焊接技术在汽轮机隔板制造中的应用

焊接技术在汽轮机隔板制造中的应用

马春光1翁良宝2

1.哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨150046;2.身份证342401198511150495

摘要：随着焊接技术的发展，气体保护焊及埋弧焊已成为隔板主焊缝焊接的常规方式，窄间隙气体保护焊及真空电子束焊则成为先进焊接方式的代表。鉴于隔板结构的特殊性及设备初期投入成本、日常维护等费用来看，窄间隙气体保护焊则更具优势。

关键词：焊接技术；汽轮机；隔板制造

引言：

汽轮机在电厂设备中起着无可替代的作用，它是电力工业的心脏。隔板是核电机组通流主要部件之一，起到固定静叶和阻止级间漏气的作用，能保证机组的经济型和安全性。考虑到隔板的运行环境，为提高隔板外环的抗水蚀能力，工艺设计上要求在外环的进汽侧、出汽侧汽封处堆焊不锈钢耐蚀层。因此，国内外各大汽轮机制造厂都对隔板的焊接十分重视，投入了很大的物力、精力对其结构及焊接方式进行改进，以期提高隔板的焊接质量，同时降低制造成本。

1焊接技术在焊接隔板中的应用

1.1围带式隔板

围带式隔板由隔板体、叶栅、隔板外环和径向汽封体组成，其中叶栅是由内、外围带和导叶片焊接组成。

1.1.1叶栅的装配与焊接

围带叶栅的焊接方式主要采用手工焊条电弧焊、手工钨极氩弧焊、热丝TIG自动焊等方法。但现代大功率汽轮机围带叶栅的焊接仍在使用的方法有手工钨极氩弧焊、热丝TIG焊，手工焊条电弧焊方式已经逐渐被淘汰。

1.1.2隔板主焊缝的焊接

围带式隔板其主焊缝的焊接方法主要采用埋弧焊、CO2气体保护焊、窄间隙MAG焊、手工焊条电弧焊、真空电子束焊等；但现代大功率汽轮机围带式隔板主焊缝的焊接仍然在使用的方法有埋弧焊、CO2气体保护焊、窄间隙MAG焊、真空电子束焊，其它焊接方式已经被淘汰。随着汽轮机主蒸汽参数的不断提高，为了满足汽轮机运行温度及压力的要求，汽轮机隔板的壁厚设计越来越厚，主焊缝坡口深度已经超过60mm，若使用传统的CO2气体保护焊接方法进行深坡口隔板的焊接，由于坡口面积的急剧增大导致了焊接工作量的成倍增加，为此，在深坡口隔板主焊缝的焊接过程中逐渐采用窄间隙MAG焊方式。

1.2自带冠式隔板

自带冠式隔板与围带式隔板结构基本类似，不同之处是导叶自带冠代替围带部分组成叶栅。自带冠式叶栅的焊接方法主要采用有手工焊条电弧焊、CO2气体保护焊、热丝TIG自动焊等方式，但现代大功率汽轮机自带冠叶栅的焊接仍在使用的方法有CO2气体保护焊、热丝TIG焊，手工焊条电弧焊方式已经被淘汰。自带冠式隔板其主焊缝的焊接方法与围带式隔板完全相同。

1.3环式隔板

环式隔板是导叶片直接焊接在内、外环上，多用在汽轮机的低压末级、次末级位置上。环式隔板主焊缝的焊接主要采用手工焊条电弧焊、手工钨极氩弧焊、CO2气体保护焊（药芯焊丝）三种焊接方式；但现代大功率汽轮机环式隔板的焊接方式主要使用手工钨极氩弧焊，其它焊接方式已经逐渐被淘汰。

1.4自带围带式隔板

隔板设计时没有内、外环部件，导叶片自带围带及内、外环成圈组成隔板的结构。制造时按照叶片顺序号依次装配全部导叶片并进行整圈焊接的隔板，多用于300MW以上反动式机组结构上。自带围带式隔板主要采用MIG焊及真空电子束焊两种焊接方式；随着真空电子束焊接技术的大规模应用，在汽轮机焊接制造过程中逐渐推广真空电子束焊接方式已经成为必然，这为提高自带围带式隔板焊接质量，改善工人劳动条件，大幅度提高生产效率，提高自带围带式隔板的整体焊接制造水平提供了有力的支撑。为此，现代大功率汽轮机对自带围带式隔板的焊接主要使用真空电子束焊方式，MIG焊方式已经逐渐被淘汰。

1.5电子束焊接技术

1.5.1焊接原理

电子的产生及电子束的形成和汇聚的工作原理是比较简单的。发射材料加热后，由于热发射效应，表面就发射电子，热发射电子在电场的作用下，就沿着电场强度的反方向运动。所以在热发射材料和被焊工件之间加上电位差，通常是工件接正（接地），热发射材料接负（负高压），则热发射电子就会连续不断地加速飞向工件，形成了电子束流。但这样的电子束流，其束流密度低、能量不集中，只能加热却难以熔化金属，只有通过电子光学系统，把束流汇聚起来以提高其能量密度后才能达到熔化焊接的目的。

1.5.2隔板制造方法

汽轮机隔板的制造，以往大多采用埋弧焊。由于汽轮机隔板的焊接部位极多，形状复杂，所以，掌握隔板的强度和变形量是一个重要的课题。六十年代以来，国外在汽轮机隔板的制造中采用电子束焊接技术。在隔板制造中采用电子束焊接法的主要目的是：首先，由于一次就可获得灼爆的探度，能够减少隔板的变形，从而提高了隔板的焊接质量；其次，由于不需要加工坡口，所以能在定位板与隔板内外环拼合的情况下进行焊接，从而降低了制造成本。

2汽轮机隔板焊接质量控制措施

2.1加强对焊接隔板质量的检测

在对汽轮机的焊接隔板的总体性能和质量进行评估时，需要对焊接隔板进行一下几方面的检测。

2.1.1对隔板表面缺陷的检查

对汽轮机焊接隔板表面缺陷的检查可以应用肉眼观察法和低倍放大以及表面着色法等。汽轮机焊接隔板表面存在的缺陷一般有以下几种：导叶的端部出现裂纹；主焊缝熔合不良；导叶脱落；围带发生变形，围带变形主要是由于焊缝的内部熔合不良而引起的；导叶的端头发生断裂。

2.1.2对隔板内部的缺陷进行检测

隔板内部的缺陷主要有主焊缝内部融合不良、焊缝实际的焊接深度没有达到要求等，这些缺陷可以采用直探头超声波探伤检测或者应用超声波测厚仪对其进行检测。

2.1.3对隔板通流间隙的检查

对隔板通流间隙的检查应用塞尺，并严格按照标准进行检查。

2.2隔板整体焊接的加工和焊接质量的措施

为了消除由于隔板主焊缝缺陷(裂纹、夹渣和未熔合等)、焊缝的截面积没有达到要求所造成的隔板的刚度和强度的降低，进而引起隔板在汽轮机运行中变形，采用特殊隔板整体焊接加固的新工艺，对隔板进行开槽焊接和加固处理，以确保隔板可以安全稳定地工作。其方式主要有以下几种：

2.2.1加工焊接坡口

采用立式铣床，在入气侧对焊接坡口进行加工，加工坡口的位置以及尺寸。

2.2.2补焊

对焊接未达标的地方进行补焊处理。

2.2.3改进焊接方式

采用先进的科学技术手段，对现有的焊接方法进行科学的改进，优化工艺参数。

2.3加强对焊缝质量的检测

对焊缝质量主要进行一下几点检测：

2.3.1焊缝表面的检查

焊缝表面要过渡平滑，无咬边、气孔和裂纹。

2.3.2对隔板进行焊后热处理

把焊完的隔板进行科学的热处理。

2.3.3隔板热处理后测量其形变

要求其正变形，在焊前变形的基础上变大不超过0.5毫米。

结束语：

隔板是汽轮机中技术含量和要求高、批量大、制作工艺复杂的重要部件之一，它在汽轮机生产中占有很大的比重。现代汽轮机隔板大都采用焊接方式把叶片与内、外环连接在一起成为一个整体，从而达到消除振动和减少蒸汽泄漏的目的。由于隔板制造精度对汽轮机效率的影响很大，且直接影响着汽轮机的生产周期和产品质量。因此，国内外各大汽轮机制造厂都对隔板的焊接十分重视，投入了很大的物力、精力对其结构及焊接方式进行改进，以期提高隔板的焊接质量，同时降低制造成本。

参考文献：

[1]王文山，张正平，闫炯，赵波波.汽轮机隔板套变形的堆焊修复工艺[J].包头职业技术学院学报.2018(02)

[2]徐小波，刘玮，周春蕾，张继国.汽轮机隔板悬挂销结构要素优化[J].东方电气评论.2014(02)

[3]杨军.大型汽轮机隔板洼窝中心测量分析[J].电子世界.2016(21)