（安康水力发电厂机械分场 725000）
摘要：安康水电厂在1996年的3#机组大修中，首次发现水导轴承3#、7#、9#抗重螺栓螺套焊缝有不同程度开裂现象，此后的十几年来，其他机组部分抗重螺栓螺套焊缝也先后产生不同程度的开裂，虽每年都进行着螺套焊缝的处理、加固，但此问题多年来一直未能从根本上得到解决。通过对安康水电厂水导轴承抗重螺栓螺套结构、安装工艺等方面进行分析，找出影响螺套焊缝受力的不良因素，改进检修安装工艺，消除存在的安全隐患，确保机组水导轴承长期安全稳定运行。
关键词：抗重螺栓螺套；开裂；分析；处理
1、概况
安康水电厂装有4台200MW水轮发电机组，水轮机型号为HL220-LJ-550，设计水头76.2m，第一台机组（4#机）于1990年12月12日第一台投产发电，1992年12月25日全部投产发电。1996年3#机组B修工作中发现螺套焊缝出现裂纹，每年的机组大修对螺套焊缝在不断进行着加固（安装施工单位在原机组安装中，螺套固定焊缝一般分4段电焊固定，每段焊缝长约4cm），对裂纹进行着不断处理，补焊焊缝越来越宽、越来越长，过去分段点焊的焊缝均已连成整段，部分螺套已形成满圈焊缝。部分螺套的焊缝裂纹有变长趋势，严重的整圈焊缝开裂，问题并没有彻底解决，到2015年1#机组B修，处理螺套焊缝开裂共49个次。螺套焊缝的产生，直接威胁水导轴承的正常运行，已成为机组设备安全运行的安全隐患，必须尽快的进行分析、研究、解决。
2、水导轴承抗重螺栓螺套焊缝开裂的原因分析
2.1 抗重螺栓螺套装配对焊缝开裂的影响
安康水电厂水导轴承的抗重螺栓、螺套与水导瓦装配结构见图一。水导瓦间隙通过安装在轴承体上的顶瓦螺钉（抗重螺栓）来调整，顶瓦螺钉安装在固定于轴承体的螺套上。机组正常运行时，水导轴承抗重螺栓螺套主要是受到机组运行时水导瓦传递的径向冲击力的作用。抗重螺栓螺套焊缝应当只起到防止螺套转动的作用，所受冲击外力应当比较小，不致造成焊缝产生裂纹。
由于螺套与轴承体的装配为过度配合，安装的要求高，安装难度也比较大若抗重螺栓螺套未与轴承体安装座孔端面（径向）间有间隙，则机组运行时，水导瓦传来的径向交变冲击力将通过抗重螺栓、螺套直接传递到螺套焊缝上，对焊缝产生一定的破坏作用，经过较长时间的振动、冲击外力的作用，将导致螺套焊缝产生裂纹。
2.2 抗重螺栓螺套与轴承体座孔配合间隙不合格对焊缝开裂的影响
按照设计，水导轴承抗重螺栓螺套与轴承体的装配为过度配合，机组运行时螺套焊缝所受冲击力很小，抗重螺栓螺套的受力将会直接传递到螺套焊缝上（见图二），长时间的外力作用导致此处焊缝开裂。这个应当是2号机组5#螺套焊缝开裂严重的直接原因。
2.3 焊接工艺对抗重螺栓螺套焊缝开裂的影响
焊缝质量主要受到焊缝结构、焊接工艺、母材、电焊条选择四个方面影响。根据这些年以来螺套焊缝开裂的现场情况、处理情况等综合分析，在焊接工艺方面可能存在以下几方面问题：
2.3.1应力为抗重螺栓螺套焊缝开裂的一项重要要因素。在焊接过程中，由于轴承体与螺套固定焊缝处焊件体积大、厚度大（螺套安装部位厚约100mm），焊接受热和冷却不会很均匀，由于热胀冷缩，在焊接工作结束后，在构件中产生较大的焊接应力。焊接应力在构件中的存在，会降低焊缝的实际承载能力。
2.3.2 对于厚度超过30mm的碳钢焊接时需要预热，以消除一部分内应力（一般焊材越厚内应力越大）。像水导轴承体这样的厚重部件在焊前未预热，冬季水车室环境温度较低，焊后冷却速度快，焊接应力必然较大，易产生焊接裂纹。
2.3.3 焊接电流大小的影响。焊接时焊接电流不能过大，否则会使合金元素烧损过多，焊缝过热，造成焊接部位热影响区晶粒粗大；同时焊接电流过大会使焊条发红，药皮提前分解，保护作用将会消失，这些因素都会影响焊缝的机械性能。
3、螺套焊缝开裂的处理
3.1 焊缝裂纹的处理
螺套产生贯穿性裂纹应当和螺套安装时未装配到位直接相关。对于发现的螺套贯穿性焊缝裂纹必须进行彻底处理，否则可能会对机组的正常运行直接造成影响，基本工艺如下：
3.1.1 做好螺套和轴承体相对位置标记。
3.1.2 磨除开裂的全部旧焊缝，从轴承体上取下螺套，保护好螺套接触面完好、无损伤。全面清扫螺套及轴承体安装座孔，清除其表面油渍、杂物及毛刺，配合面要求光滑、平整、洁净。
3.1.3 测量各部装配尺寸，确保配合间隙在设计范围内，做好相关记录。对于螺套和轴承体安装座孔配合间隙了解清楚，对螺套装配相对深度计算准确，以便核对螺套是否装配到位。新更换的螺套配品必须保证配合间隙达到设计要求，否则不得进行安装。
3.1.4用什锦锉、油石将螺套、轴承体安装座孔端口修磨光滑，防止拉伤配合表面；螺套安装配合端面清扫检查，应光洁平整。
3.1.5在每个螺套和轴承体配合端面均匀涂抹红丹粉，小心将螺套装入轴承体（可设计制作专用工装压入）。
3.1.6用专用工具将螺套顶紧，使螺套配合端面与轴承座配合面贴合紧密，用深度尺测量螺套小头端面到轴承体的相对高度并做好相对位置标记；取下螺套，检查配合端面接触情况，接触面应达到80%左右，否则查明原因，进行处理，才能进行下道工序的安装。
3.1.7正式安装时，将螺套和轴承体安装座孔配合面用无水乙醇擦洗干净，焊接面按焊接工艺要求进行处理（见3.1）。
3.1.8将螺套压入轴承体座孔，根据螺套装配相对深度，测量螺套是否装配到位。
3.1.9核查无误后将螺套点焊固定，然后再拆除专用工具，按照焊接工艺要求进行螺套的焊接。
3.1.10焊接工艺参见3.螺套焊缝焊接基本工艺要求操作。
3.1.11螺套焊缝产生的局部裂纹在没有足够处理时间的情况下，可将其焊缝处可见裂纹全部磨除，参照3.螺套焊缝焊接基本工艺要求进行处理。
3.2 螺套焊缝焊接基本工艺要求
3.2.1 焊前仔细清除焊口周围油、水、锈等杂物，将水导轴承体和螺套焊缝焊口处20mm以内渗碳层、氧化层全部打磨至露出新的金属层，以减少焊接时氢的来源。
3.2.2 应当使用碱性电焊条。焊前焊条烘干，使用时放在保温桶中，随用随取。
3.2.3用割枪在螺套焊缝150-200mm范围内将轴承体部分均匀加热至200℃左右开始焊接。
3.2.4采用直流反接法焊接。尽量采用摩擦起弧（这样焊条端部药皮不易脱落），先将焊件的全部焊缝采取小电流、窄焊道（有利于药皮在焊接时所形成的保护气体对熔池金属的保护作用，防止有害气体侵入）分段焊，全部固定住，以减少焊接变形和焊接过热退火，使焊件不易产生较大应力。每道焊缝要搭接在上一焊道的1/3宽度以上。
3.2.5应换位对称焊，不使其局部位置产生太多热量；焊接速度也要适当控制，不能太快。
3.2.6由于水导轴承外形尺寸大，受现场条件限制，不易使用保温的措施消除焊接应力，焊接过程中用锤击法消除焊接应力更容易实施，焊接过程中，从第二道焊缝开始用风铲对焊缝进行锤击，可往复锤2-3次，锤击出麻点即可，以消除焊接应力。
3.2.7螺套焊缝不要整圈不间断焊接，形成封闭型焊缝。封闭型焊缝刚性大，应力大，会因为应力过大而产生裂纹，应当采用分段焊接的方法。
4.结论
螺套装配不到位致使螺套端面配合有间隙或抗重螺栓螺套与轴承体座孔配合间隙超出设计值，应当是造成抗重螺栓螺套焊缝开裂的主要原因，和焊接工艺不合要求也有一定关系，螺套焊缝开裂是这几种因素共同影响的结果；通过几年来抗重螺栓螺套安装、处理工艺的改进，螺套焊缝开裂问题已得到较好的处理，2015年1#机组B级检修发现2个抗重螺栓螺套有裂纹，在2016年4#机组检修只发现一个抗重螺栓螺套有裂纹，取得良好效果。在日常的生产维护巡回工作中应当对水导轴承运行摆度进行百分表测量，和在线监测摆度数据进行对比分析，监测水轮机各部位的振动、摆度值和压力脉动值发现水导摆度、振动异常增大情况要分析清楚原因，应立即停机检查，对发现问题及时进行检查处理，确保机组安全稳定运行。
参考文献：
[1]袁蕊等 《水轮机检修》 中国电力出版社 2004年1月。
[2]高中民 《实用电焊技术》 金盾出版社 2006年1月。
[3]张 诚 《水轮发电机组检修》 中国电力出版社 2012年4月。
论文作者:朱晓东,王军
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/19
标签：螺套论文; 螺栓论文; 轴承论文; 机组论文; 裂纹论文; 端面论文; 安康论文; 《电力设备》2016年第23期论文;