摘要:本文根据多年经验,结合国内外机组相关资料,阐述水轮机主要焊接部件结构变形的主要种类,介绍焊接变形的火焰矫形的施工方法。
关键词:水轮机;火焰矫形;焊接变形
目前,大型水轮机部件已经大量的采用焊接结构。而水轮机主要焊接部件是由座环、顶盖、底环等部件组成。这些构件在制作过程中都存在焊接变形问题,如果焊接变形不予以矫正,则不仅影响结构整体安装,还会降低工程的安全可靠性。
焊接水轮机部件产生的变形超过技术设计允许变形范围,应设法进行矫正,使其达到符合产品质量要求。实践证明,多数变形的构件是可以矫正的。矫正的方法都是设法造成新的变形来达到抵消已经发生的变形。
在生产过程中普遍应用的矫正方法,主要有机械矫正、火焰矫正和综合矫正。但火焰矫正是一门较难操作的工作,方法掌握、温度控制不当还会造成构件新的更大变形。因此,火焰矫正要有丰富的实践经验。本文对水轮机部件焊接变形的种类、矫正方法作了一个粗略的分析。
1 水轮机部件焊接变形的种类与火焰矫正
水轮机部件的主要构件是焊接H型结构(如座环)、箱体结构(如顶盖,底环)、支撑结构。焊接变形经常采用以下三种火焰矫正方法:(1)线状加热法;(2)点状加热法;(3)三角形加热法。下面介绍解决不同部位的施工方法。
以下为火焰矫正时的加热温度(材质为低碳钢)
低温矫正 500度～600度 冷却方式:水
中温矫正 600度～700度 冷却方式:空气和水
高温矫正 700度～800度 冷却方式:空气
注意事项:火焰矫正时加热温度不宜过高,过高会引起金属变脆、影响冲击韧性。16Mn在高温矫正时不可用水冷却,包括厚度或淬硬倾向较大的钢材。
1.1座环环板及顶盖、底环盖板的上拱与下挠及弯曲
一、在座环环板及顶盖、底环盖板上,对着纵向焊缝,由中间向两端作线状加热,即可矫正弯曲变形。为避免产生弯曲和扭曲变形,两条加热带要同步进行。可采取低温矫正或中温矫正法。这种方法有利于减少焊接内应力,但这种方法在纵向收缩的同时有较大的横向收缩,较难掌握。
二、座环环板及顶盖、底环盖板上作线状加热,在固定导叶或肋板上作三角形加热。用这种方法矫正座环环板及顶盖、底环盖板的弯曲变形,效果显著,横向线状加热宽度一般取20—90mm,板厚小时,加热宽度要窄一些,加热过程应由宽度中间向两边扩展。线状加热最好由两人同时操作进行,再分别加热三角形三角形的宽度不应超过板厚的2倍,三角形的底与对应的翼板上线状加热宽度相等。加热三角形从顶部开始,然后从中心向两侧扩展,一层层加热直到三角形的底为止。加热固定导叶或肋板时温度不能太高,否则造成凹陷变形,很难修复。
1.2座环环板及顶盖、底环盖板的波浪变形
矫正波浪变形首先要找出凸起的波峰,用圆点加热法矫正。加热圆点的直径一般为50～90mm,当钢板厚度或波浪形面积较大时直径也应放大,可按d=(4δ+10)mm(d为加热点直径;δ为板厚)计算得出值加热。烤嘴从波峰起作螺旋形移动,采用中温矫正。当温度达到600～700度时,将手锤放在加热区边缘处,再用大锤击手锤,使加热区金属受挤压,冷却收缩后被拉平。矫正时应避免产生过大的收缩应力。矫完一个圆点后再进行加热第二个波峰点,方法同上。为加快冷却速度,可对Q235钢材进行加水冷却。这种矫正方法属于点状加热法,加热点的分布可呈梅花形或链式密点形。注意温度不要超过750度。
1.3支撑结构的角变形
矫正支撑结构角变形。在筋板的上面(对准焊缝外)纵向线状加热(加热温度控制在650度以下),注意加热范围不超过两焊脚所控制的范围。线状加热时要注意:(1)不应在同一位置反复加热;(2)加热过程中不要进行浇水。这两点是火焰矫正一般原则。
2 结语
火焰矫正引起的应力与焊接内应力一样都是内应力。不恰当的矫正产生的内应力与焊接内应力和负载应力迭加,会使部件的纵应力超过允许应力,从而导致承载安全系数的降低。因此在水轮机部件制造中一定要慎重,尽量采用合理的工艺措施以减少变形,矫正时尽量可能采用机械矫正。当不得不采用火焰矫正时应注意以下几点:
1、烤火位置不得在环板或盖板最大应力截面附近;
2、矫正处烤火面积在一个截面上不得过大,要多选几个截面;
3、宜用点状加热方式,以改善加热区的应力状态;
4、加热温度最好不超过700度。
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