些支撐筋在工地現場組裝前拆除，支撐筋布置方式見圖5。

班級里竟然只有十幾個孩子知道“茫茫”的意思。于是我又重復了上次教學“茫茫”這個詞的步驟：①交流詞義②看圖片③指導朗讀。這三個步驟之后學生似乎又理解了“茫茫”的意思。

5 圓筒閥工地現場裝焊工藝要點

（1）組裝前，必須將合縫面上的油漆、坡口及附近的油、水、銹等雜物清理干凈。

圖5 圓筒閥運輸支撐筋結構簡圖

（2）在工地現場將2瓣圓筒閥吊放到支墩上，通過臨時合縫塊用螺栓把合成一體，調整尺寸至最佳狀態。

（3）由 2名或4名焊工進行全位置焊接。如果工件組裝后的尺寸符合圖紙要求，由4名焊工在對稱位置同時、同速進行焊接。如果需要通過焊接對徑向尺寸進行修正，可由2名焊工同時在對稱位置對內圓或外圓側的坡口進行施焊為宜。修正的尺寸范圍在1～2 mm。

（4）焊接方法采用手工電弧焊，在工地現場如果條件允許也可采用熔化極氣體保護焊。

（5）焊接規范見表2。

（6）焊縫的縱向分段見圖6。

圖6 圓筒閥工地現場焊接的焊接順序

表2 焊接工藝規范

（8）先完成筒體焊縫的焊接，再完成不銹鋼密封環的焊接。

（9）焊后的質量檢驗

· 依據設計圖紙及相關尺寸公差標準，檢查工件結構尺寸。

· 依據設計圖紙及相關驗收標準，進行VT、PT、UT無損探傷檢查。

6 結論

通過對光照水電站圓筒閥的成功制造，進一步驗證了所擬定的圓筒閥裝焊工藝合理、可行，結構尺寸及焊縫的質量符合設計要求。首臺圓筒閥的制造成功標志著哈電機已掌握了其關鍵制造技術，也為大型圓筒閥結構在其他電站的水輪發電機組中推廣應用奠定了堅實的基礎。