栏且主持 于淑香 Ｗｅｌｄｉｎｇ＆ｃ“ｔｔｉｎｇ 嘲 霭 擦 伟 四川工程职业技术学院 （四川德阳６１８０００） 郭东方汽轮机厂焊接分厂 （四川德阳６１８２０１） 毕太安 【摘要】 国产６００ＭＷ汽轮机高压主汽调节阀的装焊是在精加工状态下进行的，由装焊满足精加工尺 寸；母材属珠光体耐热钢，焊接性差，焊缝质量要求特别高。在装焊过程中，制作了专门的装配台位，大大 降低了装配难度，缩短了制造周期，圆满地完成了制造任务。 一、概况 国产６００ＭＷ汽轮机高压主汽调节阀是我厂自行研 制的６００ＭＷ汽轮机关键部套之一，采取特殊的联体式 结构，左、右阀壳组焊在一起，尺寸相互影响。主汽阀 和调节阀在装焊前进行了精加工，由装焊来保证主汽阀 和调节阀之间的最终结构尺寸。焊接接头无损检验要 求高，焊接接头外表面作ＰＴ检验、ＭＴ检验，焊接 接头作ｕＴ检验、ＲＴ检验，全部要求ＪＩＳ Ｉ级合 格。 二、焊接性分析 １．结构分析及精加工后的装焊 国产６００ＭＷ汽轮机高压主汽调节阀的结构见图１。 图ｌ 汽轮机高压主汽调节阀 表１ ６００ＭＷ汽轮机高压主汽调节阀的 主要结构尺寸及公差 从图１可知道，６００ＭＷ汽轮机高压主汽调节阀为联体式 结构，且尺寸精度要求高（见表１）。若主汽阀和调节阀 在装焊后进行机械加工，因其结构的特殊性和质量的高 要求，则必然占用大型数控机床，加工周期长且费用昂 贵。而主汽阀和调节阀在精加工后进行装焊，虽然装焊 难度很大，但可大大节约加工费用，缩短生产周 期。 表２ ＫＴ５１０３ＫＳ２４的化学成分（质量分数）（％） Ｃ ＭＩ１ Ｓｉ Ｃｒ Ｍ０ Ｓ Ｐ ＣＥ ２．材料焊接性分析 阀壳属铸钢件，材质为珠光体耐热钢ＫＴ５１０３ＫＳ２４ （日立牌号，相当于国产钢材ＺＧ１５ＣｒｌＭｏ１），其化学成 分见表２。 ０．１３～ ０．５～ ０．２～ １．０～ ０．９～ ≤０．０２ ≤０．０２ ０．５９～ ０．８９ ０．２０ ０．９ ０．６ １．５ １．２ 根据ＩＩＷ碳当量计算公式 缸板ｌ 热加工—— 塑塑囵 维普资讯 http://www.cqvip.com
黧 塑 胁 ＆Ｃｕｔｔ 正式焊接前，我仃１模拟产品条件进行了焊接工艺试 验，以确定正式焊接规范。采用 ４０Ｉ１１ｎｌ的ｌ０ＣｒＭｏ９ｌ０ 耐热钢管加工成与产品一致的坡口作为试件．用产品焊 丝和焊条进行全位置氩弧焊打底．手工焊盖面操作练 习。对氩弧焊打底焊缝作热磁粉检查．坡口焊满后作 ＣＥ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／ｌ５（％） 计算出母材碳当量为０．５９％～０．８９％，焊接性差， 因此，选择预热温度２８０～３３０￣Ｃ。另外，由于母材和焊 材中合金元素含量较高，使焊接接头淬硬倾向大；同时 腰缝厚度为１３０ｍｍ，将导致焊接接头处应力增大，这两 种因素的共同作用，易使在焊接接头处产生冷裂纹，所 以焊后必须及时对焊接接头进行热处理。 ＲＴ检查．然后喟１０倍放大镜俭查焊缝内表面成形情 况。通过试验，确定出产品焊接时ＴｌＧ打底焊和焊条电 弧焊的工艺参数（见表３、表４）、 表３ ＴＩＧ打底焊时的工艺参数 焊丝直径 焊接电流 电弧电压 氩气流鼍 背氙流量 提前通气 ， ２．４ ９０ ｝三、焊接工艺的确定 １．装配方式与焊接位置的选择 与我厂传统的３００ＭＷ机组高压阀壳相比，６００ＭＷ 机组高压阀壳由一个调节阀壳和两个主汽阀壳组焊而 成．装焊时主汽阀和调节阀都处于精加工状态，难以采 用调节阀在下、主汽阀在上的竖直对接的装配方式。 ／Ｖ Ｉ６ ／ＩＪ・ｍｉｎ ／Ｌ・１１１ｉｎ ８ ６ 时间／ＩＩ】ｉＩ１ ５ 表４焊条电弧焊时的工艺参数 焊接位置 仰焊条规格 ３．２ ３．２ ４ ３．２ ４ 为了兼顾装配、焊接过程中尺寸测量及控制等因 素，６００ＭＷ机组高压阀壳装配时，主汽阀与调节阀采 焊 立焊 平焊 用水平对接，全位置焊接（见图２）。这样在一定程度上 减小了装配难度，焊接变形的测量及控制也易实现。当 然，采用全位置焊接，两个主汽阀之间的操作空间狭 Ｃ／ｒａｍ 焊接电流 ８０—９０ ， ９０ ｌ３０一ｌ４０ ９０一ｌＯ０ ｌ４０一ｌ６０ 窄，焊接位置较难，对焊工的操作水平要求较高，焊接 过程中易产生焊接缺陷。缺陷的返修也会引起主汽阀和 调节阀之间产生较大的扭转变形，且这种扭转变形的控 ３．焊接接头加热和温度控制方法的选择 由于主汽阀壳和调节阀壳的大端面已精加工，整体 进炉加热难以保护精加工面，因此必须采用局部加热设 备对焊接接头进行局部加热 在对履带式电阻加热与中 频感应加热两种方法进行对比岳，我厂选用了加热功率 制比较困难，因此必须保证焊缝质量，尽可能避免焊缝 返修。 平焊 更大、效率更高、效果更好的中频感应加热方式（见图 ３）。用热电偶测量各区域的温度，用电脑温控仪控制焊 前预热温度、焊接过程中的层问温度和焊后局部热处理 立焊 立焊 过程 ！一１．：… Ｉ Ｉ（３） ３Ｏ —－Ｉ ．Ｌ． ３０ 管壁 Ｍ 仰焊 ⑥ ．⑤ ＣＶ Ｉ５ ＿＿ｆ‘④ ｆ １ ＭＳＶ （７）ｌ ｌ 图２全位置焊接示意图 ⑦ ２．焊接材料与焊接规范的确定 根据阀壳结构特点及技术要求，腰缝焊接时必须保 证单面焊双面成形，背面不氧化，且焊缝质量必须要满 ｌ 感应器 图３ 中频感应加热示意图 ４．焊接过程中对变形的测量与控制 由于６００ＭＷ汽轮机高压主汽调节阀装焊尺寸精度 足技术要求，所以选用ＴＩＧ打底焊且同时背氩保护，焊 条电弧焊盖面。选用与母材等强度和化学成分接近的焊 接材料，ＴＩＧ打底焊用ＴＧＳ－２ＣＭ焊丝，焊条电弧焊 用ＧＢ Ｅ６０１５－－Ｂ３焊条。 的要求较高，因此要保证最终尺寸精度，首先要对焊接 过程中的变形趋势进行分析，制定出相应的防变形措 施；其次，要合理选择装配、测量基７停及精度较高的测 口 堕笙箜呈 缸板ｌ 热加工 维普资讯 http://www.cqvip.com
Ｗｅｌｄｉ ＆ｃ“ｔｔｉ ｌ 蕉皇 型鬈踊量【 具 一 根ｊｌ８ｍｍ的钢管，穿过主汽阀壳石棉板，另一端引出 实际装焊时，凋节阀壳与平台刚性固定，主汽阀壳 至主汽阀壳小端面外，焊前通入氩气。焊缝焊至５０ｒａｍ 厚ＲＴ检验前，去除ｊｌ８ｍｎ 钢管和主汽阀壳腰缝空腔内 的硅酸铝纤维、石棉板。所有工作完成后，去除调节阀 壳进汽管内石棉板和硅酸铝纤维 置于支承板 ， 作固定 焊接过程中，主汽阀壳可沿 焊缝轴向自［｝Ｉ收缩．根据理论计算，焊缝轴向收缩量为 ５ｍｍ，装配时需考虑预留焊缝轴向收缩量。同时，若焊 接时不对称，或对称施焊时两侧热输入量不相同，主汽 阀壳可能沿水平面左右摆动，甚至发生扭转变形，因 ２．装配 （１）装配调节阀 将６块 ＝０．５ｍｍ／ｌＯＯｍｍ× 此，焊接过程中必须严格对称施焊。 另外，从表３可知，仰焊位焊接电流最小，热输入 量最小；平焊位焊接电流最大，热输入量最大，这样焊 后主汽阀壳必然上翘，因此，装配时止口间隙仰焊位最 小，平焊位最大；每焊完一层，在平焊位用风枪锤击。 对这种大厚度件的焊接，焊接变形在最初几层最明显， 以后各层逐渐减少，因此，采用百分表监测ＴＩＧ打底焊 和前１０层手工焊过程中的焊接变形。 根据产品的结构特点，在实际装焊过程中，水平方 向以调节阀壳的精加工大平面作为基准，调整其支承面 的水平度≤０．０５ｍｍ／ｍ，全长≤０，１ｍｍ／ｍ，竖直方向以 主汽阀壳的进汽中心作为基准，轴向以调节阀壳的出汽 中心作为基准。装配过程中，采用经纬仪、水准仪、框 式水平仪、大平尺、钢卷尺、板尺、角尺及铅锤等工具 进行测量。焊接过程中采用框式水平仪、大平尺、钢卷 尺、板尺、角尺及铅锤等工具测量尺寸，并用百分表监 测ＴＩＧ打底焊和前１０层手工焊过程中的焊接变形。根 据百分表读数，得出主汽阀壳相对于调节阀壳的变形情 况，然后立即采取相应措施（如局部锤击焊道等），对 焊接变形及时进行校正。 四、实施 １．焊前准备 （１）清整基础平台将垫箱吊放于基础平台的合适 位置，精加丁面朝上作为基准面，清洗干净。调整垫箱 基准面的水平度，并用框式水平仪、水准仪检测，然后 用压板螺栓将垫箱与基础平台牢固连接。 （２）对焊接坡口部位进行ＭＴ检在距主汽阀壳坡 口端面１５ｍｍ的管口内壁装４ 热电偶（见图３）。 （３）装背氩装置用硅酸铝纤维将调节阀壳空腔塞 满，距止口１００ｍｍ处用石棉板封住，周围用石棉泥糊 严。距止口１００ｍｍ外主汽阀壳腰缝空腔内也用硅酸铝 纤维塞满，用石棉板封住，周围用石棉泥糊严，然后用 ｌＯＯｍｍ的铝板均布于垫箱与凋节阀大端面的结合面，就 位调节阀，焊接坡口侧大端面边缘伸出垫箱平面５０ｍｍ， 复检调节阀壳大端面的水平度，合格后用压板螺栓将调 节阀壳与垫箱刚性固定。 （２）确定主汽阀位置用经纬仪将调节阀的两个管 口中心线（调节阀进汽中心线）引至基础平台上，打上 样冲眼，确定出主汽阀的位置？主汽阀支承板放于基础 平台一１－．，再将调节阀的两个管口中心线引至主汽阀支承 板上，确定出两个主汽阀轴向和径向的位置 （３）装配主汽阀左、右主汽阀分别装配，先装配 左主汽阀，左主汽阀腰缝焊至５０ｒａｍ厚并进行中间热处 理后，再按同佯的方法装焊右主汽阀。右主汽阀装配 时，除保证右主汽阀的进汽中心线到调 阀进汽中心线 的尺寸（７３０±３）ｍｉｌｌ外，还需同时保证右主汽阀的进 汽中心线到左主汽阀的进汽中心线尺寸（１４６０±４）ｍｍ。 下面以左主汽阀的装配为例进行【兑明 装配左主汽阀时，首先在主汽阀支承板卜左主汽阀 位置沿圆周均布三件活动支承、活动支承上分别放上 ＝０．５ｍｍ／１００ｍｍ×１００ｍｍ的薄铝板，以保护主汽阀大 端面，然后将左主汽阀大致就位 吊放过程中，用一块 约２０ｍｍ厚的松木板放在焊接止口处，以保护止口不被 撞坏。左主汽阀大致就位后，取走松木板：最后、用千 斤顶调节主汽阀壳位置，使左主汽阀的进汽中心线到凋 节阀进汽中心线的尺寸（７３０±３）ｍｍ装配为（７３０± ０．５）ｍｍ，止口尺寸为仰焊位３．０ｍｍ，平焊位３．５ｍｍ 装配过程中，主汽阀中心到调节阀中心需预留焊缝 收缩余量，按照“机械加工公差＋焊缝收缩余量预放值 一焊缝理论收缩值≤尺寸公差”，对两件主汽阀中心和 调节阀中心到焊缝止口端面的尺寸分别进行实测，实测 值较理论值偏小。为了兼顾焊缝ＴＩＧ焊打底的需要，实 际装配时，（１６０６±４）ｍｍ尺寸装配为１６０９ｍｍ。这样 焊缝收缩余量预放值实际为３ｍｍ，比理论的５ｍｍ小 ２ｍｍ。检测左主汽阀相对于调节阀的各尺寸，布置百分 缸板ｌ 热加工 塑塑口 维普资讯 http://www.cqvip.com
表并采取适当措施进行保护。 ３．预热 按图３的要求布置其余热电偶，在焊接坡Ｅｌ两侧包 裹硅酸铝纤维，缠绕感应加热线圈，将其余部位用硅酸 铝纤维严密包覆。连接热电耦与温控仪，确认无误后接 通电源，设置加热曲线，预热焊接接头，用电脑温控仪 对加热速度和预热温度进行监控。 ４．焊接 焊接工艺参数严格按表３的规定执行。首先进行 ＴＩＧ打底焊，由两名电焊工对称全位置施焊，按从最低 点到最高点的焊接顺序进行；然后对ＴＩＧ打底焊缝进行 热ＭＴ检；最后进行手工焊盖面。手工焊盖面焊接时， 第一层不分道焊，其余各层采用分道焊，焊至５０ｍｍ时 停止焊接。每焊完一层，均仔细清理、修磨焊接接头， 发现缺陷立即处理。在ＴＩＧ打底焊和手工焊前ｌ０层过程 中，要特别注意变形测量及控制。在此过程中，由专人 监测百分表的读数。根据百分表的读数反映出的阀壳变 形情况，立即采取相应的工艺措施（如调整焊接速度、 局部锤击等），对已出现的变形情况进行纠正。手工焊盖 面焊ｌ０层后，撤除百分表。每焊完一定厚度后，用大平 尺、钢卷尺、板尺、角尺及铅锤等工具检测各尺寸。 ５．中间后热处理及焊接 对腰缝进行６００～６５０￣Ｃ×２ｈ的中间后热处理。中 间热处理后缓冷至３ｏ０℃时，继续按上述焊接工艺参数 焊接剩余焊缝，直至完成所有焊接工作。 ６．最终热处理 左、右阀腰缝焊满后，将图３所示的③、⑦热电偶 移至焊缝中央重新固定好，⑤、⑥热电偶移至焊缝边缘 重新固定好，然后进行６８０～７２０￣（３×１０ｈ局部最终热处 理，缓冷至室温后撤除感应加热器和焊接接头区域的硅 酸铝纤维。 ７．硬度测定 局部打磨焊接接头，按要求进行硬度测定，基本满 足要求。检验结果见表５。 表５硬度ＨＲＣ测定结果 部位 １基材 ２热影响区 ３焊缝 ４热影响区 ５基材 左 １６３．１６３ ２１１ ２３９ ２１９，２２５ １７１ 右 １５６ １５９ ２３８ ２３７，２４３ １５８ 囵 堕笙箜墨塑 缸攘ｌ 热加工 ８．检验 （１）表面清理去除工艺搭子，打磨焊疤，并对打 磨处作ＭＴ检查。 （２）无损检验和尺寸检验焊接接头外表面作ＭＴ 检验，合格后焊接接头作最终ＲＴ检验，最后对焊接接 头作ｕＴ检验。焊缝无损检测和尺寸检测的结果见表６。 表６ 检测项目 规定要求 检测结果 左主汽阀、右主汽阀 的进汽中心线到调节阀 ７３０±３ 左：７２９；右：７３２ 进汽中心线的尺寸／ｒａｍ 主汽阀中心线到调节 １６０６ ４－４ １６０４～１６０７ 尺寸 阀中心线的尺寸／ｒａｍ 检测 主汽阀大端面到调节 ６３２ －４２ ６３０～６３２ 阀大端面的尺寸／ｒａｍ 左主汽阀进汽中心到 右主汽阀进汽中心的尺 ｌ４６０４－４ １４６１ 寸／ｒａｍ 超声波探伤（ＵＴ） ＵＴ１ 一次合格 焊缝 拍片３２张， 一次合格２３ 无损 射线探伤（ＲＴ） ＲＴ１ 张，有一张返 检测 修一次合格， 其余回用 磁粉探伤（ＭＴ） ＭＴ１ 一次合格 五、装配方案的改进 采用不带定位装置的工装进行装配时，需用经纬仪 等精密测量工具进行放样划线，装配难度大，周期长， 严重影响生产进度。为解决这个问题，我们经过仔细论 证后，对原有的装配胎具进行了改进，在放置调节阀壳 的垫箱的大平面上增加了定位装置，与调节阀壳上的阀 座孔配合进行调节阀壳的定位。有了定位装置后，每次 装配时只需复验垫箱大平面的平面度满足要求后，将调 节阀壳直接吊放至定位工装上就可以了。工装改进后， 每次可节约装配时间１．５天，且装配难度大大降低。 六、结语 上述工艺方案已在生产过程中实施，并取得很好的 效果。已完成前两套的生产，经过终检，焊缝质量、结 构尺寸都完全符合要求，证实我们采用的工艺方案切实 可行有效，可推广应用到其他类似产品的制造中。《 （２００５ｌ２０３）
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容