雷居春

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

定子水接頭是水冷型汽輪發(fā)電機(jī)定子中常用的通水部件，通常由不銹鋼接頭嵌入銅接頭中釬焊而成。由于該部件在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中需要連通水路并承受一定的水壓，故接頭的釬焊質(zhì)量要求非常高。

原有的汽輪發(fā)電機(jī)定子水接頭焊接方法為摩擦焊，由于摩擦焊的原材料預(yù)留量大、生產(chǎn)效率低以及焊后只能通過(guò)抽檢抗拉強(qiáng)度對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，存在一定的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題，因此選擇一種更為合理的焊接工藝方法來(lái)進(jìn)行定子水接頭的制造顯得尤為重要。

本文針對(duì)一種汽輪發(fā)電機(jī)定子水接頭的真空釬焊工藝進(jìn)行了研究。真空釬焊是將預(yù)置釬料的工件放置于真空釬焊爐中，在一定的真空度下對(duì)工件進(jìn)行整體加熱并實(shí)現(xiàn)釬焊的一種釬焊工藝方法。真空釬焊與其它釬焊方法相比，具有顯著的優(yōu)越性：真空釬焊爐加熱均勻，焊件變形小，并且無(wú)氧化及污染；不使用釬劑，避免了氣孔、夾雜等缺陷，并節(jié)省了焊后清洗釬劑的工序；可以一次釬焊多道焊縫或多個(gè)焊件，質(zhì)量穩(wěn)定且效率很高[1]。

1 釬焊接頭形式設(shè)計(jì)

采用摩擦焊時(shí)，不銹鋼圓柱和紫銅圓柱經(jīng)過(guò)摩擦生熱頂端焊合在一起，焊前兩部分焊接面為平面對(duì)接即可。改為真空釬焊后，需將接頭形式改為嵌接結(jié)構(gòu)，即在銅接頭上開孔，并將不銹鋼接頭嵌入孔內(nèi)，嵌入深度為10 mm，調(diào)整后的接頭形式如圖1所示。嵌接接頭釬焊面積大，裝配精度高，能夠保證接頭強(qiáng)度和密封性。需要注意的是，不銹鋼接頭上須預(yù)先加工通孔作為真空釬焊時(shí)的排氣通道，促進(jìn)熔化釬料的流動(dòng)，減少釬焊缺陷。

圖1 調(diào)整后的水接頭結(jié)構(gòu)

2 釬焊材料的選用

2.1 試驗(yàn)釬料的選擇

不銹鋼水接頭和銅接頭的材質(zhì)分別為06Cr19Ni10和T2，針對(duì)這兩種異種材料的真空釬焊，我們選取了兩種牌號(hào)的釬料進(jìn)行試驗(yàn)，分別是銀基釬料BAg72Cu和鎳基釬料BNi-2，兩種釬料的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

2.2 兩種釬料試驗(yàn)對(duì)比

選用與產(chǎn)品件比例1∶1的試驗(yàn)件進(jìn)行釬焊試驗(yàn)，試驗(yàn)在真空釬焊爐內(nèi)進(jìn)行，所用溫度曲線如圖2、圖3所示。

表1 釬料的化學(xué)成分典型值[1] (wt%)

圖2 BAg72Cu真空釬焊工藝曲線

圖3 BNi-2真空釬焊工藝曲線

試驗(yàn)表明，兩種釬焊材料都能實(shí)現(xiàn)定子水接頭的真空釬焊，但在工藝過(guò)程上略有不同，具體對(duì)比如表2所示。

2.3 釬焊材料的確定

由于釬焊溫度差異明顯，采用BNi-2釬料的試驗(yàn)件母材焊后晶粒長(zhǎng)大明顯，而采用BAg72Cu釬料的試驗(yàn)件母材晶粒無(wú)明顯變化，晶粒過(guò)度粗大會(huì)對(duì)后續(xù)超聲波探傷產(chǎn)生一定影響；且焊后母材屈服強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度BAg72Cu釬料均優(yōu)于BNi-2釬料。

綜上，從產(chǎn)品質(zhì)量方面考慮，選擇釬料BAg72Cu為該定子水接頭的釬焊材料。

表2 BAg72Cu與BNi-2釬焊試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

3 定子水接頭真空釬焊工藝過(guò)程

3.1 焊前處理

(1)真空釬焊前需要對(duì)不銹鋼接頭釬焊部位實(shí)施電鍍鎳，如圖4所示，鍍鎳層厚度為2～6 μm。

(2)對(duì)于鍍鎳后的不銹鋼接頭，用丙酮對(duì)接頭釬焊面進(jìn)行脫脂，放置在干凈的白紗布上待用。

(3)對(duì)于銅接頭，用砂紙或百潔布去除孔內(nèi)壁及上臺(tái)面上的氧化物，并用丙酮進(jìn)行脫脂，確保干凈無(wú)油污，放置在干凈的白紗布上待用。

3.2 接頭裝配

圖4 不銹鋼接頭鍍鎳范圍示意圖

(1)將不銹鋼接頭插入銅接頭進(jìn)行試配，須確保兩者裝配間隙符合要求。

(2)如圖5所示，在不銹鋼接頭外周套入焊絲環(huán)，焊絲環(huán)接口需錯(cuò)開，焊絲環(huán)須與不銹鋼接頭緊密貼合。

圖5 水接頭裝配示意圖

(3)將裝配好的水接頭工件擺放到支架上，并推入真空釬焊爐爐膛，如圖6所示。

圖6 水接頭裝入真空釬焊爐

3.3 真空釬焊

按圖2所示工藝曲線進(jìn)行真空釬焊，隨爐冷卻至200 ℃，通入氮?dú)饫鋮s；爐溫降至30 ℃后，方可取出工件，焊后的水接頭如圖7所示。

圖7 真空釬焊后的水接頭

3.4 焊后檢查

(1)對(duì)水接頭進(jìn)行外觀檢查，要求工件外觀光潔、顏色均勻，焊縫飽滿，無(wú)裂紋、氣孔。

(2)對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波探傷，要求接頭釬透率達(dá)到95%以上。

4 結(jié)論

(1)試驗(yàn)研究表明，該型號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)定子水接頭制造方式可由摩擦焊改為真空釬焊。

(2)通過(guò)對(duì)兩種釬料進(jìn)行工藝試驗(yàn)對(duì)比，選擇出了合適的焊接材料為BAg72Cu。

(3)采用真空釬焊的定子水接頭已在多臺(tái)機(jī)組上成功應(yīng)用，接頭的焊后超聲波探傷合格率在98%以上，電廠的安全運(yùn)營(yíng)表明該工藝方案是安全可靠的。