大型水電上冠堆焊過程中的變形控制方案

謝軍虎

(二重集團(tuán)(德陽)重型裝備股份有限公司，四川618013)

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大型水電上冠堆焊過程中的變形控制方案

謝軍虎

(二重集團(tuán)(德陽)重型裝備股份有限公司，四川618013)

摘要：合理安排焊接工藝、防變形工裝、專用加熱輔具、消應(yīng)熱處理措施，成功解決了上冠大面積堆焊過程中的變形問題。

關(guān)鍵詞：上冠；堆焊；變形控制

上冠是水力發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，在生產(chǎn)過程中由于上冠型線復(fù)雜，結(jié)構(gòu)易發(fā)生變形，尤其是大直徑的上冠在鑄造及熱處理后常常會因?yàn)樽冃味鴮?dǎo)致大面積缺肉。由于上冠結(jié)構(gòu)復(fù)雜，校正的效果不佳，一般都是通過堆焊長肉的方式將缺肉位置進(jìn)行焊補(bǔ)，但大面積焊補(bǔ)往往會帶來二次變形。如何控制大面積堆焊過程中的變形，是急需解決的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。

1上冠主要參數(shù)

某水電項(xiàng)目上冠最大直徑約9 m，高度約2 m，內(nèi)過流面翼展長度約2 m，是迄今為止國內(nèi)生產(chǎn)的最大的水電上冠。因在前期生產(chǎn)過程中發(fā)生變形，致使粗加工后出現(xiàn)大面積黑皮，缺肉量折合鋼水重量約6 000 kg，是迄今為止二重所生產(chǎn)水電產(chǎn)品中，缺肉量最大的。由于粗加工留量為15 mm，所以焊接變形必須控制在15 mm以內(nèi)。此外由于該件焊后要進(jìn)行超聲檢測，在控制變形的同時(shí)還需要注意焊接質(zhì)量，避免因反復(fù)焊接而增大變形的概率。上冠結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1　上冠結(jié)構(gòu)示意圖

2防變形拉筋的設(shè)計(jì)及裝焊

拉筋裝焊流程為：裝焊固定拉筋→拉筋裝焊位置堆焊→裝焊防變形拉筋。

在裝焊防變形筋板前，必須先在裝焊筋板位置堆焊出基準(zhǔn)臺。為防止在堆焊基準(zhǔn)臺過程中上冠發(fā)生變形，在不焊基準(zhǔn)臺的位置均布6根臨時(shí)筋板，具體見圖2，待基準(zhǔn)臺堆焊完成后裝焊隨形防變形筋板。

圖2　拉筋裝焊示意圖

3設(shè)計(jì)專用加熱輔具

因?yàn)樵撋瞎谥睆竭^大，為保證焊接質(zhì)量同時(shí)避免加熱不均帶來的變形影響，根據(jù)鑄件形狀制作了專用加熱輔具，如圖3所示。

圖3　專用加熱裝置

4變形監(jiān)控

(1)采用三維測量技術(shù)，對整個(gè)上冠尺寸每3天測控一次，準(zhǔn)確掌握變形情況。

(2)采取在上冠四周設(shè)立標(biāo)尺的方式，直觀的監(jiān)控變形情況，但該方法僅能監(jiān)控一個(gè)方向的變形，只能起到預(yù)警作用。

(3)根據(jù)該上冠補(bǔ)焊過程中變形狀況，確定將?4 380 mm內(nèi)法蘭平面作為整個(gè)測量監(jiān)控工程的基準(zhǔn)平面，將加工孔?2 710 mm的圓心作為測量數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)模比對的坐標(biāo)系原點(diǎn)。在內(nèi)法蘭面(?4 380 mm平面)均布焊接6個(gè)測量復(fù)位點(diǎn)，以保證任何一次的測量都能實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系統(tǒng)一。

(4)以?4 380 mm構(gòu)成的內(nèi)法蘭為測量基準(zhǔn)，將測量系統(tǒng)的復(fù)位基準(zhǔn)設(shè)置在該平面，確保測量基準(zhǔn)的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)的有效性。

(5)采用在內(nèi)過流面上焊接固定的檢測點(diǎn)(整個(gè)內(nèi)過流面均勻分布8道監(jiān)測線，每道監(jiān)測線由3個(gè)測量點(diǎn)構(gòu)成，共計(jì)設(shè)置24個(gè)變形監(jiān)測點(diǎn))，對整個(gè)內(nèi)過流面在補(bǔ)焊過程中的變形狀況進(jìn)行定期監(jiān)測。

5焊接工藝控制

為了減少焊接變形，焊接工藝參數(shù)的控制是關(guān)健所在。堆焊采用本體同材質(zhì)焊材，以CO2氣體保護(hù)焊為主，并依據(jù)焊接工藝評定，將焊接參數(shù)控制在中下限，減少熱輸入。在人員安排時(shí)，要求多人同時(shí)操作，且均勻分散施焊，并根據(jù)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)對焊接位置進(jìn)行調(diào)整。

6分次熱處理

焊接應(yīng)力是焊接變形的主要應(yīng)力來源，若待全部堆焊完成后再進(jìn)爐消應(yīng)，一方面為充分去除

應(yīng)力，消應(yīng)時(shí)長肯定會較長，二次變形隱患大。此外，在整個(gè)焊接過程中，在剛性固定下，焊縫應(yīng)力不能及時(shí)的釋放，到達(dá)一定極限時(shí)可能會產(chǎn)生裂紋缺陷或更大的變形，所以綜合考慮下，采取了分次消應(yīng)的方式，中途現(xiàn)場進(jìn)行了3次整體進(jìn)爐消應(yīng)熱處理，并且在消應(yīng)過程中由于應(yīng)力的釋放以及裝爐位置的調(diào)整，部分焊接變形位置得到了一定恢復(fù)，效果良好。

7結(jié)論

易變形件在大量施焊時(shí)，變形是必須重點(diǎn)考慮的一個(gè)問題，而單純的采用一種或兩種防變形措施是無法實(shí)現(xiàn)較好的變形控制的。只要我們合理安排焊接工藝、防變形工裝、專用加熱輔具和消應(yīng)熱處理措施，就能很好地控制上冠變形。

編輯杜青泉

Deformation Controlling of Heavy Hydropower Crown

During Build-up Welding Process

Xie Junhu

Abstract：By preparing the welding process reasonably, adopting the deformation preventive tooling and the specialized heating appliance, and taking the stress relief heat treatment process as measures, the deformation problem of crown during the build-up welding process in the range of large area has been solved successfully.

Key words：crown; build-up welding; deformation controlling

作者簡介：謝軍虎(1986—)，男，本科，焊接工程師，從事大型鑄鍛件焊接及焊補(bǔ)工藝技術(shù)研究。電話：15881466760，E-mail: xjhwhut@163.com

收稿日期：2015—08—19

中圖分類號：TG245

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B