景洪電站水輪機轉輪換裝三角塊工藝過程驗證分析

趙永勝

（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱150040）

1 引 言

景洪機組在檢修期間，通過UT、PT 探傷，在轉輪葉片出水邊部位先后發現多處裂紋，這引起了業主和哈電內部的高度重視和關注。對于裂紋的原因分析和處理方式對于以后的轉輪設計制造均具有指導性和規范性的意義。雖然采取了增加三角塊的方案，但由于所加三角塊較小，沒有解決葉片裂紋問題。因此經重新設計，決定將原來的小三角塊去除，重新焊接大尺寸的三角塊，以徹底解決轉輪葉片裂紋問題。

目前國內外還沒有在轉輪加裝三角塊后，采取換裝三角塊的先例，無論是拆除轉輪三角塊還是回裝轉輪三角塊，在技術上和生產過程中都存在很大的難度，需要采取必要的工藝措施和手段，才能最終滿足圖紙要求。轉輪三角塊采用碳弧氣刨或空氣等離子切割拆除，拆除前需對轉輪上冠、下環用拉筋支撐來控制尺寸變化。不管是拆除轉輪三角塊還是回裝后轉輪三角塊焊接，都要嚴格監控上冠與下環的同軸度、上冠與下環的相對扭轉、葉片進口節距，最終滿足圖紙尺寸要求。

2 結構特點及裝配焊接過程中的難點

（1）定位困難。景洪機組已經加裝過一次三角塊，只是當時的三角塊尺寸較小，無法滿足機組低負荷運行需求。新加三角塊不僅要將原三角塊去除，還將去除部分葉片（見圖2）。由于沒有基準位置參考，具體去除量很難確定。

（2）葉片去除困難。轉輪葉片材料為0Cr13Ni4Mo，為馬氏體不銹鋼。該材料無法用常規氣割方法去除。采用等離子設備在有限的空間內操作困難，等離子切割面不規則，需要仔細打磨。

圖1 轉輪葉片出水邊部位先后出現多處裂紋

圖2 葉片工作位置軸面投影圖（1∶5）

（3）裝配困難。加工后三角塊重量約44kg。在其坑內復雜的環境里，將如此重且形狀特殊的工件裝配到特定的位置，且要保證其尺寸正確、位置精準，其難度可想而知。

（4）焊接困難。轉輪處于工作位置，部分焊縫處于仰焊位置，這對于馬氏體不銹鋼焊接而言，是極其困難的。

3 具體措施

3.1 去除小三角塊

圖3

（1）采取等離子切割與碳弧氣刨相結合的方式去除原有小三角塊（去除區域見圖3）。

（2）制作切割劃線樣板，在葉片上確定去除區域并打標記。

（3）先用等離子切割去除葉片較薄處，較厚處可采用碳弧氣刨去除。

（4）葉片及上冠待焊區域預留5mm 鏟磨余量，在葉片上鏟磨出焊接坡口并將其它部位打磨光滑到圖紙尺寸。

（5）對葉片坡口和上冠切割處做PT 探傷，標準按ASME第VIII 卷附錄8 執行。

3.2 裝配大三角塊

（1）考慮新三角塊的重量，采用2 個鉚工操作、同時2個焊工協作的裝配方式，以確保操作安全。

（2）由于此次加的大三角塊厚度較葉片出水邊本體厚，因此裝配原則為：原始葉片正面臨近出水邊側與大三角塊正面對齊，最遠點由設計部給出定位尺寸。原始葉片背面臨近出水邊側需長焊至均勻過渡到大三角塊。

（3）三角塊檢查合格后點焊固定，需檢查三角塊尖點到上冠或下環出水口的垂直距離，與理論值對比，以確認裝配質量。

3.3 焊前準備

（1）徹底清理去除待焊區域及其30mm 范圍內的油、銹、水、探傷劑等有害雜質。

（2）采用石棉布對附近葉片進行保護。

（3）對待焊部位進行焊前預熱，預熱溫度要大于100℃。

3.4 大三角塊焊接

焊接工藝參數：焊接材料為HS367M；焊材規格為φ1.2mm；焊接電壓為22～32V；焊接電流為200～250A；預熱溫度為大于100℃；層間溫度小于170℃；保護氣體：95%Ar＋5%CO2；氣體流量：16～20L/min；

大三角塊焊接接頭形式（見圖4）。

3.4.1 焊接順序（1）首先進行定位焊，定位焊焊在背面坡口，每段焊縫50～80mm，厚度10～15mm，間隔100～150mm。

圖4 大三角塊焊接接頭形式

（2）焊接三角塊與葉片正面坡口至1/2 焊量。

（3）在三角塊與葉片焊縫背面清根、打磨，做PT 探傷。

（4）焊接三角塊與葉片背面坡口至1/2 焊量。

（5）焊接三角塊與上冠正面坡口至1/2 焊量。

（6）在三角塊與上冠焊縫背面清根、打磨，做PT 探傷。

（7）焊接三角塊與上冠背面坡口至1/2 焊量。

（8）交替焊接三角塊與葉片、上冠焊縫至完成全部焊量。

3.4.2 焊接注意事項

三角塊與葉片、上冠焊縫完成后，檢查合格后焊接三角塊與葉片過渡焊縫；過渡焊縫要分區域交替焊接；過渡焊縫要飽滿，為后序鏟磨留有余量；焊接采用小規范進行施焊、焊道擺寬不大于20mm；嚴格控制層間溫度和預熱溫度；逐層錘擊消除焊接應力。

3.5 焊后鏟磨與探傷

（1）焊后對所有過流面進行粗磨，達到探傷要求。

（2）對焊縫和補焊區域進行PT、UT 探傷檢查，PT、UT 探傷標準分別按ASME 第VIII 卷附錄8、附錄12執行。

（3）對有缺陷部位采用鎢極氬弧焊修補。

（4）精磨所有區域達到圖紙要求，并將三角塊出水邊側按圖5 所示修磨成圓頭。粗糙度要求低于Ra3.2。

（5）將返修后的部位進行拍照見圖5。

圖5 大三角塊出水邊側斷面形狀示意圖

4 結 論

景洪電站水輪機轉輪的裂紋處理和更換三角塊工作取得了較好的效果。在現場施工過程中解決了一些技術難點，主要是轉輪在工作位置上被切割部分的定位劃線、空間曲面變厚度部位的等離子切割、仰焊位置的焊接質量控制、焊縫打磨和探傷方法的選用等關鍵技術。逐步完善了大型水輪機轉輪在工地進行缺陷修復和改造的技術方案，為其它水電站的轉輪修復和技術改造提供了可行的技術支持。