毛爾蓋機(jī)組調(diào)質(zhì)高強(qiáng)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(jī)組調(diào)質(zhì)高強(qiáng)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(jī)組蝸殼采用的是寶鋼生產(chǎn)的B610CF調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度低合金鋼板，ZHEFU在機(jī)組蝸殼上首次采用此種高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板，本文對(duì)其試驗(yàn)和制造工藝、質(zhì)量控制措施等進(jìn)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(píng)定；無(wú)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(kù)，是第三級(jí)的梯級(jí)電站；水輪機(jī)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(jìn)口直徑φ2 700 mm，最大壁厚40 mm，設(shè)計(jì)壓力315 m水頭。由于機(jī)組的水頭較高、出力較大，蝸殼材料選擇使用了B610CF高強(qiáng)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薄（大約0.5 mm），對(duì)焊接質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生影響，但在實(shí)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(yàn)

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(jìn)行了600～650℃和800～850℃兩種溫度的熱矯型后沖擊韌性試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明：兩種熱矯型溫度，800～850℃才會(huì)產(chǎn)生自然收縮變形而達(dá)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(guò)上述的兩種溫度調(diào)形后，在常溫下的沖擊值沒(méi)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(yàn)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(diǎn)找出，打上沖眼（見圖1）；根據(jù)周長(zhǎng)計(jì)算均分點(diǎn)，彈出壓型素線，素線間距不得大于150 mm，以保證壓型過(guò)程中不壓偏。

壓制過(guò)程要求盡量不連續(xù)卷壓，如連續(xù)卷壓時(shí)連續(xù)長(zhǎng)度不得超過(guò)150 mm。隨時(shí)監(jiān)控對(duì)準(zhǔn)素線防止跑偏，并且隨時(shí)用R樣板檢查進(jìn)出口尺寸（進(jìn)出口樣板長(zhǎng)度不得小于1 500 mm）。

單節(jié)壓制后要求進(jìn)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(dá)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(shí)標(biāo)識(shí)出最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，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(hào)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(hào)示例

再進(jìn)行環(huán)節(jié)單元組裝和焊接（焊接見后）：環(huán)節(jié)拼裝時(shí)，環(huán)縫、縱縫的間隙一般為2～4 mm，局部間隙≥5 mm處，其長(zhǎng)度不超過(guò)焊縫長(zhǎng)度的10%時(shí)，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(guò)流面錯(cuò)牙不應(yīng)超過(guò)板厚的10%，但縱縫最大錯(cuò)牙不應(yīng)大于2 mm，環(huán)縫最大錯(cuò)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(jìn)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(tái)、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(tái)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(cè)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(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)數(shù)不得少于固定導(dǎo)葉數(shù)，取最高點(diǎn)與最低點(diǎn)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(tái)上，搭固定支架用手工鋸鋸出定位標(biāo)識(shí)，備拉粉線用；②劃各現(xiàn)場(chǎng)環(huán)縫的放射線，引致蝸殼外側(cè)的地平臺(tái)上，搭固定支架用手工鋸鋸出定位標(biāo)識(shí)，備拉粉線測(cè)量用（屬核對(duì)項(xiàng)目）；③檢查進(jìn)口周長(zhǎng)，進(jìn)口周長(zhǎng)與相接的進(jìn)水管出口周長(zhǎng)的偏差不得大于8 mm，同時(shí)兩周長(zhǎng)（直徑）與設(shè)計(jì)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(shí)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(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》中表4的要求驗(yàn)收。

3 焊接及其質(zhì)量控制

3.1 預(yù)熱計(jì)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(jì)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(diǎn)，焊接前需要預(yù)熱。

通過(guò)上兩式計(jì)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(kuò)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(jì)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(píng)定

對(duì)于蝸殼的焊接工藝評(píng)定，我們按照ASME標(biāo)準(zhǔn)的要求，進(jìn)行一系列的焊接評(píng)定試驗(yàn)：

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

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

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

其強(qiáng)度和塑性試驗(yàn)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(jìn)行的CO2氣體保護(hù)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(jìn)行的手工電弧焊是專門為現(xiàn)場(chǎng)焊接條件而選定的焊接方法。

A項(xiàng)評(píng)定適用于廠內(nèi)焊后參加座環(huán)退火項(xiàng)目；B項(xiàng)評(píng)定適用于廠內(nèi)焊接不參加退火項(xiàng)目；C項(xiàng)評(píng)定適用于電站現(xiàn)場(chǎng)焊接項(xiàng)目。

3.4 焊 接

3.4.1 焊接參數(shù)

通過(guò)分析和試驗(yàn)，我們得到并確定了合理的工藝參數(shù)：

（1）CO2氣體保護(hù)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(duì)定位焊的檢查，保證無(wú)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(duì)焊縫造成質(zhì)量影響；

（3）控制卷制方法，以素線對(duì)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(guò)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(jìn)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(wú)損檢查，UT按照GB／T 11345－89B II級(jí)、MT按照J(rèn)B／T6061 II級(jí)、PT按照J(rèn)B／T6062 II級(jí)驗(yàn)收。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)工藝設(shè)計(jì)和試驗(yàn)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范［S］.國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2003（9）.

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

［5］ 傅積和，孫玉林.焊接數(shù)據(jù)資料手冊(cè)［S］.機(jī)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(jī)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。