張棟 馬林梅 胥文彪

中核工程咨詢有限公司天津分公司 天津 300450

火電及核電工程建設(shè)中，不同規(guī)格的凝汽器與汽缸焊接連接由于焊接變形控制不當(dāng)而導(dǎo)致安裝尺寸超標(biāo)及整體變形，造成汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)各構(gòu)件載荷分配不均而嚴(yán)重影響汽輪機(jī)組的正常、安全運(yùn)行。為此對(duì)華龍一號(hào)某機(jī)組低壓缸與凝汽器喉部連接的施工過程中焊接變形進(jìn)行焊接工藝優(yōu)化，有效的控制了焊接變形，保證了安裝質(zhì)量[1]。

核電650MW 核電汽輪機(jī)是由哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司自主設(shè)計(jì)、制造的額定功率為650MW 級(jí)、3000r/min，單軸、中間再熱四缸六排汽凝汽式汽輪機(jī)，該機(jī)有一個(gè)高壓缸與三個(gè)低壓缸組成。

1 低壓缸與凝汽器連接現(xiàn)場(chǎng)焊接存在的問題

低壓缸外缸與凝汽器連接為單邊V 型45°坡口，低壓缸外缸厚度30 mm，凝汽器喉部補(bǔ)償節(jié)板條寬度70 mm。低壓缸和凝汽器喉部補(bǔ)償節(jié)板材質(zhì)Q235-A.F。

單臺(tái)主要工作量：焊縫厚度30，焊縫兩側(cè)母材材質(zhì)為Q235-A.F，焊縫長(zhǎng)度（6670 mm+7760 mm）×2。

由于低壓缸安裝尺寸大、結(jié)構(gòu)整體剛度較小、焊縫填充量較大、所有焊縫均為單邊∨形接頭，因有較大的坡口及裝配間隙不一致性，而產(chǎn)生較大的焊接變形傾向。

焊接變形原因分析：

在B 缸與凝汽器連接過程中，主要引起焊接變形的原因如下所述：①采用焊條電弧焊，熱入量高，同時(shí)連接板厚，其受熱面積大，產(chǎn)生了較大的焊接收縮量；②焊縫間隙大，單面坡口，焊縫填充量大，產(chǎn)生較大的焊接變形傾向；③低壓缸與凝汽器連接的設(shè)計(jì)是剛性方式的單面破口焊接，局限于施工空間，不能通過雙面焊接進(jìn)行抵消。

2 焊接工藝變形控制

2.1 焊接變形控制措施

針對(duì)上述變形產(chǎn)生原因根據(jù)焊縫結(jié)構(gòu)和可能產(chǎn)生的變形，對(duì)低壓缸B 缸采用如下措施控制：

（1）減小低壓缸與喉部膨脹節(jié)組對(duì)間隙。為降低焊縫拘束度，根據(jù)預(yù)計(jì)的焊縫橫向收縮量，并在保證根部焊透的情況下，適當(dāng)減小坡口組對(duì)間隙，減少焊縫填充量，從而減小焊縫收縮量。

（2）分段跳焊。為避免熱輸入集中于某一區(qū)域，將待焊位置合理分段，并間隔、交錯(cuò)施焊。

（3）對(duì)稱焊接。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)稱分布焊工，并同時(shí)施焊，使焊接變形量均勻分布，避免應(yīng)力大部分集中于某一區(qū)域[2]。

2.2 焊接過程控制

2.2.1 焊前準(zhǔn)備檢查

（1）低壓缸外缸與凝汽器膨脹節(jié)組對(duì)前，在凝汽器膨脹節(jié)端板上進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)焊至組組對(duì)間隙為約2 mm（理論值為3 mm）。

補(bǔ)焊焊接嚴(yán)格按照補(bǔ)焊工藝卡執(zhí)行，注意按圖分區(qū)進(jìn)行焊接，每焊一層進(jìn)行焊縫錘擊，減小焊接內(nèi)應(yīng)力。

（2）凝汽器應(yīng)處于自由狀態(tài)，不應(yīng)有歪扭和偏斜，或受到其它物體的障礙。

（3）連接焊縫每500mm 點(diǎn)焊一個(gè)30-50mm 定位點(diǎn)。

（4）對(duì)低壓缸與凝汽器連接焊焊縫進(jìn)行分區(qū)，如圖1。

2.2.2 焊接

（1）焊工根據(jù)圖1 焊接順序進(jìn)行施焊，嚴(yán)格依照焊接工藝卡選取電流參數(shù)施焊。

圖1 低壓缸與凝汽器連接焊分區(qū)圖

（2）在焊接過程中，使用百分表進(jìn)行焊接變形過程監(jiān)測(cè)，變形數(shù)值大于0.10mm，焊工立刻停止施焊，待冷卻恢復(fù)正常后繼續(xù)焊接[3]。

2.2.3 焊后變形量檢查

由于低壓內(nèi)缸直接安裝在平臺(tái)上，而低壓外缸安裝在凝汽器上，與低壓內(nèi)缸不直接接觸，故以低壓外上缸為基準(zhǔn)測(cè)量變形，測(cè)量點(diǎn)為低壓外上缸和低壓外下缸密封法蘭上0°、90°、180°、270°四個(gè)點(diǎn)，單體缸共16 個(gè)百分表監(jiān)測(cè)。如圖2 所示。

圖2 低壓缸與凝汽器焊接百分表布置圖

對(duì)施工單位記錄的低壓B 缸16 塊百分表監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行合理處理，發(fā)現(xiàn)焊后變形量還是很大的，各百分表監(jiān)控方向如下：

百分表1、4、7、10、13、15 監(jiān)控低壓缸橫向變形量；

百分表6、9、16 監(jiān)控低壓缸電側(cè)變形量；

百分表3、12、14 監(jiān)控低壓缸調(diào)側(cè)變形量；

百分表2、5、監(jiān)控低壓缸左側(cè)變形量；

百分表8、11 監(jiān)控低壓缸右側(cè)變形量；

3 焊接工藝優(yōu)化

同時(shí)還可以根據(jù)實(shí)際情況采取更改焊材規(guī)格、改變點(diǎn)固方式、分段退焊、避免應(yīng)力集中、焊接變形監(jiān)測(cè)等工藝優(yōu)化措施。

表1 低壓B 缸焊后變形量 （單位：mm）

4 結(jié)語

對(duì)于核電大型焊接結(jié)構(gòu)件的焊接，采用合理的工藝控制可大幅減小低壓外缸的焊接變形，確保其滿足產(chǎn)品安裝要求。合理分段、對(duì)稱焊接有利于低壓外缸整體變形量沿接口周向均勻分布。控制焊接變形的方法很多，但必須客觀、詳細(xì)地對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，然后找出有針對(duì)性的并行之有效的方法加以科學(xué)運(yùn)用，方能達(dá)到有效控制焊接變形的目的。