某電站核電機組低壓缸與凝汽器焊接變形控制

張棟 馬林梅 胥文彪

中核工程咨詢有限公司天津分公司 天津 300450

火電及核電工程建設中，不同規格的凝汽器與汽缸焊接連接由于焊接變形控制不當而導致安裝尺寸超標及整體變形，造成汽輪機運行時各構件載荷分配不均而嚴重影響汽輪機組的正常、安全運行。為此對華龍一號某機組低壓缸與凝汽器喉部連接的施工過程中焊接變形進行焊接工藝優化，有效的控制了焊接變形，保證了安裝質量[1]。

核電650MW 核電汽輪機是由哈爾濱汽輪機廠有限責任公司自主設計、制造的額定功率為650MW 級、3000r/min，單軸、中間再熱四缸六排汽凝汽式汽輪機，該機有一個高壓缸與三個低壓缸組成。

1 低壓缸與凝汽器連接現場焊接存在的問題

低壓缸外缸與凝汽器連接為單邊V 型45°坡口，低壓缸外缸厚度30 mm，凝汽器喉部補償節板條寬度70 mm。低壓缸和凝汽器喉部補償節板材質Q235-A.F。

單臺主要工作量：焊縫厚度30，焊縫兩側母材材質為Q235-A.F，焊縫長度（6670 mm+7760 mm）×2。

由于低壓缸安裝尺寸大、結構整體剛度較小、焊縫填充量較大、所有焊縫均為單邊∨形接頭，因有較大的坡口及裝配間隙不一致性，而產生較大的焊接變形傾向。

焊接變形原因分析：

在B 缸與凝汽器連接過程中，主要引起焊接變形的原因如下所述：①采用焊條電弧焊，熱入量高，同時連接板厚，其受熱面積大，產生了較大的焊接收縮量；②焊縫間隙大，單面坡口，焊縫填充量大，產生較大的焊接變形傾向；③低壓缸與凝汽器連接的設計是剛性方式的單面破口焊接，局限于施工空間，不能通過雙面焊接進行抵消。

2 焊接工藝變形控制

2.1 焊接變形控制措施

針對上述變形產生原因根據焊縫結構和可能產生的變形，對低壓缸B 缸采用如下措施控制：

（1）減小低壓缸與喉部膨脹節組對間隙。為降低焊縫拘束度，根據預計的焊縫橫向收縮量，并在保證根部焊透的情況下，適當減小坡口組對間隙，減少焊縫填充量，從而減小焊縫收縮量。

（2）分段跳焊。為避免熱輸入集中于某一區域，將待焊位置合理分段，并間隔、交錯施焊。

（3）對稱焊接。根據結構特點，對稱分布焊工，并同時施焊，使焊接變形量均勻分布，避免應力大部分集中于某一區域[2]。

2.2 焊接過程控制

2.2.1 焊前準備檢查

（1）低壓缸外缸與凝汽器膨脹節組對前，在凝汽器膨脹節端板上進行補焊，補焊至組組對間隙為約2 mm（理論值為3 mm）。

補焊焊接嚴格按照補焊工藝卡執行，注意按圖分區進行焊接，每焊一層進行焊縫錘擊，減小焊接內應力。

（2）凝汽器應處于自由狀態，不應有歪扭和偏斜，或受到其它物體的障礙。

（3）連接焊縫每500mm 點焊一個30-50mm 定位點。

（4）對低壓缸與凝汽器連接焊焊縫進行分區，如圖1。

2.2.2 焊接

（1）焊工根據圖1 焊接順序進行施焊，嚴格依照焊接工藝卡選取電流參數施焊。

圖1 低壓缸與凝汽器連接焊分區圖

（2）在焊接過程中，使用百分表進行焊接變形過程監測，變形數值大于0.10mm，焊工立刻停止施焊，待冷卻恢復正常后繼續焊接[3]。

2.2.3 焊后變形量檢查

由于低壓內缸直接安裝在平臺上，而低壓外缸安裝在凝汽器上，與低壓內缸不直接接觸，故以低壓外上缸為基準測量變形，測量點為低壓外上缸和低壓外下缸密封法蘭上0°、90°、180°、270°四個點，單體缸共16 個百分表監測。如圖2 所示。

圖2 低壓缸與凝汽器焊接百分表布置圖

對施工單位記錄的低壓B 缸16 塊百分表監控數據進行合理處理，發現焊后變形量還是很大的，各百分表監控方向如下：

百分表1、4、7、10、13、15 監控低壓缸橫向變形量；

百分表6、9、16 監控低壓缸電側變形量；

百分表3、12、14 監控低壓缸調側變形量；

百分表2、5、監控低壓缸左側變形量；

百分表8、11 監控低壓缸右側變形量；

3 焊接工藝優化

同時還可以根據實際情況采取更改焊材規格、改變點固方式、分段退焊、避免應力集中、焊接變形監測等工藝優化措施。

表1 低壓B 缸焊后變形量 （單位：mm）

4 結語

對于核電大型焊接結構件的焊接，采用合理的工藝控制可大幅減小低壓外缸的焊接變形，確保其滿足產品安裝要求。合理分段、對稱焊接有利于低壓外缸整體變形量沿接口周向均勻分布。控制焊接變形的方法很多，但必須客觀、詳細地對焊接結構進行分析，然后找出有針對性的并行之有效的方法加以科學運用，方能達到有效控制焊接變形的目的。