焊接對(duì)定位筋安裝與調(diào)整的影響

劉攀 張浩 譚鋆 郭聰聰 張懿雄

摘要：定位筋托塊焊接是定位筋掛裝的關(guān)鍵，焊接質(zhì)量直接影響定位筋的各項(xiàng)參數(shù)，因此，控制定位筋托塊焊接工藝對(duì)定子鐵心的安裝具有重要意義。在葛洲壩水電站增容改造過程中，水輪發(fā)電機(jī)組定子定位筋由固定式的單鴿尾筋結(jié)構(gòu)改為浮動(dòng)式的雙鴿尾筋結(jié)構(gòu)。定位筋托塊焊接過程中，通過控制焊接方法、焊接工藝、焊接順序來降低托塊焊接對(duì)定位筋各項(xiàng)數(shù)據(jù)的影響。介紹了葛洲壩水電站機(jī)組定子定位筋結(jié)構(gòu)、定位筋焊接以及焊接變形的控制措施。

關(guān)鍵詞：定位筋托塊焊接;雙鴿尾定位筋;焊接;葛洲壩水電站

中圖法分類號(hào)：TV547

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1研究背景

在三峽水電站全面投運(yùn)以后，其在滿負(fù)荷運(yùn)行情況下的泄流量遠(yuǎn)大于葛洲壩水電站滿出力流量。為了充分利用水資源，目前正在進(jìn)行葛洲壩水輪發(fā)電機(jī)組改造增容。其中，發(fā)電機(jī)定子改造是一項(xiàng)關(guān)鍵且繁瑣的工程，定位筋托塊焊接質(zhì)量的好壞可直接影響定子鐵心的安裝精度。其焊接要求較高，技術(shù)難度較大，采用合適的焊接方法及合理的焊接順序，可以保證定位筋的安裝精度。本文根據(jù)葛洲壩水電站8號(hào)機(jī)組定子改造工作，介紹了定位筋托塊的焊接順序及方法，驗(yàn)證了該焊接工藝的可靠性，為后續(xù)的機(jī)組改造工作積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2雙鴿尾定位筋簡介

葛洲壩水電站發(fā)電機(jī)定子改造過程中，首先用螺栓將原來六瓣定子機(jī)座合縫板間隙把緊達(dá)到技術(shù)要求后，再用小鋼板在合縫板表面焊接，使得原先分瓣式的定子基座成為整圓結(jié)構(gòu)。然后，將舊定位筋拆除，并將機(jī)座環(huán)板打磨光滑。如圖1所示，葛洲壩定子機(jī)座共有4層環(huán)板，雙鴿尾定位筋通過托塊焊接在機(jī)座環(huán)板上。托塊滿焊后必須滿足如下的技術(shù)要求：定位筋絕對(duì)半徑必須滿足7789mm;相同高度相鄰的定位筋絕對(duì)半徑偏差小于0.12mm;相鄰定位筋弦距與標(biāo)準(zhǔn)弦距樣板偏差值小于0.20mm;定位筋的徑向扭斜不大于0.05mm。

3定位筋托塊焊接

定位筋的調(diào)整安裝工序?yàn)椋夯鶞?zhǔn)筋_÷大等分定位筋→小等分定位筋。132根定位筋的半徑、扭斜以及弦距均合格后進(jìn)行托塊焊接工作。定位筋托塊的兩側(cè)及背部焊接的角焊縫不小于12mm，先徑向焊接再周向焊接，最后基準(zhǔn)定位筋單獨(dú)焊接，每個(gè)角焊縫共焊接4道。焊接存在兩種順序（見圖2）。此次焊接采用的是圖2中右側(cè)的焊接順序，焊接過程中安排4名焊工均勻?qū)ΨQ分布同時(shí)焊接，定位筋托塊各環(huán)焊接順序按照“3環(huán)→1環(huán)→4環(huán)→2環(huán)或者2環(huán)→4環(huán)→1環(huán)→3環(huán)”的順序進(jìn)行。為避免定子機(jī)座環(huán)板變形，每次隔開兩個(gè)托塊進(jìn)行焊接。

某一環(huán)的4次徑向焊接后132根雙鴿尾定位筋扭斜變化趨勢見圖3。按照扭斜不超過0.05mm的技術(shù)要求，4次焊接后的不合格率分別約為3%、10%、11%、7%，相較以往20%左右的不合格率，這種焊接工藝合格率較高。132根定位筋每次徑向焊接后與前一次焊接后的半徑值對(duì)比結(jié)果見圖4。4次焊后半徑變化值分別為-0.03，0.045，0.05，-0.03mm。由圖3和圖4可以得出：4次徑向焊接中，第2，3次焊接對(duì)定位筋扭斜和絕對(duì)半徑的變化影響很大。定位筋托塊焊接變形的根本原因是托塊與機(jī)座環(huán)板的三角焊縫在冷卻過程中出現(xiàn)不可控制的變形量。因此，在焊接定位筋托塊過程中，必要的控制措施不可或缺。

由于托塊兩側(cè)角焊縫的縱向收縮，托塊也會(huì)隨之沿定子徑向方向收縮，導(dǎo)致定位筋絕對(duì)半徑值發(fā)生變化。在托塊兩側(cè)焊接完成后，處理掉不合格的托塊，并將托塊頂柱加固，再進(jìn)行托塊背部的焊接，這樣有利于將定位筋半徑控制在有效范圍內(nèi)。定位筋滿焊后132根定位筋的半徑變化趨勢見圖5.定位筋滿焊后半徑的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是7789+0.20mm，4環(huán)的定位筋絕對(duì)半徑值均在合格范圍內(nèi)。

4定位筋焊接變形的控制措施

雖然焊接過程中的變形量具有不可預(yù)見性，但是采取必要的控制措施（如焊接順序、方法等）可以有效提高合格率。

焊接中采用CO：氣體保護(hù)焊，其特點(diǎn)如下：電弧燃燒穩(wěn)定，熔深比手弧焊高2～3.8倍;焊絲熔化快，不用清理焊渣，其焊接效率比手弧焊提高2.5～4倍。焊接電流一般在200A左右，要在現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)節(jié)。

在調(diào)整定位筋的過程中，要充分利用托塊頂柱、托塊C型夾、小鋼楔等專用工具將定位筋和托塊固定在定子機(jī)座上。特別需要注意防止小鋼楔的松動(dòng)，它對(duì)定位筋的扭斜、半徑影響很大。

在定位筋安裝中必須遵循如下技術(shù)要求：①相鄰跨距同一高度弦距相差不大于0.2mm;②各弦距與標(biāo)準(zhǔn)弦距偏差絕對(duì)值不大于0.1mm;③所有定位筋的絕對(duì)半徑為78900mm;④定位筋的扭斜不大于0.05mm。只有這樣才能為焊接的變形留有一定余量。

在焊接過程中，除了遵循正常的焊接順序之外，第1道徑向焊縫均由定子機(jī)座的內(nèi)圓向外焊接，第2，3，4道徑向焊縫由外圓向內(nèi)進(jìn)行焊接。這樣可以將定位筋的半徑、扭斜值盡量控制在合格范圍內(nèi)。

在進(jìn)行托塊第1道焊接時(shí)，可以用定位筋雙頭頂柱將定位筋固定，以有效控制定位筋的弦距。待焊縫的溫度冷卻至環(huán)境溫度，再將雙頭頂柱取下。

5結(jié)論

本文基于葛洲壩水電站8號(hào)機(jī)組定子改造工作積累的經(jīng)驗(yàn)，分析了焊接工藝（順序、方法）對(duì)定位筋調(diào)整安裝的影響，結(jié)論如下。

（1）在定位筋的調(diào)整中，與焊前值相比，4環(huán)滿焊后的定位筋絕對(duì)半徑最大值為0.28mm，因此定位筋調(diào)整時(shí)必須留0.30mm左右的余量。定位筋絕對(duì)半徑在焊接前控制在778900.20mm，滿焊后的驗(yàn)收數(shù)據(jù)為7789mm。

（2）采用CO：氣體保護(hù)焊進(jìn)行定位筋托塊焊接，將定位筋數(shù)據(jù)的影響控制在可控范圍，也證實(shí)了CO：氣體保護(hù)焊在定位筋焊接工作上是可取的。

（3）定位筋托塊焊接時(shí)，焊縫焊接順序、各環(huán)板托塊焊接順序、同一環(huán)板各定位筋托塊焊接順序均十分重要，應(yīng)避免相鄰環(huán)板托塊、同一環(huán)板相鄰?fù)袎K焊縫連續(xù)焊接，一道焊縫完全冷卻后，再進(jìn)行下一道焊縫焊接。

（4）定位筋調(diào)整安裝是一項(xiàng)系統(tǒng)且繁瑣的工作，在進(jìn)行焊接之前，必須把控每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量;在焊接過程中，采取合適的控制措施，可以降低焊接變形，從而確保定位筋的各項(xiàng)數(shù)據(jù)在有效范圍內(nèi)。

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