混流式轉(zhuǎn)輪的搭焊工藝

朱春龍，李慧娟 ，蔣 順，施賽青

(1．浙江金輪機(jī)電實(shí)業(yè)有限公司，浙江 金華 321002；2．金華市五百灘航運(yùn)開發(fā)有限公司，浙江 金華 321002)

1 概 述

2019年，筆者所在公司簽訂了尼日利亞(DADINKOWA)項(xiàng)目，為2臺20 MW的混流式水輪機(jī)。轉(zhuǎn)輪由上冠、下環(huán)及葉片焊接組成，材料為ZG06Cr13Ni4Mo不銹鋼。轉(zhuǎn)輪最大直徑為3 500 mm，高度為1 960 mm，由13張葉片組成，每張葉片凈重550 kg，總重約25 000 kg，是公司目前生產(chǎn)轉(zhuǎn)輪直徑最大的混流式水輪機(jī)。傳統(tǒng)的小型混流式轉(zhuǎn)輪的焊接方法顯然已經(jīng)不能滿足此轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)要求，必須探索新的搭接與焊接工藝來確保轉(zhuǎn)輪的形狀尺寸與焊縫質(zhì)量。

2 搭接工藝

2.1 搭焊前準(zhǔn)備

為了使搭接更方便及準(zhǔn)確，首先將轉(zhuǎn)輪上冠和下環(huán)的流道按圖紙的要求加工到位，并根據(jù)焊接圖劃出上冠和下環(huán)的葉片搭接線。

轉(zhuǎn)輪葉片經(jīng)過數(shù)控機(jī)床加工后，用三維測量儀檢查并打磨到圖紙要求的光潔度，將各張打磨好后的葉片稱好重量。搭焊時(shí)，按重的葉片旁邊搭焊輕的方法分配葉片的順序，確保轉(zhuǎn)輪焊接完成后，不平衡重量降到最低。

2.2 轉(zhuǎn)輪的搭接工藝

將轉(zhuǎn)輪上冠朝上置于轉(zhuǎn)輪焊接支架上，在上冠葉片搭接線上按葉片的張數(shù)劃出搭接的位置點(diǎn)，用樣沖敲好；再在每個(gè)樣沖點(diǎn)外端焊上2塊垂直的小鐵塊(見圖1)，用于在搭接葉片時(shí)，支承和定位轉(zhuǎn)輪的葉片。

圖1 上冠處葉片搭接位置示意

吊裝轉(zhuǎn)輪葉片，使進(jìn)水邊置于2個(gè)小鐵塊之間。在鋼板及葉片葉型面上點(diǎn)焊雙頭拉桿(見圖2)，通過調(diào)節(jié)雙頭拉桿來調(diào)整葉片的角度及高度。調(diào)整到位后將導(dǎo)葉與上冠點(diǎn)焊牢固。用上述相同方法，將相鄰的4張葉片調(diào)整并點(diǎn)焊好；用三維測量儀器檢查4張葉片彼此間進(jìn)、出水邊角度的大小。通過電腦軟件與模型對比分析的結(jié)果來調(diào)整葉片的搭接角度。用卡尺根據(jù)圖紙上葉片進(jìn)出水邊的大小測量兩相鄰葉片之間的進(jìn)水邊與進(jìn)水邊、出水邊與出水邊的距離(測量位置見圖2)。按要求將其余葉片吊裝到上冠上，用相同方法測量葉片的角度與距離，并依次檢查并記錄結(jié)果。

圖2 葉片測量位置及拉桿的點(diǎn)焊位置

將下環(huán)吊入焊接支架上，檢查下環(huán)與葉片的坡口之間的間隙，高出的地方打磨掉，間隙應(yīng)該比較均勻，再將葉片與下環(huán)點(diǎn)焊牢。轉(zhuǎn)輪上冠、下環(huán)開口處焊上幾根支承桿，以防起吊變形。焊上臨時(shí)吊裝耳后從焊接支架上吊下。

2.3 轉(zhuǎn)輪的焊接工藝

2.3.1 焊接方法的確定

根據(jù)焊接工藝規(guī)程和焊接工藝評定以及在小型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上進(jìn)行的成功焊接經(jīng)驗(yàn)，我們采用98%Ar+2%CO2混合氣體保護(hù)，焊絲自動(dòng)進(jìn)給式半自動(dòng)焊，采用ER410NiMoφ1.2 mm不銹鋼焊絲。該工藝焊接效率高，焊縫質(zhì)量好且成形美觀以及焊接變形較小。

2.3.2 焊接工藝參數(shù)的確定

將已點(diǎn)焊牢的轉(zhuǎn)輪上冠朝下吊到可旋轉(zhuǎn)的懸臂焊接支架上，焊接支架旁搭站人平臺。在上冠內(nèi)部及下環(huán)外圓包上1層陶瓷加熱墊片(見圖3)，加熱至50～150 ℃，并保溫至少4 h以上，然后用麻布蓋上。

圖3 懸臂焊接支架

根部焊接應(yīng)從最難焊處開始，然后背面清根再打磨，以便能焊透。在A區(qū)和C區(qū)焊縫清根后，需進(jìn)行100%PT檢驗(yàn)根部焊接。轉(zhuǎn)輪直徑大于2.5 m，B區(qū)焊縫要求清根處理，并作100%PT檢查(見圖4)。

圖4 焊接清根后檢查位置

采用不銹鋼焊絲正反兩面交替施焊，焊接層間溫度≤180 ℃。在轉(zhuǎn)輪焊接過程中，需用風(fēng)鏟或風(fēng)槍隨時(shí)對焊接處進(jìn)行多次敲擊，以確保消除焊接應(yīng)力。每層焊縫完成后需用鋼刷清理干凈焊渣，并仔細(xì)檢查焊縫質(zhì)量，確認(rèn)合格后方可施焊下一層。

將葉片坡口焊滿后，對轉(zhuǎn)輪進(jìn)行去應(yīng)力退火處理。退火后打磨焊縫并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行超聲波探傷。

3 工藝實(shí)施效果

由焊工組嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程和焊接工藝評定焊接的尼日利亞(DADINKOWA)項(xiàng)目的混流轉(zhuǎn)輪，經(jīng)過公司及第三方監(jiān)理的檢查，轉(zhuǎn)輪葉片出水邊單個(gè)開口值、平均開口值、葉片進(jìn)口的節(jié)距、葉片型線等數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計(jì)要求；精加工后轉(zhuǎn)輪的殘留不平衡重量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

與老搭焊工藝對比，提高工效明顯，轉(zhuǎn)輪的搭焊時(shí)間至少節(jié)省15 d，大大縮短了生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，保證了轉(zhuǎn)輪的焊接質(zhì)量，減少不必要的返工，從而降低了公司的生產(chǎn)制造成本。該轉(zhuǎn)輪焊接的成功經(jīng)驗(yàn)對公司今后焊接中大型混流式轉(zhuǎn)輪起到了積極的指導(dǎo)作用。