提高60萬(wàn)kW汽輪發(fā)電機(jī)定子釬焊質(zhì)量的工藝概述

汪 生

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040)

0 引言

哈電公司制造的60萬(wàn)kW水氫冷汽輪發(fā)電機(jī)技術(shù)轉(zhuǎn)化自美國(guó)西屋公司。逐步國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中，也遇到了許多問(wèn)題。近些年一些電站，例如霍林河坑口電廠、江蘇呂四港電廠等，在運(yùn)行過(guò)程中曾發(fā)生釬焊接頭燒熔現(xiàn)象，給電廠帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失。定子線圈作為發(fā)電機(jī)的核心部件，其接頭釬焊質(zhì)量影響著發(fā)電機(jī)的使用壽命以及運(yùn)行安全。本文針對(duì)定子制造過(guò)程中涉及的釬焊接頭工藝優(yōu)化、質(zhì)量提升進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

1 定子線圈釬焊工藝介紹

1．1 定子線圈端部釬焊結(jié)構(gòu)

發(fā)電機(jī)定子線圈釬焊接頭包含水盒蓋、連接線、L形連接件，見(jiàn)圖1。其中水盒蓋是由銅件與不銹鋼水接頭真空釬焊制成，上、下層線圈連接是依靠連接股線與L形連接件把合、釬焊。整組釬焊接頭的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相關(guān)工序繁多，每個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致焊后探傷合格率低，影響接頭可靠性。

圖1 釬焊接頭結(jié)構(gòu)示意圖

1．2 傳統(tǒng)釬焊工藝流程

首先在線圈分廠將水盒蓋與不銹鋼水接頭采用真空釬焊的方式連接，釬焊材料采用Ni基釬料BNi82CrSiBFe，膏裝釬料，焊后進(jìn)行超聲波探傷，探傷標(biāo)準(zhǔn)采用廠標(biāo)0EA.686.327。然后將水盒蓋釬焊到定子線圈上，最后在水盒蓋表面鍍錫。線圈轉(zhuǎn)至汽發(fā)分廠，上、下層線圈嵌入定子鐵心。將連接線采用火焰加熱的方式進(jìn)行退火軟化，外委酸洗后返廠鍍錫。將鍍錫后的L件以及連接線裝配完后，采用感應(yīng)加熱的方式釬焊上、下層線圈，釬焊材料采用錫鉛釬料S-Sn50Pb，規(guī)格φ5.0 mm藥芯焊絲。最后對(duì)釬焊接頭進(jìn)行超聲波探傷，探傷標(biāo)準(zhǔn)采用廠標(biāo)0EA.686.329。

1．3 傳統(tǒng)工藝存在的問(wèn)題

(1) 采用鎳基釬料釬焊溫度高達(dá)1 000 ℃，接近銅的熔點(diǎn)，導(dǎo)致母材晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大從而影響超聲波的穿透效果，影響探傷結(jié)果準(zhǔn)確性。釬焊溫度高導(dǎo)致釬料流動(dòng)性及母材溫度均勻性難于控制，因此質(zhì)量穩(wěn)定性較差，一次探傷合格率僅為80%。

(2) 水盒蓋在線圈分廠鍍錫后，要經(jīng)過(guò)下線工序才能與連接線釬焊，中間有一段較長(zhǎng)時(shí)間，釬焊面極易受到破壞及污染、氧化。鍍層質(zhì)量直接影響釬料的潤(rùn)濕以及鋪展，進(jìn)而影響釬焊質(zhì)量，導(dǎo)致釬透率降低。

(3) 一組連接線包含60根銅線，因?yàn)樯?、下層線圈下線后并不能保證完全平齊，大都存在錯(cuò)位現(xiàn)象，連接線需要退火，退火的目的是將連接線軟化以便在后續(xù)裝配的時(shí)候能夠適形調(diào)整。由于火焰加熱是手工操作，會(huì)導(dǎo)致加熱溫度不均勻，而且表面氧化嚴(yán)重，外委酸洗質(zhì)量不可控，也會(huì)導(dǎo)致連接線表面質(zhì)量差，難于鍍錫。嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致鍍層不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)釬焊質(zhì)量差。

2 傳統(tǒng)定子釬焊工藝優(yōu)化

針對(duì)以上分析存在的問(wèn)題，優(yōu)化工藝流程，找到合適的方法提高一次探傷合格率，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

2．1 調(diào)整水盒蓋與水接頭的真空釬焊材料

由鎳基改為高銀釬料，降低釬焊溫度200 ℃。釬焊工藝過(guò)程：釬焊前將不銹鋼水接頭電鍍鎳，鍍鎳層厚度2～6 μm，注意嚴(yán)格控制鍍鎳層厚度及鍍鎳質(zhì)量，以確保水接頭與水盒蓋的裝配間隙。鍍鎳過(guò)程中對(duì)水接頭標(biāo)識(shí)做好防護(hù)，確保水接頭與水盒蓋一一對(duì)應(yīng)。水接頭鍍鎳后裝入塑料袋密封保存，并在72 h內(nèi)進(jìn)行真空釬焊。釬焊前使用無(wú)水乙醇對(duì)水接頭釬焊面進(jìn)行脫脂，而后放置在干凈的白紗布上待用。用無(wú)水乙醇擦拭水盒蓋表面，確保表面干凈無(wú)油污(防止污染真空爐)。再用百潔布清理水盒蓋孔內(nèi)壁及上臺(tái)面(孔四周5 mm范圍)，并用無(wú)水乙醇進(jìn)行脫脂，同時(shí)清除孔內(nèi)掉落的碎屑，而后放置在干凈的白紗布上待用。將不銹鋼水接頭插入水盒蓋進(jìn)行試配，須確保裝配間隙小于0.065 mm(直徑上)。當(dāng)不銹鋼接頭難以插入水盒蓋時(shí)，應(yīng)最小限度修整水盒蓋孔內(nèi)表面或底部。不允許研磨水接頭的外表面，因?yàn)檠心ニ宇^的外表面可能會(huì)去除鍍鎳層。在不銹鋼水接頭外周套入3個(gè)焊料環(huán)，焊料環(huán)接口須錯(cuò)開(kāi)。確認(rèn)水盒蓋孔內(nèi)無(wú)異物，將套有焊料環(huán)的不銹鋼水接頭插入到水盒蓋孔內(nèi)，并確保水接頭接觸到水盒蓋孔底面。而后按壓焊料環(huán)，使其緊密并貼緊水盒蓋上端面。然后經(jīng)過(guò)抽真空、預(yù)熱、保溫、釬焊、冷卻過(guò)程完成水盒蓋的釬焊。最終焊后一次探傷合格率達(dá)90%以上。通過(guò)金相分析銅母材顆粒度變小、更均勻，提高超聲探傷穩(wěn)定性，見(jiàn)圖2。

圖2 兩種釬料釬焊后母材晶粒度對(duì)比

2．2 取消連接線火焰加熱退火及酸洗工序

該工序改為采用新工藝真空退火的方式對(duì)連接線進(jìn)行軟化。工藝過(guò)程為：將連接線均勻鋪在真空爐內(nèi)，在真空條件下將連接線加熱至650 ℃，保溫2 h。在真空條件下加熱的連接線表面不存在氧化現(xiàn)象，表面十分光潔直接滿(mǎn)足鍍錫要求，因此不需進(jìn)行酸洗，降低制造成本的同時(shí)又十分環(huán)保。而且真空爐退火溫度均勻，連接線適形裝配更容易，見(jiàn)圖3。

圖3 連接線真空退火后狀態(tài)

2．3 調(diào)整水盒蓋鍍錫工序

將該工序劃至汽發(fā)分廠，在釬焊連接線之前用焊絲對(duì)水盒蓋鍍錫，鍍錫后馬上進(jìn)行連接線的釬焊，可避免釬焊面在下線過(guò)程中受到損壞以及長(zhǎng)時(shí)間擱置導(dǎo)致的氧化。鍍錫工藝過(guò)程：使用百潔布對(duì)水盒蓋上待鍍錫面進(jìn)行打磨處理，去除氧化物；使用白紗布蘸無(wú)水乙醇進(jìn)行清理，去除油污。使用感應(yīng)加熱設(shè)備對(duì)水盒蓋進(jìn)行加熱，使用藥芯錫鉛焊絲對(duì)釬焊面進(jìn)行熱浸鍍，使用刮板保證鍍層質(zhì)量，無(wú)氣孔、凸點(diǎn)。連接線裝配工藝過(guò)程：股線裝配時(shí)采用12根股線為一組的方式，這樣更易于整形消除上、下層線棒下線后產(chǎn)生的誤差，使股線束與水盒蓋接觸面充分貼合，控制其間隙在0.2～0.5 mm。將裝配好的股線束與L件使用螺釘依次、對(duì)稱(chēng)擰緊，然后在釬焊區(qū)域內(nèi)涂抹氯化鋅水溶液。釬焊工藝過(guò)程：使用滾輪架將待焊接頭調(diào)整至八點(diǎn)或者四點(diǎn)鐘位置，將感應(yīng)器裝夾到待釬焊面上，并用楔子板將感應(yīng)器壓緊，防止電磁力產(chǎn)生振動(dòng)導(dǎo)致意外現(xiàn)象的發(fā)生。啟動(dòng)感應(yīng)加熱設(shè)備，調(diào)整焊機(jī)功率為35～40 kW。開(kāi)始加熱的同時(shí)使用焊絲接觸釬焊接頭表面，當(dāng)釬料開(kāi)始熔化后，采用斷續(xù)加熱的方式維持釬焊接頭溫度穩(wěn)定(溫度過(guò)高可導(dǎo)致釬料大量流失，造成浪費(fèi)以及質(zhì)量降低)。直至焊縫周?chē)枬M(mǎn)后停止進(jìn)行加熱，同時(shí)使用扳手再次擰緊螺釘(因螺釘在加熱之后可能會(huì)有松動(dòng))。

2．4 優(yōu)化對(duì)超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)，提高探傷準(zhǔn)確率

傳統(tǒng)超聲探傷只有一個(gè)廠用標(biāo)準(zhǔn)(由西屋公司轉(zhuǎn)化而來(lái))，但是由于引線接頭與普通接頭形狀、尺寸存在差異，因此需要優(yōu)化超聲探傷標(biāo)準(zhǔn)。先制作標(biāo)準(zhǔn)引線接頭試驗(yàn)件；然后對(duì)試件進(jìn)行超聲波探傷，并使用線切割對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行剖切，用以判斷超聲探傷是否準(zhǔn)確；最終推導(dǎo)出引線接頭與普通接頭探傷基準(zhǔn)相差12 dB值。使用更加準(zhǔn)確的探傷標(biāo)準(zhǔn)，可提高探傷準(zhǔn)確率，保證釬焊接頭的質(zhì)量。

3 結(jié)論

通過(guò)將水盒蓋與水接頭真空釬焊由鎳基釬料改為高銀釬料，將連接股線由火焰退火改為真空退火，保證了母材晶粒度及材質(zhì)均勻性，在提高釬焊質(zhì)量的同時(shí)降低了母材對(duì)超聲波探傷的影響。通過(guò)調(diào)整鍍錫工序，優(yōu)化工藝流程，提升了水盒蓋、L件、連接線表面鍍錫質(zhì)量。通過(guò)優(yōu)化探傷標(biāo)準(zhǔn)，確定引線接頭與普通接頭探傷基準(zhǔn)差異值。通過(guò)以上工藝優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了定子釬焊接頭一次探傷合格率穩(wěn)定在90%以上，為發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保證。