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發(fā)電機機架與導(dǎo)軸承座的低溫焊接處理
2010-09-07
莊炳東
(漳州市南一水庫管理局）
(漳州市南一水庫管理局）
摘 要：本文針對結(jié)構(gòu)件的特殊要求，分析了材質(zhì)的焊接性，制定了合理的焊接工藝，運用低溫不銹鋼焊接技術(shù)，達到使用要求，本文對處理過程進行總結(jié)，可供同行參考。
關(guān)鍵詞：振動；裂紋；變形；焊接工藝
一、簡況
南一水電站隸屬漳州市南一水庫管理局，兩臺混流式立式機組于1993年6月投產(chǎn)，單機容量10000Kw，設(shè)計水頭52m，單機引用流量為22.27m3/s。天津發(fā)電設(shè)備總廠設(shè)計制造，發(fā)電機型號為SF10000-16/3250，水輪機型號為HLA244-LJ-160，額定轉(zhuǎn)速為375rpn。經(jīng)過可行性論證，于1998年在7號機組上戴帽增容（即一臺水輪機帶主、副兩臺發(fā)電機），裝機容量增加1000Kw，試運行期間出現(xiàn)機組振動過大，超過設(shè)計要求，停機檢查發(fā)現(xiàn)，原因是主機組的上、下導(dǎo)軸承座與上、下機架之間的點固焊縫出現(xiàn)縱向裂紋。分析增容后的發(fā)電機轉(zhuǎn)子比原來增高了兩米多，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子慣性增大，加大了導(dǎo)軸承所受的徑向力，導(dǎo)軸承座與機架之間的點固焊縫已達不到受力要求，解決方案是把導(dǎo)軸承座與機架之間的點固焊縫改為環(huán)焊縫，并適當(dāng)增大焊縫厚度，使焊縫面積達到受力要求。
二、問題
主機組上、下機架環(huán)形主體的材料為鑄鋼，導(dǎo)軸承座是45號鋼，兩者材質(zhì)可焊性差，淬硬性大。如何采取合理的焊接工藝以防止氣孔、裂紋及夾渣等焊接缺陷的產(chǎn)生是問題的關(guān)鍵。按常規(guī)工藝進行施焊，為了保證合格的焊縫質(zhì)量，大多數(shù)情況下，需要焊前預(yù)熱和保持層間溫度，以降低焊縫和熱影響區(qū)的冷卻速度，從而防止產(chǎn)生馬氏體。同時焊接后需立即進行消除殘余應(yīng)力熱處理，但由于本工作的機架是鑄剛經(jīng)焊接后強退火處理，再進行后續(xù)加工和焊接，且與其連接固定的基礎(chǔ)件已就位無法更動，如把上、下機架進行焊前預(yù)熱及焊后消除應(yīng)力熱處理，不僅工作構(gòu)件大、現(xiàn)場條件不允許，且會使上下機架產(chǎn)生變形，無法與基礎(chǔ)件緊密配合，因此在焊接工藝措施及焊接材料選擇上都不能照搬常規(guī)，即：不能焊前預(yù)熱和保持層間溫度，焊后不能采取后熱措施，在焊接材料的選擇上不能采用中碳鋼常用焊材。
三、焊接性分析：
由于工作的特殊性，在焊接時擬采用過渡層焊法，即在母材坡口表面，先用純鐵焊條堆焊一層過渡層金屬，然后再選用奧氏體材料焊接。考慮母材和焊接金屬材質(zhì)在化學(xué)成分、金相組織和力學(xué)性能方面相差較大，焊接時引起一系列的困難，采取如下措施：
四、焊接工藝措施：
焊前措施：
1、正面焊縫用碳弧氣刨在機架和導(dǎo)軸承座之間刨出U型坡口，以達到一定的焊縫厚度，又減少焊縫金屬填充量；并用角向磨光機和軟軸磨光機除去U型坡口表面的氧化皮，將影響焊接質(zhì)量的凹凸不平處打磨平整；背面焊縫要將油、漆、垢、銹毛刺等清除干凈。
2、焊條在使用前應(yīng)按規(guī)定的烘干工藝烘干：酸性焊條應(yīng)在75℃—150℃烘干1—2小時；A302焊條應(yīng)在300℃—430℃烘干兩小時。并要以保溫筒盛裝使用中的焊條，以防止在使用中重新吸潮。
3、焊接時采用機械吊裝，使上、下機架的各焊接點從全位置焊變成平焊和角焊，降低焊工的勞動強度。焊接時采用對稱施焊，焊好一個位置，再焊對稱位置焊縫;同一位置同一層焊道采用左、右、上、下順序焊接。焊接過程中，應(yīng)采用裹敷堵塞等措施保護導(dǎo)軸承座的螺孔，避免螺牙損傷。Z后打磨正面焊縫余高。
實際操作：
1、正面焊縫層用E4310焊條以小電流、低焊速單道焊接；以后各層用A302焊條以比碳鋼焊條小10‐20%(即以20–30倍焊條直徑)的電流焊接，并采用直流反接，焊接速度要盡量快，采用多層多道焊，不得做橫向擺動，以減小橫向收縮，以利于防止裂紋產(chǎn)生；采用短弧焊接以減少合金元素的燒損，使焊縫不致因過熱而使奧氏體晶粒粗大，減小裂紋傾向；Z后在焊縫表面堆焊退火焊道，這樣起到了消除焊接應(yīng)力的作用，同時使焊縫具有了較良好的塑性，進一步保證不產(chǎn)生冷熱裂紋。
2、背面焊接因焊縫在構(gòu)件內(nèi)腔，開坡口有一定的難度，采用不開坡口直接施焊，焊兩層，層用E4310焊條過渡焊，第二層用E302直接蓋面。
結(jié)束語：
2號機經(jīng)上述方法焊接處理后，上、下機架與基礎(chǔ)件能夠緊密配合，組裝后機組振動幅度達到設(shè)計要求，隨后1號機增容時亦采用了2號機焊接緊固方法處理，試機運行機組振動幅度也達到設(shè)計要求。兩臺機組增容后運行至今已6–7年，振動幅度一直在設(shè)計范圍內(nèi)，期間曾停機檢查焊縫，表面無發(fā)現(xiàn)裂紋。機組運行狀況良好，取得了很好的經(jīng)濟效益。
［參考文獻］
[1]《焊工培訓(xùn)教材》編寫組.焊工培訓(xùn)教材[M].北京：水利電力出版社，（1988）.
[2] 中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會 編.接焊接手冊（第二卷） [Z] . 北京：機械工業(yè)出版社，（1992）
[3]何康生. 異重金屬焊[M].北京：機械工業(yè)出版社，（1986）.
作者簡介：莊炳東（1969--），男，福建南靖人，高級焊工，從事電站設(shè)備檢修工作。
關(guān)鍵詞：振動；裂紋；變形；焊接工藝
一、簡況
南一水電站隸屬漳州市南一水庫管理局，兩臺混流式立式機組于1993年6月投產(chǎn)，單機容量10000Kw，設(shè)計水頭52m，單機引用流量為22.27m3/s。天津發(fā)電設(shè)備總廠設(shè)計制造，發(fā)電機型號為SF10000-16/3250，水輪機型號為HLA244-LJ-160，額定轉(zhuǎn)速為375rpn。經(jīng)過可行性論證，于1998年在7號機組上戴帽增容（即一臺水輪機帶主、副兩臺發(fā)電機），裝機容量增加1000Kw，試運行期間出現(xiàn)機組振動過大，超過設(shè)計要求，停機檢查發(fā)現(xiàn)，原因是主機組的上、下導(dǎo)軸承座與上、下機架之間的點固焊縫出現(xiàn)縱向裂紋。分析增容后的發(fā)電機轉(zhuǎn)子比原來增高了兩米多，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子慣性增大，加大了導(dǎo)軸承所受的徑向力，導(dǎo)軸承座與機架之間的點固焊縫已達不到受力要求，解決方案是把導(dǎo)軸承座與機架之間的點固焊縫改為環(huán)焊縫，并適當(dāng)增大焊縫厚度，使焊縫面積達到受力要求。
二、問題
主機組上、下機架環(huán)形主體的材料為鑄鋼，導(dǎo)軸承座是45號鋼，兩者材質(zhì)可焊性差，淬硬性大。如何采取合理的焊接工藝以防止氣孔、裂紋及夾渣等焊接缺陷的產(chǎn)生是問題的關(guān)鍵。按常規(guī)工藝進行施焊，為了保證合格的焊縫質(zhì)量，大多數(shù)情況下，需要焊前預(yù)熱和保持層間溫度，以降低焊縫和熱影響區(qū)的冷卻速度，從而防止產(chǎn)生馬氏體。同時焊接后需立即進行消除殘余應(yīng)力熱處理，但由于本工作的機架是鑄剛經(jīng)焊接后強退火處理，再進行后續(xù)加工和焊接，且與其連接固定的基礎(chǔ)件已就位無法更動，如把上、下機架進行焊前預(yù)熱及焊后消除應(yīng)力熱處理，不僅工作構(gòu)件大、現(xiàn)場條件不允許，且會使上下機架產(chǎn)生變形，無法與基礎(chǔ)件緊密配合，因此在焊接工藝措施及焊接材料選擇上都不能照搬常規(guī)，即：不能焊前預(yù)熱和保持層間溫度，焊后不能采取后熱措施，在焊接材料的選擇上不能采用中碳鋼常用焊材。
三、焊接性分析：
由于工作的特殊性，在焊接時擬采用過渡層焊法，即在母材坡口表面，先用純鐵焊條堆焊一層過渡層金屬，然后再選用奧氏體材料焊接。考慮母材和焊接金屬材質(zhì)在化學(xué)成分、金相組織和力學(xué)性能方面相差較大，焊接時引起一系列的困難，采取如下措施：
四、焊接工藝措施：
焊前措施：
1、正面焊縫用碳弧氣刨在機架和導(dǎo)軸承座之間刨出U型坡口，以達到一定的焊縫厚度，又減少焊縫金屬填充量；并用角向磨光機和軟軸磨光機除去U型坡口表面的氧化皮，將影響焊接質(zhì)量的凹凸不平處打磨平整；背面焊縫要將油、漆、垢、銹毛刺等清除干凈。
2、焊條在使用前應(yīng)按規(guī)定的烘干工藝烘干：酸性焊條應(yīng)在75℃—150℃烘干1—2小時；A302焊條應(yīng)在300℃—430℃烘干兩小時。并要以保溫筒盛裝使用中的焊條，以防止在使用中重新吸潮。
3、焊接時采用機械吊裝，使上、下機架的各焊接點從全位置焊變成平焊和角焊，降低焊工的勞動強度。焊接時采用對稱施焊，焊好一個位置，再焊對稱位置焊縫;同一位置同一層焊道采用左、右、上、下順序焊接。焊接過程中，應(yīng)采用裹敷堵塞等措施保護導(dǎo)軸承座的螺孔，避免螺牙損傷。Z后打磨正面焊縫余高。
實際操作：
1、正面焊縫層用E4310焊條以小電流、低焊速單道焊接；以后各層用A302焊條以比碳鋼焊條小10‐20%(即以20–30倍焊條直徑)的電流焊接，并采用直流反接，焊接速度要盡量快，采用多層多道焊，不得做橫向擺動，以減小橫向收縮，以利于防止裂紋產(chǎn)生；采用短弧焊接以減少合金元素的燒損，使焊縫不致因過熱而使奧氏體晶粒粗大，減小裂紋傾向；Z后在焊縫表面堆焊退火焊道，這樣起到了消除焊接應(yīng)力的作用，同時使焊縫具有了較良好的塑性，進一步保證不產(chǎn)生冷熱裂紋。
2、背面焊接因焊縫在構(gòu)件內(nèi)腔，開坡口有一定的難度，采用不開坡口直接施焊，焊兩層，層用E4310焊條過渡焊，第二層用E302直接蓋面。
結(jié)束語：
2號機經(jīng)上述方法焊接處理后，上、下機架與基礎(chǔ)件能夠緊密配合，組裝后機組振動幅度達到設(shè)計要求，隨后1號機增容時亦采用了2號機焊接緊固方法處理，試機運行機組振動幅度也達到設(shè)計要求。兩臺機組增容后運行至今已6–7年，振動幅度一直在設(shè)計范圍內(nèi)，期間曾停機檢查焊縫，表面無發(fā)現(xiàn)裂紋。機組運行狀況良好，取得了很好的經(jīng)濟效益。
［參考文獻］
[1]《焊工培訓(xùn)教材》編寫組.焊工培訓(xùn)教材[M].北京：水利電力出版社，（1988）.
[2] 中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會 編.接焊接手冊（第二卷） [Z] . 北京：機械工業(yè)出版社，（1992）
[3]何康生. 異重金屬焊[M].北京：機械工業(yè)出版社，（1986）.
作者簡介：莊炳東（1969--），男，福建南靖人，高級焊工，從事電站設(shè)備檢修工作。
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