一種汽輪發(fā)電機定子水接頭真空釬焊工藝研究

雷居春

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

定子水接頭是水冷型汽輪發(fā)電機定子中常用的通水部件，通常由不銹鋼接頭嵌入銅接頭中釬焊而成。由于該部件在機組運行過程中需要連通水路并承受一定的水壓，故接頭的釬焊質(zhì)量要求非常高。

原有的汽輪發(fā)電機定子水接頭焊接方法為摩擦焊，由于摩擦焊的原材料預(yù)留量大、生產(chǎn)效率低以及焊后只能通過抽檢抗拉強度對焊接質(zhì)量進行檢驗，存在一定的質(zhì)量風險等問題，因此選擇一種更為合理的焊接工藝方法來進行定子水接頭的制造顯得尤為重要。

本文針對一種汽輪發(fā)電機定子水接頭的真空釬焊工藝進行了研究。真空釬焊是將預(yù)置釬料的工件放置于真空釬焊爐中，在一定的真空度下對工件進行整體加熱并實現(xiàn)釬焊的一種釬焊工藝方法。真空釬焊與其它釬焊方法相比，具有顯著的優(yōu)越性：真空釬焊爐加熱均勻，焊件變形小，并且無氧化及污染；不使用釬劑，避免了氣孔、夾雜等缺陷，并節(jié)省了焊后清洗釬劑的工序；可以一次釬焊多道焊縫或多個焊件，質(zhì)量穩(wěn)定且效率很高[1]。

1 釬焊接頭形式設(shè)計

采用摩擦焊時，不銹鋼圓柱和紫銅圓柱經(jīng)過摩擦生熱頂端焊合在一起，焊前兩部分焊接面為平面對接即可。改為真空釬焊后，需將接頭形式改為嵌接結(jié)構(gòu)，即在銅接頭上開孔，并將不銹鋼接頭嵌入孔內(nèi)，嵌入深度為10 mm，調(diào)整后的接頭形式如圖1所示。嵌接接頭釬焊面積大，裝配精度高，能夠保證接頭強度和密封性。需要注意的是，不銹鋼接頭上須預(yù)先加工通孔作為真空釬焊時的排氣通道，促進熔化釬料的流動，減少釬焊缺陷。

圖1 調(diào)整后的水接頭結(jié)構(gòu)

2 釬焊材料的選用

2.1 試驗釬料的選擇

不銹鋼水接頭和銅接頭的材質(zhì)分別為06Cr19Ni10和T2，針對這兩種異種材料的真空釬焊，我們選取了兩種牌號的釬料進行試驗，分別是銀基釬料BAg72Cu和鎳基釬料BNi-2，兩種釬料的化學成分見表1。

2.2 兩種釬料試驗對比

選用與產(chǎn)品件比例1∶1的試驗件進行釬焊試驗，試驗在真空釬焊爐內(nèi)進行，所用溫度曲線如圖2、圖3所示。

表1 釬料的化學成分典型值[1] (wt%)

圖2 BAg72Cu真空釬焊工藝曲線

圖3 BNi-2真空釬焊工藝曲線

試驗表明，兩種釬焊材料都能實現(xiàn)定子水接頭的真空釬焊，但在工藝過程上略有不同，具體對比如表2所示。

2.3 釬焊材料的確定

由于釬焊溫度差異明顯，采用BNi-2釬料的試驗件母材焊后晶粒長大明顯，而采用BAg72Cu釬料的試驗件母材晶粒無明顯變化，晶粒過度粗大會對后續(xù)超聲波探傷產(chǎn)生一定影響；且焊后母材屈服強度、疲勞強度BAg72Cu釬料均優(yōu)于BNi-2釬料。

綜上，從產(chǎn)品質(zhì)量方面考慮，選擇釬料BAg72Cu為該定子水接頭的釬焊材料。

表2 BAg72Cu與BNi-2釬焊試驗結(jié)果對比

3 定子水接頭真空釬焊工藝過程

3.1 焊前處理

(1)真空釬焊前需要對不銹鋼接頭釬焊部位實施電鍍鎳，如圖4所示，鍍鎳層厚度為2～6 μm。

(2)對于鍍鎳后的不銹鋼接頭，用丙酮對接頭釬焊面進行脫脂，放置在干凈的白紗布上待用。

(3)對于銅接頭，用砂紙或百潔布去除孔內(nèi)壁及上臺面上的氧化物，并用丙酮進行脫脂，確保干凈無油污，放置在干凈的白紗布上待用。

3.2 接頭裝配

圖4 不銹鋼接頭鍍鎳范圍示意圖

(1)將不銹鋼接頭插入銅接頭進行試配，須確保兩者裝配間隙符合要求。

(2)如圖5所示，在不銹鋼接頭外周套入焊絲環(huán)，焊絲環(huán)接口需錯開，焊絲環(huán)須與不銹鋼接頭緊密貼合。

圖5 水接頭裝配示意圖

(3)將裝配好的水接頭工件擺放到支架上，并推入真空釬焊爐爐膛，如圖6所示。

圖6 水接頭裝入真空釬焊爐

3.3 真空釬焊

按圖2所示工藝曲線進行真空釬焊，隨爐冷卻至200 ℃，通入氮氣冷卻；爐溫降至30 ℃后，方可取出工件，焊后的水接頭如圖7所示。

圖7 真空釬焊后的水接頭

3.4 焊后檢查

(1)對水接頭進行外觀檢查，要求工件外觀光潔、顏色均勻，焊縫飽滿，無裂紋、氣孔。

(2)對焊縫進行超聲波探傷，要求接頭釬透率達到95%以上。

4 結(jié)論

(1)試驗研究表明，該型號汽輪發(fā)電機定子水接頭制造方式可由摩擦焊改為真空釬焊。

(2)通過對兩種釬料進行工藝試驗對比，選擇出了合適的焊接材料為BAg72Cu。

(3)采用真空釬焊的定子水接頭已在多臺機組上成功應(yīng)用，接頭的焊后超聲波探傷合格率在98%以上，電廠的安全運營表明該工藝方案是安全可靠的。