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        HK—93型坡口機(jī)在混流式水輪機(jī)蝸殼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

        2014-11-24 08:22:40江蘇航天水力設(shè)備有限公司高郵225600楊文祥周廣新孫陽光
        金屬加工(熱加工) 2014年4期
        關(guān)鍵詞:焊縫結(jié)構(gòu)

        江蘇航天水力設(shè)備有限公司(高郵 225600)楊文祥 周廣新 孫陽光

        1.概述

        蝸殼結(jié)構(gòu)是混流式水輪機(jī)的重要部件,也是水電站廠房中的重要建筑物,蝸殼結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)組的穩(wěn)定安全運(yùn)行,是電站建設(shè)中重要的技術(shù)問題。在水力方面,蝸殼是將承壓的水流導(dǎo)入到水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的通道。蝸殼位于水電站發(fā)電水力通道的末端,是水壓和流速最大的地方。在結(jié)構(gòu)方面,蝸殼結(jié)構(gòu)通常是指由鋼蝸殼和座環(huán)組成的鋼部件與其外圍鋼筋混凝土組成的整體結(jié)構(gòu),蝸殼必須滿足在承受各種靜、動(dòng)荷載時(shí)的強(qiáng)度和剛度要求,以保證機(jī)組在各種工況下的安全。蝸殼承受的靜荷載主要有內(nèi)水壓力、水輪發(fā)電機(jī)組的重量、廠房樓板傳遞的設(shè)備荷載、結(jié)構(gòu)自重等;動(dòng)荷載有蝸殼流道內(nèi)的水錘壓力、作用在轉(zhuǎn)輪上的推力、作用在發(fā)電機(jī)上的扭矩、流道內(nèi)的脈動(dòng)水壓力及地震力等,因此蝸殼結(jié)構(gòu)必須滿足有關(guān)規(guī)范和水輪發(fā)電機(jī)組制造廠規(guī)定的強(qiáng)度、剛度(變形)及抗震等方面要求。

        2.蝸殼的工藝要求

        蝸殼的各焊縫應(yīng)按GB/T8564—2000《水輪發(fā)電機(jī)安裝技術(shù)規(guī)范》及JB/T4730—1994《鋼板焊接容器技術(shù)要求》進(jìn)行,全部焊縫長(zhǎng)度按JB/T4730—1994(UT2級(jí))檢測(cè),不能用UT2級(jí)檢測(cè)的,用RT檢測(cè)。蝸殼做水壓試驗(yàn),試驗(yàn)壓力為2.2MPa,歷時(shí)30min,不得有滲漏現(xiàn)象。

        3.蝸殼焊接坡口制備方案的確定

        我公司2012年承接的黑龍江大唐東升水電站HLY115—LJ—192混流式水輪機(jī)4臺(tái),其水輪機(jī)蝸殼管身用電腦放樣,數(shù)控下料,蝸殼結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于蝸殼結(jié)構(gòu)的每節(jié)蝸節(jié)都是弧形邊展開料(見圖2),而且蝸節(jié)之間的焊縫質(zhì)量要求很高,所以坡口的表面粗糙度要求就高,因此人工制備該坡口的方案被否決。隨后又提出不制備焊接坡口直接組裝后碳弧氣刨兩側(cè)制備焊接坡口,但是坡口的表面粗糙度、深度及寬度不能保證一致,這將無法保證焊縫質(zhì)量的高要求;再加上兩面碳弧氣刨的煙塵以及勞動(dòng)強(qiáng)度較大,因此第二種方案也被否決。最后筆者經(jīng)過深思熟慮以及翻閱關(guān)于焊接坡口制備的相關(guān)資料,決定采取外側(cè)用HK—93型坡口機(jī)倒坡口制備,坡口留有2mm鈍邊,內(nèi)側(cè)碳弧氣刨清根的坡口制備方案。

        圖1 蝸殼結(jié)構(gòu)

        圖2 蝸節(jié)展開料

        4.坡口機(jī)說明

        HK—93型坡口機(jī)機(jī)身采用高強(qiáng)度鋁合金材料壓鑄制作,體積小,移動(dòng)快速靈活。切割氧帶快速開關(guān),操作方便,所有控制均由單手完成,可手動(dòng)控制切割各種不規(guī)則形狀邊角及圓弧,并擅長(zhǎng)急轉(zhuǎn)彎的操作,可進(jìn)行直線、導(dǎo)向坡口I形、V形(45°)、圓周及圓弧切割,適用于造船、石油、冶金、金屬結(jié)構(gòu)等行業(yè)。實(shí)際切割情況如圖3所示。

        圖3 坡口機(jī)實(shí)際切割

        5.蝸節(jié)焊接坡口的基本形式與尺寸

        根據(jù)焊條電弧焊和氣體保護(hù)焊焊縫坡口的基本形式與尺寸(GB/T985—1988)以及實(shí)際生產(chǎn)情況,該蝸節(jié)對(duì)接焊縫應(yīng)選擇對(duì)接接頭清根焊縫,屬于帶鈍邊V形;根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求,鈍邊P=2mm、坡口角度55°±2.5°,碳弧清根的最小值t=5mm。根據(jù)蝸殼外形CAD圖樣可知,每節(jié)蝸殼的自然裝配間隙d=4.7~5.26mm,要計(jì)算出按照標(biāo)準(zhǔn)55°的坡口寬度,然后減去裝配的自然間隙計(jì)算實(shí)際的坡口角度。按照5mm計(jì)算實(shí)際倒角的角度為41.78°,取40°。同時(shí)可以計(jì)算出蝸節(jié)倒角時(shí)可沿圓弧邊緣往里7mm倒角,倒角示意如圖4所示。

        圖4 倒角示意

        6.焊接坡口制備后的實(shí)際裝配和焊接情況

        制備坡口之后用卷板機(jī)將蝸殼卷制成形(見圖5)。根據(jù)實(shí)際尺寸情況,蝸節(jié)共23節(jié),16~23節(jié)直徑較小無法用卷板機(jī)卷制,可按實(shí)際展開長(zhǎng)度的1/2進(jìn)行下料,后壓制圓弧成形,兩個(gè)1/2處對(duì)接,按照每節(jié)環(huán)縫的要求制備焊接坡口。由于實(shí)際尺寸情況,對(duì)23節(jié)蝸節(jié)進(jìn)行分節(jié)組裝和焊接,分別為1~5、6~10、11~15、16~19、20~23。每節(jié)蝸節(jié)組裝前對(duì)對(duì)接坡口進(jìn)行打磨處理,保證坡口的表面粗糙度和平整度,使用300~350℃烘烤1h的J507焊條在內(nèi)側(cè)進(jìn)行定位焊,按照冷作工的工作規(guī)程,定位焊的焊縫長(zhǎng)度為20~50mm,間距為200~500mm。外側(cè)坡口(坡口形狀見圖6)焊接完成之后(焊縫成形見圖7),對(duì)內(nèi)側(cè)接縫處碳弧清根,打磨光滑之后對(duì)坡口進(jìn)行焊接,焊接方法同外側(cè)坡口一致,焊接內(nèi)側(cè)坡口時(shí)要注意焊縫的熔合情況。待所有分段組裝的蝸節(jié)焊接完成之后對(duì)它們進(jìn)行超聲波探傷,未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷,產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730—1994(UT2級(jí))。

        所有焊縫在焊接完成后進(jìn)行了超聲波探傷,發(fā)現(xiàn)只有第19、20節(jié)的接縫處有一點(diǎn)超標(biāo),經(jīng)探傷員測(cè)定為一未熔合缺陷,深度15.3mm(第19與20節(jié)板材厚度為16mm),后直接對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行碳弧清理,確能看見缺陷,對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)焊24h之后進(jìn)行超聲波復(fù)探,探傷結(jié)果合格。對(duì)最終蝸殼進(jìn)行2.2MPa的水壓試驗(yàn)30min,沒有滲漏現(xiàn)象。

        圖5 卷制完成的蝸節(jié)

        圖6 坡口形狀

        圖7 焊縫成形

        7.結(jié)語

        (1)采用上述的焊接坡口制備方案,焊縫成形良好,該工藝對(duì)低合金鋼的焊接與接頭質(zhì)量有保證,能夠達(dá)到工藝要求,這對(duì)以后該類產(chǎn)品的生產(chǎn)和制作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

        (2)生產(chǎn)實(shí)踐證明,良好的制作方法可以縮短加工的周期,降低生產(chǎn)成本,在生產(chǎn)中應(yīng)不斷的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)來創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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