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        毛爾蓋機組調(diào)質(zhì)高強度蝸殼制造工藝及質(zhì)量控制措施

        2015-06-05 14:56:13楊本勇
        水電站設(shè)計 2015年2期
        關(guān)鍵詞:裂紋工藝質(zhì)量

        楊本勇,宋 磊

        (浙江富春江水電設(shè)備有限公司,浙江杭州 311504)

        毛爾蓋機組調(diào)質(zhì)高強度蝸殼制造工藝及質(zhì)量控制措施

        楊本勇,宋 磊

        (浙江富春江水電設(shè)備有限公司,浙江杭州 311504)

        毛爾蓋機組蝸殼采用的是寶鋼生產(chǎn)的B610CF調(diào)質(zhì)高強度低合金鋼板,ZHEFU在機組蝸殼上首次采用此種高強度調(diào)質(zhì)鋼板,本文對其試驗和制造工藝、質(zhì)量控制措施等進行總結(jié)介紹,希望能為同類產(chǎn)品生產(chǎn)提供參考。

        蝸殼;調(diào)質(zhì)狀態(tài);熱矯形;焊接工藝評定;無損檢查

        1 概 述

        毛爾蓋水電站位于四川省阿壩州黑水河上,是黑水河中游的龍頭水庫,是第三級的梯級電站;水輪機的主要參數(shù)如下:Hmax=260.7 m,Hr=220 m,Hmin=168.3 m,Nr=144 MW,D1=3.33 m,nr=300 r/min;蝸殼主要參數(shù)如下:進口直徑φ2 700 mm,最大壁厚40 mm,設(shè)計壓力315 m水頭。由于機組的水頭較高、出力較大,蝸殼材料選擇使用了B610CF高強度調(diào)質(zhì)鋼板的焊接結(jié)構(gòu)。表1、2為B610CF的化學(xué)成分和力學(xué)性能(寶鋼標(biāo)準(zhǔn)Q/BQB 660-2006)。

        表1 B610CF化學(xué)成份

        表2 B610CF的力學(xué)性能

        2 制作工藝及控制

        2.1 切割下料

        由于蝸殼形狀為馬蹄形的不規(guī)則形狀,展開后也為不規(guī)則形狀,故要求采用數(shù)控切割下料,其火焰切割的淬硬深度雖然很?。ù蠹s0.5 mm),對焊接質(zhì)量不會產(chǎn)生影響,但在實際制造中為確保焊接質(zhì)量我們還是采用了打磨處理的工藝措施。

        2.2 熱調(diào)型試驗

        由于B610CF鋼板是調(diào)質(zhì)狀態(tài)交貨,必須避免加熱工序?qū)︿摪鍥_擊韌性的影響,我們進行了600~650℃和800~850℃兩種溫度的熱矯型后沖擊韌性試驗。

        試驗結(jié)果表明:兩種熱矯型溫度,800~850℃才會產(chǎn)生自然收縮變形而達到熱矯型的目的,在600~650℃不發(fā)生收縮變形而起不到熱矯型的效果,經(jīng)過上述的兩種溫度調(diào)形后,在常溫下的沖擊值沒有變化,兩試件分別為256J、232J,但在-20℃低溫下的V型沖擊值見表3。

        表3 -20℃低溫下的V型沖擊值

        上述試驗結(jié)果表明,在破壞鋼板的熱處理制度后其低溫沖擊韌性將受到重大損傷。

        鑒于此結(jié)果,我們制定了詳細(xì)的壓制工藝,嚴(yán)禁采用熱矯型的工藝方案。

        2.3 壓制成型

        要求首先在中間將最遠(yuǎn)點找出,打上沖眼(見圖1);根據(jù)周長計算均分點,彈出壓型素線,素線間距不得大于150 mm,以保證壓型過程中不壓偏。

        壓制過程要求盡量不連續(xù)卷壓,如連續(xù)卷壓時連續(xù)長度不得超過150 mm。隨時監(jiān)控對準(zhǔn)素線防止跑偏,并且隨時用R樣板檢查進出口尺寸(進出口樣板長度不得小于1 500 mm)。

        單節(jié)壓制后要求進行放地樣,檢查并冷矯型,允許局部加熱至600℃以下,借助外力達到矯型的目的,但是必須得到技術(shù)部門批準(zhǔn)。

        圖1 環(huán)節(jié)斷面示意

        同時標(biāo)識出最高點和最低點,打上沖眼,見圖1。加好π形支撐。單節(jié)檢查尺寸必須滿足表4要求(表中尺寸符號示例見圖2)。

        表4 單節(jié)檢查尺寸允許偏差值

        圖2 尺寸符號示例

        再進行環(huán)節(jié)單元組裝和焊接(焊接見后):環(huán)節(jié)拼裝時,環(huán)縫、縱縫的間隙一般為2~4 mm,局部間隙≥5 mm處,其長度不超過焊縫長度的10%時,允許在坡口處作堆焊處理(但嚴(yán)禁向坡口內(nèi)填加金屬物);過流面錯牙不應(yīng)超過板厚的10%,但縱縫最大錯牙不應(yīng)大于2 mm,環(huán)縫最大錯牙不應(yīng)大于3 mm。

        2.4 預(yù)掛裝

        為保證預(yù)掛裝的準(zhǔn)確性,首先將座環(huán)進行初加工(內(nèi)圓以固定導(dǎo)葉的出水邊節(jié)圓為基準(zhǔn),高程以固定導(dǎo)葉的高度中心為基準(zhǔn)),再按下述流程掛裝:

        (1)根據(jù)地平臺、蝸殼掛裝后的尺寸,初步確定座環(huán)的中心、XY軸線方位,根據(jù)座環(huán)尺寸布置支墩位置、并將支墩與地平臺牢固固定。

        (2)座環(huán)就位。用千斤頂調(diào)整水平后加楔子板,下部板與支墩固定。座環(huán)水平調(diào)整:水準(zhǔn)儀測量已加工的座環(huán)與頂蓋把合的最高法蘭平面,周向均布測點,測點數(shù)不得少于固定導(dǎo)葉數(shù),取最高點與最低點的高程差不得大于1.5 mm。

        (3)放地樣。以座環(huán)為基準(zhǔn)放地樣。①首先放出X、Y軸線,引致蝸殼外側(cè)的平臺上,搭固定支架用手工鋸鋸出定位標(biāo)識,備拉粉線用;②劃各現(xiàn)場環(huán)縫的放射線,引致蝸殼外側(cè)的地平臺上,搭固定支架用手工鋸鋸出定位標(biāo)識,備拉粉線測量用(屬核對項目);③檢查進口周長,進口周長與相接的進水管出口周長的偏差不得大于8 mm,同時兩周長(直徑)與設(shè)計值的偏差必須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

        (4)掛裝。以+X和-X為起始,先掛裝定位節(jié)后順時針掛裝其他組合環(huán)節(jié),湊合節(jié)不參加掛裝。

        檢查按照GB/T8564-2003《水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范》中表4的要求驗收。

        3 焊接及其質(zhì)量控制

        3.1 預(yù)熱計算

        根據(jù)日本JIS和WES標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的碳當(dāng)量公式:

        焊接冷裂紋敏感性指數(shù):

        根據(jù)以上的計算可以看出,B610CF鋼板的焊接性和裂紋敏感性稍差,接近臨界點,焊接前需要預(yù)熱。

        通過上兩式計算B610CF不出現(xiàn)裂紋的最低預(yù)熱溫度約是69℃。

        Ceq—碳當(dāng)量;

        Pcm—焊接冷裂紋敏感性指數(shù);Pc—焊根冷裂指數(shù);

        To—焊接最低預(yù)熱溫度;

        t—焊接鋼板厚度;

        [H]—熔敷金屬擴散氫含量,m l/100g

        3.2 再熱裂紋敏感性指數(shù)PSR

        以上是按標(biāo)準(zhǔn)的最大質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計算的結(jié)果,可知B610CF再熱裂紋傾向很小,Q460D的再熱裂紋傾向很大。所以必須合理選擇預(yù)熱溫度和焊后熱處理的溫度范圍。

        3.3 焊接工藝評定

        對于蝸殼的焊接工藝評定,我們按照ASME標(biāo)準(zhǔn)的要求,進行一系列的焊接評定試驗:

        A.B610CF+Q460D、焊材CHW-60C,焊接后進行退火熱處理;

        B.B610CF+B610CF、焊材CHW-60C,焊接后不進行退火熱處理;

        C.B610CF+Q460D,焊材為TL-607RH,焊接后不進行退火熱處理。

        其強度和塑性試驗均滿足標(biāo)準(zhǔn)值要求,-20℃沖擊韌性也滿足標(biāo)準(zhǔn)值。

        采用四川大西洋焊接材料股份有限公司的CHW-60C焊絲進行的CO2氣體保護焊主要是根據(jù)我公司目前所使用的常規(guī)焊接方法,采用天泰焊材(昆山)有限公司的TL-607RH低氫焊條進行的手工電弧焊是專門為現(xiàn)場焊接條件而選定的焊接方法。

        A項評定適用于廠內(nèi)焊后參加座環(huán)退火項目;B項評定適用于廠內(nèi)焊接不參加退火項目;C項評定適用于電站現(xiàn)場焊接項目。

        3.4 焊 接

        3.4.1 焊接參數(shù)

        通過分析和試驗,我們得到并確定了合理的工藝參數(shù):

        (1)CO2氣體保護焊。焊前預(yù)熱溫度100~150℃,層間溫度控制在100~200℃,電流160~240 A,電壓28~34 V;焊接速度30~50 cm/min;線能量控制在8~27 kJ/cm;焊接后熱處理580±10℃。

        (2)手工電弧焊。焊前預(yù)熱溫度100~150℃,層間溫度控制100~200℃;電流120~180 A,電壓24~26 V;焊接速度18~35 cm/min;線能量控制在8~27 kJ/cm。

        3.4.2 焊接工藝

        (1)焊接前將坡口兩側(cè)50 mm范圍內(nèi)的水份、砂、銹、油污、油脂等有害雜質(zhì)清除,采用鋼絲刷、打磨、酒精或丙酮等工具材料;

        (2)正式焊接前對定位焊的檢查,保證無開裂;

        (3)焊接采用分段退步法施焊;

        (4)焊縫的返修嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行。

        4 質(zhì)量控制匯總

        (1)數(shù)控切割下料,保證尺寸精確和提高效率;

        (2)切割后打磨切割邊,以防止淬硬層對焊縫造成質(zhì)量影響;

        (3)控制卷制方法,以素線對正保證卷制不跑偏;

        (4)嚴(yán)禁采用火焰矯形,以防止影響材料力學(xué)性能;

        (5)焊接過程嚴(yán)格執(zhí)行WPS的規(guī)定;

        (6)焊縫碳弧氣刨清根后要求打磨滲碳層,再進行MT/PT確認(rèn)缺陷已清除干凈;

        (7)焊接返修控制;

        (8)焊接后無損檢查,UT按照GB/T 11345-89B II級、MT按照J(rèn)B/T6061 II級、PT按照J(rèn)B/T6062 II級驗收。

        5 結(jié) 語

        通過工藝設(shè)計和試驗總結(jié),我們得到了合理的工藝技術(shù)和質(zhì)量控制措施,并得到了我們預(yù)期的設(shè)想目標(biāo),順利完成了產(chǎn)品的制作。

        [1] 李亞江.高強鋼的焊接[J].冶金工業(yè)出版社,2010(1).

        [2] 鄒增大,李亞江,尹士科.低合金調(diào)質(zhì)高強度鋼焊接及工程應(yīng)用[J].化學(xué)工業(yè)出版社,2000(3).

        [3] GB/T8564-2003水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范[S].國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,2003(9).

        [4] ASME IX-2010焊接和釬接評定[S].中國石化出版社,2011(2).

        [5] 傅積和,孫玉林.焊接數(shù)據(jù)資料手冊[S].機械工業(yè)出版社,1994(6).

        [6] 陳裕川.低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接技術(shù)[J].機械工業(yè)出版社,2008(7).

        TK730.312

        B

        1003-9805(2015)02-0086-03

        2014-05-27

        楊本勇(1972-),山東臨朐人,從事制造工藝技術(shù),鋼結(jié)構(gòu)焊接研究工作。

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