探析焊接技術在汽輪機隔板制造中的應用

王昆

摘 要：隔板是汽輪機中技術含量和要求高、批量大、制作工藝復雜的重要部件之一，它在汽輪機生產中占有很大的比重。現代汽輪機隔板大都采用焊接方式把葉片與內、外環連接在一起成為一個整體，從而達到消除振動和減少蒸汽泄漏的目的。由于隔板制造精度對汽輪機效率的影響很大，且直接影響著汽輪機的生產周期和產品質量。因此，國內外各大汽輪機制造廠都對隔板的焊接十分重視。筆者結合實際工作，針對汽輪機隔板焊接現狀進行分析，著重論述了焊接技術在焊接隔板中的應用。

關鍵詞：汽輪機 隔板制造 焊接技術 窄間隙焊

汽輪機在電廠設備中起著無可替代的作用，它是電力工業的心臟。隔板是核電機組通流主要部件之一，起到固定靜葉和阻止級間漏氣的作用，能保證機組的經濟型和安全性。考慮到隔板的運行環境，為提高隔板外環的抗水蝕能力，工藝設計上要求在外環的進汽側、出汽側汽封處堆焊不銹鋼耐蝕層。因此，國內外各大汽輪機制造廠都對隔板的焊接十分重視，投入了很大的物力、精力對其結構及焊接方式進行改進，以期提高隔板的焊接質量，同時降低制造成本。

一、汽輪機隔板焊接現狀

汽輪機隔板作為汽輪機的重要部件，其制造質量直接影響到機組的安全性、穩定性、熱功轉換效率。所以汽輪機隔板的制造直接反映了汽輪機制造廠的技術水平。隔板是用來固定靜葉片，并將整個汽缸間隔成若干個汽室。低壓環式隔板主要由隔板體、靜葉片和隔板外環直接焊接而成，隔板通過外環直接安裝在汽缸或隔板套內專門的凹槽中。葉片與內外環的焊接原來的工藝采用手工焊條電弧焊，焊后發現焊縫的外觀成型不好，即焊紋較粗糙、焊縫寬窄不一，同時葉片、內外環表面的清潔度不好，盡管葉片和內外環上涂了很多防飛濺劑，但是在葉片和內外環上還是產生許多焊豆，極難清理，在清理過程中有時損壞了葉片表面的光潔度，并且對于隔板中兩葉片之間的間隙比較小的就更難清理干凈。

二、焊接技術在焊接隔板中的應用

2.1自帶圍帶式隔板焊接技術

隔板設計時沒有內、外環部件，導葉片自帶圍帶及內、外環成圈組成隔板的結構。制造時按照葉片順序號依次裝配全部導葉片并進行整圈焊接的隔板，多用于 300MW 以上反動式機組結構上。自帶圍帶式隔板主要采用 MIG 焊及真空電子束焊兩種焊接方式；隨著真空電子束焊接技術的大規模應用，在汽輪機焊接制造過程中逐漸推廣真空電子束焊接方式已經成為必然，這為提高自帶圍帶式隔板焊接質量，改善工人勞動條件，大幅度提高生產效率，提高自帶圍帶式隔板的整體焊接制造水平提供了有力的支撐。為此，現代大功率汽輪機對自帶圍帶式隔板的焊接主要使用真空電子束焊方式，MIG 焊方式已經逐漸被淘汰。

2.2電子束焊接技術

（1）焊接原理

電子的產生及電子束的形成和匯聚的工作原理是比較簡單的。發射材料加熱后，由于熱發射效應，表面就發射電子，熱發射電子在電場的作用下，就沿著電場強度的反方向運動。所以在熱發射材料和被焊工件之間加上電位差，通常是工件接正（接地），熱發射材料接負（負高壓），則熱發射電子就會連續不斷地加速飛向工件，形成了電子束流。但這樣的電子束流，其束流密度低、能量不集中，只能加熱卻難以熔化金屬，只有通過電子光學系統，把束流匯聚起來以提高其能量密度后才能達到熔化焊接的目的。

（2）隔板制造方法

汽輪機隔板的制造，以往大多采用埋弧焊。由于汽輪機隔板的焊接部位極多，形狀復雜，所以，掌握隔板的強度和變形量是一個重要的課題。六十年代以來，國外在汽輪機隔板的制造中采用電子束焊接技術。在隔板制造中采用電子束焊接法的主要目的是：（1）由于一次就可獲得灼爆的探度，能夠減少隔板的變形，從而提高了隔板的焊接質量；（2）由于不需要加工坡口，所以能在定位板與隔板內外環拼合的情況下進行焊接，從而降低了制造成本。

2.3圓柱形圍帶沖孔及成形

高中壓段的大多數隔板，因汽道的擴散不大，一般都將汽道的擴散角取為 0 度。此時葉柵上的內外圍帶都呈簡單的圓柱形。這類圍帶一般在下料并制成帶材后便可按規定縮尺劃出節距線進行沖孔，然后再彎成圓弧。這種操作程序要比先彎形后按縮尺劃出節距線再沖孔要方便得多。由于隔板焊接后要收縮，所以在沖制圍帶孔時節距要預放縮水。縮水的大小參考實驗數據，變化范圍很大。其主要因素如下：縮水率（即縮尺）隨隔板汽道的平均直徑而變化，汽道的平均直徑愈大，縮水率也愈大。反之，汽道的平均直徑愈小，縮水率也愈小；隨隔板的主焊縫剖口的大小而變化，焊縫剖口愈大，縮水率也愈大。反之，焊縫剖口愈小，縮水率也愈小；按規定的操作要求，使用同樣的焊條，同樣的焊接參數情況下，各個焊工按其熟練程度不同，焊成的隔板縮水很懸殊，而且很難找出統一控制的辦法。所以外國廠家在制度上規定，指定專人焊接隔板，不僅如此，而且明確規定，焊隔板的焊工，如有三個月以上的時間未從事隔板焊接，在其恢復做隔板焊接工作前必須先經試焊合格。用嚴格的操作質量來保證隔板的焊接質量和穩定的縮水率。

2.4窄間隙焊在隔板焊接中的應用

由某公司制造的超超臨界1000MW 汽輪機組，為一次中間再熱、四缸、四排汽、沖動、凝汽式汽輪機。鑒于沖動式機組結構的故有特性，其隔板必然需要承擔較大的蒸汽壓差。為了能夠滿足隔板在主蒸汽參數 25MPa，600℃ /600℃的惡劣運行工況下的強度要求，設計時隔板的壁厚較大。為了使隔板焊縫的力學性能，特別是高溫性能能夠滿足汽輪機的運行溫度及壓力的要求，汽輪機隔板的主焊縫采用深坡口窄間隙結構（焊口深達 160mm）且要求采用窄間隙焊技術進行焊接，焊接操作難度較大。如果不采取一定的措施很難保證隔板主焊縫的焊接質量，而隔板的焊接質量對于提高整個機組的效率及安全運行，以避免動靜碰摩事故給電廠和制造廠造成重大經濟損失具有重要的意義。

三、結束語

隨著焊接技術的發展，氣體保護焊及埋弧焊已成為隔板主焊縫焊接的常規方式，窄間隙氣體保護焊及真空電子束焊則成為先進焊接方式的代表。鑒于隔板結構的特殊性及設備初期投入成本、日常維護等費用來看，窄間隙氣體保護焊則更具優勢。

參考文獻

[1]趙博，范成磊，楊春利，孫清潔.窄間隙 GMAW的研究進展. 焊接，2008，（2）：11-14.