安裝現場焊接大型圓盤式水輪發電機轉子支架的工藝方法
2023-07-31 13:14:01
專利名稱：安裝現場焊接大型圓盤式水輪發電機轉子支架的工藝方法
技術領域：
本發明屬於圓盤式水輪發電機轉子支架焊接工藝，具體涉及大型圓盤式水輪發電機轉子支架在安裝現場的焊接工藝方法。
圓盤式水輪發電機過去採用的是輪臂組合式轉子支架，即輪臂與中心體之間通過螺栓連接，這種連接方式剛度低，不能滿足大容量水輪發電機組尺寸增大的要求。目前，大型水輪發電機採用圓盤式轉子支架結構雖然滿足了剛度的要求，但由於體積大，運輸不方便，而且運輸時容易造成圓盤平面的變形，因此製造廠將大型圓盤式水輪發電機轉子支架分件製成中心體及若干塊扇形外環件，運至安裝現場，由安裝單位在現場組焊成整體。
目前，大型圓盤式水輪發電機轉子支架在現場組焊還屬初始階段，由於大型圓盤式水輪發電機轉子支架的直徑一般在10米以上，扇形外環件鋼板厚度在30毫米以上，在安裝現場工作條件差的情況下，給組焊工作帶來困難。若採用手工電弧焊，焊縫一次合格率低，焊接周期長，收縮量大，各扇形塊收縮量不易控制，若控制不當會引起中心體及整體支架產生過大變形，造成圓盤的各扇形件不在一個平面內，以致不能使用。為防止手工電弧焊在焊接過程中產生的過大變形，一個支架焊接時要裝上百塊儀表監測，監控措施複雜，人力物力消耗大，即便這樣，也不能滿足質量要求。若用CO2氣體保護焊，一般也只能焊平面薄鋼板。對鋼板厚度在30毫米以上的大型圓盤式水輪發電機轉子支架要用鋼材幾百噸，由於組焊方法不當使轉子支架圓盤變形過大，以致不能使用，目前這個問題還沒有很好解決。因此，在安裝現場如何焊接大型圓盤式水輪發電機轉子支架，使之一次成功是當前的一大難題。
本發明的目的在於提供一種在安裝現場，焊接大型圓盤式水輪發電機轉子支架的工藝方法。要求該方法能解決直徑10米以上，扇形外環件鋼板厚度在30毫米以上的大型圓盤式水輪發電機轉子支架的焊接。並解決在安裝現場工作條件差的情況下，不設大量錶盤監控，減少焊後變形，滿足設計尺寸要求，並能一次焊接成功的難題。
本發明的要點在於採用了使焊件收縮變形小的CO2氣體保護焊。在焊接工藝上，又根據圓盤支架形狀，即圓形在各個方向都對稱的特點，制定了完整的焊接步驟，先點焊後整體焊，用點焊先將各部件固定在一起，因此整體焊時容易控制變形。在點焊或縫焊時，採取左、右交叉焊，從焊縫的中間向上下交替跳焊，分段退步焊，正反面交替焊的多種對稱焊接形式，使焊件在各方向上的收縮隨時得到補償，同時，控制焊接參數隨焊接進程而加大。由於採用了上述各種措施，這樣可控制焊件不致產生過大變形。
本發明的目的是這樣實現的大型圓盤式水輪發電機轉子支架在安裝現場組裝時，主要將中心體，與中心體連接的扇形外環件，及沿圓周均布的固定在主立筋上的副立筋組焊在一起，焊接的工藝方法是採用CO2氣體保護焊，焊接的步驟、順序、方式、CO2氣體保護焊的參數選擇及具體措施如下一、焊接的步驟、順序、方式A.焊接的步驟如下(1)開始進行點焊。將各部件初步組焊在一起，對同種形式的焊縫，焊點個數相同，在位置對稱的情況下，應用CO2氣體保護焊的相同參數按照同樣的方式進行點焊;
(2)正式焊接圓盤支架。在點焊的基礎上，對同種形式的焊縫均應選擇對稱位置，採取同樣的方式進行焊接，用的CO2氣體保護焊的各個參數都應相同，每條焊縫都由N層焊層組合而成，每層採用M條窄道焊接，各層窄道分段接口的位置在上下層之間交錯開，每條焊縫都在一、二層之間打底焊，檢查無誤後再繼續施焊;
(3)焊接副立筋。將配刨好的副立筋與主立筋之間，從中間向上、向下交替點焊，點焊高度相同，然後以分段退步焊的方式，按照自下而上左右交叉的順序進行整體焊，最後對副立筋上的通孔與主立筋上的埋頭螺栓進行塞焊，從副立筋中間向上、向下交替進行焊接。
B.焊接的順序是點焊與圓盤支架的正式焊接全都採取先焊立縫，繼之焊環縫，最後焊徑向縫。
C.三種焊縫的焊接方式是立縫從立縫的中部分別向兩端採取跳焊，並且正反面交替焊;
環縫每段環縫採取分段退步跳焊方式，先焊中間，再分別向兩側跳焊;徑向縫第一層採取跳焊方式，從中間分別向兩端焊接，以後各層採取分段退步焊的方式，焊接的主方向從圓心向圓周方向或從圓周向圓心方向交叉進行;
二.焊接時各參數的關係A.焊接速度和焊接功率根據立縫、環縫、徑向縫的焊接順序和每條焊縫的焊道增多，由小往大調整;
B.在焊條直徑及焊接電壓固定的情況下，一般通過調節焊接電流改變CO2氣體的流量，焊接電流值根據同種焊縫厚度的增加由小往大調整。
三.焊接時一些具體措施A.對平面部位的焊接在平面焊接部位的背面粘貼表面有凹槽的陶瓷襯墊，採取單面焊雙面成型;
B.焊接時環境溫度的控制當環境溫度低於5℃時，應加熱到攝氏80℃以上。各層焊接過程中，嚴格控制層間溫度差，應小於150℃。
C.用CO2氣體保護焊時不用清除點焊的焊疤可直接在焊疤上進行定位焊。
本發明的優點在於1.水輪發電機是水電站的重要設備，安裝水平的好壞，直接影響運行發電。大型水輪發電機的安裝，尤其是圓盤式轉子支架，因其直徑在10米以上，尺寸龐大，焊接不好容易產生變形。若不能滿足設計要求，不能一次安裝成功，將影響施工進度，影響發電工期，造成巨大經濟損失。因此大型圓盤式水輪發電機轉子支架能否一次焊接成功，對水力發電有舉足輕重的影響。本發明應用CO2氣體保護焊工藝在安裝現場一次焊接成功，解決了安裝中一大難題，這對今後大型圓盤式水輪發電機轉子支架的安裝，尤其對三峽工程發電機組的安裝提供了有效的方法。
2.在現場沒有安裝平臺的情況下，能採用CO2氣體保護焊，不用複雜設備，不設錶盤，不需監控，一次組焊成功，解決了大型圓盤式水輪發電機轉子支架工地組焊的工藝難題。
3.由於採取一系列組焊措施，諸如對稱焊，交叉焊，跳焊，使圓盤面收縮小，變形小，焊接應力小，不對中心體產生影響，滿足設計尺寸要求，因此提高了焊接一次合格率。
4.採用CO2氣體保護焊可實現單面焊雙面成型，焊接效率較手工電弧焊提高2倍以上。
以下結合附圖對本發明作進一步介紹附
圖1大型圓盤式水輪發電機轉子支架平面圖;
附圖2大型圓盤式水輪發電機轉子支架立面圖;
附圖3大型圓盤式水輪發電機轉子支架焊縫分布平面圖;
附圖4立縫點焊示意圖;
附圖5環縫點焊示意圖;
附圖6徑向縫點焊示意圖;
附圖7立縫焊接工藝圖;
附圖8環縫焊接工藝圖;
附圖9徑向縫焊接工藝圖;
附圖10副立筋焊接工藝圖;
實施例1體1及10個扇形外環件2及沿圓周均布的20條副立筋3組焊在一起，在中心體與扇形外環件的垂直連接方向上有立縫4，圓周方向上有上下環縫5，徑向縫6連接各扇形外環件，所有的焊縫均採用CO2氣體保護焊。將所有組件安放在支墩上，用臨時螺栓組合成整體，可進行焊接。每次焊前要進行預熱，當環境溫度低於5℃時，可採用陶瓷電加熱器，將環境溫度加熱到80℃以上，對所有焊縫坡口要徹底清理並打磨焊件坡口表面的鏽汙、雜質、油汙使其露出金屬表面。
焊接的步驟、順序、方式如下1.開始進行點焊。為控制焊接變形，首先對組件進行點焊，將各部件初步組焊在一起，然後再正式焊接圓盤支架和焊接副立筋。焊接的順序是先焊立縫，繼之焊環縫，最後焊徑向縫。
點焊時，對同種形式的焊縫的點焊位置在180度方向對稱。焊點數目相同，焊點長度80-100MM，立縫，環縫焊點間隔距400MM，焊縫厚度6-8MM，徑向縫點焊間距200MM，焊點高度6-8MM。立縫焊6點，環縫在每個支架焊4點，徑向縫點焊6點。施焊時，焊工在對稱位置上應用CO2氣體保護焊的相同參數同時進行。焊接電流110-130安培;電壓21-24伏;焊接速度140-160毫米/分鐘。
三種焊縫的點焊方式立縫從中部第1點開始，分別向兩端焊第2點，第3點……，以跳焊方式進行，如圖4所示。
環縫是先焊每塊扇形件與中心體連接的中點1，然後再用跳焊方式分別焊兩側的第2點、第3點……，如圖5所示。
徑向縫是先點焊中間點1，然後點焊點2、點3、點4……，如圖6所示。
2.正式焊接圓盤支架;在點焊的基礎上，先焊立縫，由5名焊工，同時進行對稱焊接，沿立縫高度方向，由中部分別向兩端採取跳焊方式，並且正反面交替進行焊接，焊6層11道焊道，如圖7所示，對各條立縫的焊接方式都相同。
用的CO2氣體保護焊的各個參數也都相同。
立縫焊完後，焊環縫。先選擇環縫外環組件偏差較大的焊縫，在對稱方向上，由5名焊工同時上下焊接，在焊縫的背面粘貼表面有凹槽的陶瓷襯墊7，採取單面焊雙面成型的技術，這樣可使焊縫根部熔透。在每段環縫上採取分段退步跳焊方式，先焊中間，再分別向兩側跳焊，共焊6層10道焊道，各層之間焊縫接頭最少錯開30-50MM。所有環縫的焊接方式都相同，見圖8。
焊徑向縫時，由4名焊工在對稱位置上下同時焊接，第一層採取跳焊方式，從中間分別向兩端焊接，以後各層採取分段退步焊的方式，焊接的主方向是第二層從圓心向圓周方向施焊，第三層是從圓周向圓心方向施焊，如此各層交叉進行，共焊5層，10道焊道，如圖9所示。
3.最後焊副立筋。如圖10所示，根據主立筋8的尺寸配刨副立筋，將刨好的20根副立筋用螺栓固定在主立筋上，並在上，中，下及其之間點焊10處，每處點焊100MM，由中間向上、向下交替點焊，焊高5-6MM。然後由五名焊工均勻分布在圓周上對稱施焊，以分段退步焊的方式從下向上，從左到右交叉順序進行整體施焊，每段長度200MM，焊點高度相同。之後對副立筋上的通孔與主立筋上的埋頭螺栓之間的縫隙進行塞焊，從副立筋中間向上，向下交替進行焊接，焊縫分段長度200MM，焊接電流90-100A，電壓24-26V。
焊接時各參數的關係A.焊接速度和焊接功率根據立縫，環縫，徑向縫的焊接順序和每條焊縫的焊道增多由小往大調整，各參數的變化詳見下表 B.在焊條直徑是1.2MM及焊接電壓22-24V的情況下，一般通過調節焊接電流改變CO2氣體的流量，焊接電流值根據同種焊縫厚度的增加由小往大調整，以焊立縫為例，滿焊厚度30MM，各參數變化如下 徑向縫，環縫的參數變化情況與上同。
焊接時要控制環境溫度，當環境溫度低於5℃時，應加熱到80℃以上各層焊接過程中，嚴格控制層間溫度差小於150℃。
用CO2氣體保護焊時不用清除點焊的焊疤可直接在焊疤上進行定位焊。
各條焊縫都在焊一，二層時進行打底焊，檢查合格後，再往下進行。全部焊完後，按常規方法進行檢查，符合規範要求。施工結果是焊縫一次合格率為95.3%，焊縫收縮變形為1-3MM。
實施例2圓盤式水輪發電機轉子支架由中心體和8個扇形外環件組成，採用CO2氣體保護焊，焊接的步驟、順序、方式，參數的控制及具體措施與例一相同，其結果是焊縫一次合格率97%，半徑最大收縮值3MM，平均2MM。焊接應力沒有引起中心體法蘭形位公差的改變。
權利要求
1.大型圓盤式水輪發電機轉子支架在安裝現場組裝時，主要將中心體，與中心體連接的扇形外環件，及沿圓周均布的固定在主立筋上的副立筋組焊在一起，焊接的工藝方法的特徵在於採用CO2氣體保護焊，焊接的步驟、順序、方式，CO2氣體保護焊的參數選擇及具體措施如下一.焊接的步驟、順序、方式A.焊接的步驟如下(1)開始進行點焊，將各部件初步組焊在一起，對同種形式的焊縫焊點個數相同，在位置對稱的情況下，應用CO2氣體保護焊的相同參數按照同樣的方式進行點焊；(2)正式焊接圓盤支架，在點焊的基礎上，對同種形式的焊縫均應選擇對稱位置，採取同樣的方式進行焊接，用的CO2氣體保護焊的各個參數都應相同，每條焊縫都由N層焊層組合而成，每層採用M條窄道焊接，各層窄道分段接口的位置在上下層之間交錯開，每條焊縫在一，二層之間打底焊，檢查無誤後再繼續施焊；(3)焊接副立筋，將配刨好的副立筋與主立筋之間，從中間向上、向下交替點焊，點焊高度相同，然後以分段退步焊的方式，按照自下而上左右交叉的順序進行整體焊，最後對副立筋上的通孔與主立筋上的埋頭螺栓進行塞焊，從副立筋中間向上、向下交替進行焊接；B.焊接的順序是點焊與圓盤支架的正式焊接全都採取先焊立縫，繼之焊環縫，最後焊徑向縫；C.二種焊縫的焊接方式是立縫從立縫的中部分別向兩端採取跳焊，並且正反面交替焊；環縫每段環縫採取分段退步跳焊方式，先焊中間，再分別向兩側跳焊；徑向縫第一層採取跳焊方式，從中間分別向兩端焊接，以後各層採取分段退步焊的方式，焊接的主方向從圓心向圓周方向或從圓周向圓心方向交叉進行；二.焊接時各參數的關係A.焊接速度和焊接功率根據立縫，環縫，徑向縫的焊接順序和每條焊縫的焊道增多，由小往大調整；B.在焊條直徑及焊接電壓固定的情況下，一般通過調節焊接電流改變CO2氣體的流量，焊接電流值根據同種焊縫厚度的增加由小往大調整；三.焊接時一些具體措施A.對平面部位的焊接在平面焊接部位的背面粘貼表面有凹槽的陶瓷襯墊，採取單面焊雙面成型；B.焊接時環境溫度的控制當環境溫度低於5℃時，應加熱到80℃以上，各層焊接過程中，嚴格控制層間溫度差，小於150℃C.用CO2氣體保護焊時不用清除點焊的焊疤可直接在焊疤上進行定位焊。
全文摘要
本發明屬於圓盤式水輪發電機轉子支架焊接工藝方法，具體涉及大型圓盤式水輪發電機轉子支架在安裝現場的焊接工藝方法。在安裝現場採用CO
文檔編號B23K9/16GK1103341SQ9411484
公開日1995年6月7日 申請日期1994年8月13日 優先權日1994年8月13日
發明者牟官華, 周春生, 許春江, 阮培林, 張儒林 申請人:中國水利水電第四工程局機電安裝處