真机转轮富氩混合气体分段新焊接方法技术

本发明专利技术涉及到一种真机转轮富氩混合气体分段新焊接工艺方法，本方法通过改变原有的焊接顺序及方向、焊层次序、以及分段及段长的控制，可有效地实现对真机转轮应力场分布状态的重新调控，从而将叶片进水边、出水边与上冠和下环的连接焊缝及其相邻的危险区域的应力降下来，甚至将拉应力转变为压应力，从而达到控制转轮开裂的目的，提高机组的使用寿命。该成果在工程上具有很高的应用价值，并具有深远的社会意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
转轮频频开裂问题已成为水电站急需解决的关键问题，引起各方面的高度重视，国内外的科研工作者对此进行了大 量的研究，并提出了一些解决转轮裂紋的方法，如多层多道焊的焊 道锤击、在下环焊缝中部安装楔子板、在下环焊缝外面增加加强板、 在下环的上下端部先焊上搭块以及焊前在上冠处装上假轴等。此外， 转轮的焊前预热，合理的焊接规范、焊接过程的消氢处理与焊后去 应力热处理，虽起一定作用，但都未能从根本上解决转轮叶片的裂 紋问题。综合分析认为导致转轮开裂的原因很多，但其中最为主 要的原因是应力过高。转轮运行过程中的应力包括工作应力和焊接 残余应力，工作应力由转轮的实际运行工矿和转轮结构所决定的， 是很难改变的，所以能有效地降低焊接残余应力，是控制转轮开裂 最为有效的措施。如图1所示，转轮结构主要包括上冠、下环及 叶片三部分，多年来，转轮开裂部位呈现一定的规律性，多数裂紋 出现在进水边和出水边与上冠和下环的连接焊缝及距离焊缝约 20 30mm区域内。如图2所示，采用原工艺焊接时，叶片焊后残余 高拉应力出现在焊缝及其附近区域，并且在叶片进水边和出水边的 熔合线及附近区域出现了峰值，使该区域成为易裂的危险部位。有效地降低该区域应力水平是解决转轮开裂问题的关键。
技术实现思路
本方法的目的是解决长期困扰电站的转轮频频开裂问题，降低叶片危险区域的焊接残余拉应力峰值，甚至达到压应 力水平，从而提高水轮机机组的效率和使用寿命。本专利技术的目的是通过以下焊接工艺方案实现的1转轮直径在 3000~7000mm内；2焊)殳顺序采取分段焊接，先焊出水边(l)、进水边(4)与上 冠下环的连接焊缝(1)、焊缝(2)焊缝(3)焊缝(4),后焊中间段(5)， 转轮出水边(l)段长控制在70 180隱，进水边(4)段长控制在 100~200mm; 3焊接方向焊接方向结合实际工矿选择叶片出水边 的焊^爻起弧于叶片的出水端(1),叶片进水边的焊革殳起弧于叶片的进 水端(4);叶片的中间焊段起弧于靠近叶片进水边(4)的一端；4叶片圆角叶片出水端与进水端的过渡圆角在进行叶片中间 焊段焊前全部完成；l)焊接方法采用富氩气C02混合气体保护焊，保护气体为 95%Ar + 5%C02; 2 )焊接规范焊接电流为200~260A、焊接电压 为22~32V、层间温度不高于150°C、预热温度10(TC ~120°C,预热 可根据实际情况，采用煤气加热或履带式电加热器加热的方法，焊道 tM^T T5nTmr37^f^施焊在焊接过程中，前面相邻依次焊 接的叶片位置应该尽量保持圆周上的对称关系；4)焊层顺序在施 焊过程中，转轮焊缝区域层的焊接顺序采用焊缝均匀填充的原则， 尽量减小转轮焊后的角变形；5)焊段顺序分段焊接，先焊两端， 后焊中间，段长根据不同机组结构及尺寸规格的不同，通过计算得 出；6)焊接方向焊接方向结合实际工矿尽可能选择叶片出水边 的焊段起弧于叶片的出水端，叶片进水边的焊段起弧于叶片的进水端；叶片的中间焊^爻起弧于靠近叶片进水边的一端；7)叶片圓角 叶片出水端与进水端的过渡圆角在进行叶片中间焊段焊前全部完 成；8)熄弧方式为了尽量减少或避免弧坑裂紋，采用衰减熄弧的 方式；9)探伤探伤主要分为两个阶段， 一是在两段焊段完成后立 刻进行，以确保此部分的焊接质量；二是在焊接完成后对中间焊段 进行着色探伤。本专利技术通过改变原有的焊接顺序及方向、焊层次序、以及分段 及段长的控制，可以实现对转轮应力场分布状态的重新调控，从而 将叶片进水边、出水边与上冠和下环的连接焊缝及其相邻的危险区 域的应力降下来，甚至将拉应力转变为压应力，从而达到控制转轮 开裂的目的，提高机组的使用寿命。本专利技术的新焊接工艺方法，已 在多台产品中得到应用，叶片危险区域的应力水平得到大幅度降低， 整体转轮的应力水平得到了良好的控制，达到了预期效果。附图说明图l为整体转轮结构图 图2为原工艺焊接顺序及方向 图3分段新工艺焊接顺序、方向及段长示意图 图4为叶片焊缝的分段编号示意图具体实施例方式本专利技术为一种1转轮 直径在3000~7000mm内；2焊段顺序如图3所示，采取分段焊接，先焊出水边l、进水 边4与上冠下环的连接焊缝1、焊缝2焊缝3焊缝4,后焊中间段 5，转轮出水边段长控制在70 180mm，进水边段长控制在100 200mm;3焊接方向焊接方向结合实际工矿选择叶片出水边的焊段起弧于 叶片的出水端(l),叶片进水边的焊,爻起弧于叶片的进水端(4);叶 片的中间焊段起弧于靠近叶片进水边(4)的 一端；4叶片圆角叶片出水端与进水端的过渡圆角在进行叶片中间 焊^度焊前全部完成；5焊接方法1)采用富氩气C02混合气体保护焊，保护气体为 95%Ar + 5%C02; 2 )焊接规范焊接电流为200~260A、焊接电压 为22 32V、层间温度不高于150°C、预热温度100。C 12(TC，预热 可根据实际情况,采用煤气加热或履带式电加热器加热的方法，焊道 宽度不大于15mm; 3)对称施焊在焊接过程中，前面相邻依次焊 接的叶片位置应该尽量保持圓周上的对称关系；4)焊层顺序在施 焊过程中，转轮焊缝区域层的焊接顺序采用焊缝均匀填充的原则， 尽量减小转轮焊后的角变形；5)焊段顺序分段焊接，先焊两端， 后焊中间，段长根据不同机组结构及尺寸规格的不同，通过计算得 出；6)焊接方向焊接方向结合实际工矿尽可能选择叶片出水边 的焊段起弧于叶片的出水端，叶片进水边的焊段起弧于叶片的进水 端；叶片的中间焊段起弧于靠近叶片进水边的一端；7)叶片圆角 叶片出水端与进水端的过渡圆角在进行叶片中间焊段焊前全部完 成；8)熄弧方式为了尽量减少或避免弧坑裂紋，采用衰减熄弧的 方式；9)探伤探伤主要分为两个阶段， 一是在两段焊段完成后立 刻进行，以确保此部分的焊接质量；二是在焊接完成后对中间焊段 进行着色探伤。真机转轮主要包括上冠6、下环7及若干连接在上冠与下环间 的曲面叶片8,如图1所示。转轮高压侧(水流径向流入)为叶片进 水边，转轮^[氐压側(水流轴向流出)为叶片出水边。如图4所示，其中CF表示上冠的正面，CB表示上冠的背面，BF 表示下环的正面，BB表示下环的背面。例如BB-1-2-l表示对叶片1 的叶片背面与下环之间的焊缝进行焊接，其中焊接部位是叶片进水 边焊段2的第1层；CI-l-4表示对上冠与叶片之间叶片进水边的过 渡圓角进行焊接。如图4所示，由于在转轮的多层焊中，每层的焊接方案是一样 的，因此这里只给出了焊缝第一层的焊接方案。具体过程l)上冠 工作面与叶片的连接焊缝施焊；2)反面清根，打磨，PT探伤，探 伤合格后焊接；3)叶片与下环连接焊缝；4)翻身；5)叶片与下环 焊缝反面清根，PT合格后焊接；6)中间过程的UT探，合格后正面 填满及圆角过渡；7)翻身；8)叶片上冠正背面焊接，圆角过渡， 下环与叶片背面焊缝焊接。权利要求1. 一种，其特征是1转轮直径在3000～7000mm内；2焊段顺序采取分段焊接，先焊出水边(1)、进水边(4)与上冠下环的连接焊缝(1)、焊缝(2)焊缝(3)焊缝(4)，后焊中间段(5)，转轮出水边段长控制在70～180mm，进水边段长控制在100～200mm；3焊接方向焊接方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真机转轮富氩混合气体分段新焊接方法，其特征是：１转轮直径在３０００～７０００ｍｍ内；２焊段顺序：采取分段焊接，先焊出水边（１）、进水边（４）与上冠下环的连接焊缝（１）、焊缝（２）焊缝（３）焊缝（４），后焊中间段（５），转轮出水边段长控制在７０～１８０ｍｍ，进水边段长控制在１００～２００ｍｍ；３焊接方向：焊接方向结合实际工矿选择叶片出水边的焊段起弧于叶片的出水端（１），叶片进水边的焊段起弧于叶片的进水端（４）；叶片的中间焊段起弧于靠近叶片进水边（４）的一端；４叶片圆角：叶片出水端与进水端的过渡圆角在进行叶片中间焊段焊前全部完成；５焊接方法：１）采用富氩气ＣＯ↓［２］混合气体保护焊，保护气体为９５％Ａｒ＋５％ＣＯ↓［２］；２）焊接规范：焊接电流为２００～２６０Ａ、焊接电压为２２～３２Ｖ、层间温度不高于１５０℃、预热温度１００℃～１２０℃，预热可根据实际情况，采用煤气加热或履带式电加热器加热的方法，焊道宽度不大于１５ｍｍ；３）对称施焊：在焊接过程中，前面相邻依次焊接的叶片位置应该尽量保持圆周上的对称关系；４）焊层顺序：在施焊过程中，转轮焊缝区域层的焊接顺序采用焊缝均匀填充的原则，尽量减小转轮焊后的角变形；５）焊段顺序：分段焊接，先焊两端，后焊中间，段长根据不同机组结构及尺寸规格的不同，通过计算得出；６）焊接方向：焊接方向结合实际工矿尽可能选择叶片出水边的焊段起弧于叶片的出水端，叶片进水边的焊段起弧于叶片的进水端；叶片的中间焊段起弧于靠近叶片进水边的一端；７）叶片圆角：叶片出水端与进水端的过渡圆角在进行叶片中间焊段焊前全部完成；８）熄弧方式：为了尽量减少或避免弧坑裂纹，采用衰减熄弧的方式；９）探伤：探伤主要分为两个阶段，一是在两段焊段完成后立刻进行，以确保此部分的焊接质量；二是在焊接完成后对中间焊段进行着色探伤。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李雅范，过洁，薛伟，覃大清，李卫东，陶星明，吴英，李滨，
申请(专利权)人：哈尔滨电机厂有限责任公司，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]