摘要：白鹤滩水电站作为机组单机容量(百万千瓦）世界第一、总装机容量国内第二的巨型水电站，其质量目标为打造国内外顶级精品工程。无论在尺寸规格及制造质量精度要求上，都为水电站发电机定子机座有史以来最高要求。结合公司资源配置情况，从原材料订购、检验、下料、拼装、退火处理、加工、定子机座整体拼接、调整、二次切割、防腐、运输交货等制定一系列技术，形成具有特色的百万级机组发电机定子机座制造工艺技术，确保白鹤滩水电站发电机定子机座的制造精品质量要求。
关键字：百万机组；定子机座；拼装；焊接；机加工。
1 引言
白鹤滩水电站作为机组单机容量(百万千瓦）世界第一、总装机容量国内第二的巨型水电站，其质量目标为打造国内外顶级精品工程。白鹤滩左岸发电机组外形尺寸为Φ20.7米*7.7米，单套重量为249吨，最大板厚125MM，最薄板厚15MM，整个定子机座分成18个斜立筋和9层环板组成，层间用筋板串联焊接，制作加工后分部发货，现场组焊成整体，分9瓣运输，单瓣尺寸为：7.5*6.7*2.2米，为超大件运输。定子机座为环形薄壁结构，且结构尺寸大，焊接过程容易变形，加工精度要求极高。各环板内径公差在-1至+3MM，下环板周向平面度为1MM，径向平面度为2MM，整体平面度6MM，斜立筋垂直度2MM，下基础板平面至下环板平面度公差为±3MM。
百万机组定子机座制造并无前期经验可借鉴，质量要求为精品工程，其制造技术成功案例具有较大的推广价值。
2 制造工艺
2.1 制造工艺流程图
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2.2 详细制造工艺
2.2.1 材料进厂检验
所采购材料的机械性能和化学成份符合国家标准、合同文件、设计要求的规定，对进场材料进行探伤、机械性能和化学成份复验，所有钢材进厂时进行外观质量检查：钢材无鼓包、卷角、扭曲等变形，表面无凹坑、划痕等创伤，对不合格材料不能使用。
2.2.2 下料
严格按下料工艺图划线，下料时将个各环板内圆和外圆分别预留20MM配割量，待定子机座整体拼焊及调校合格后，内圆和外圆放样切割基准线进行切割。部件下料前采用数控切割机喷粉检查，完成后用油漆和样冲眼分别标示出各部件序号、坡口角度、切割线等标识。切割后的边缘不得有裂纹、夹层和夹渣等缺陷。
2.2.3 下环板预制
下环板按照设计图纸分为9瓣进行拼装，对各项尺寸进行检验，合格后进行加固并点焊。对每瓣下环板进行编号，然后下环板进行整体焊接。先焊筋板与围板间立缝，再焊筋板与下环板间焊缝，最后焊接围板与下环板间焊缝。在圆周方向上分区域对称施焊，双面角焊缝要对称施焊。焊接完成后，对其焊缝进行检测，合格后吊至退火炉进行退火消应。
退火后对其焊缝再次进行检查，合格后将下环板单瓣进行校正，校正主要采用1200T自制油压机或局部采用火焰校正，校正合格后，划线配割余量（约30MM）完成后解体并将余量进行切割。
将切割完成后的下环板单瓣吊上落地镗床（或数控平面铣床）平台进行下环板平面加工，保证加工面粗糙度RA12.5。
2.2.4 斜立筋预制
按照设计图纸和工艺图纸对斜立筋进行拼装并加固，然后进行整体焊接，采用对称施焊（翼板在焊后龟背不得超过4MM）。焊接完成后，对其焊缝进行检测，合格后吊至退火炉进行退火消应。
退火后对其焊缝再次进行焊缝检查，合格后采用1200T自制油压机或局部采用火焰校正。
加工前，相关质量人员应对加工设备精度进行评估及确认，确认后进行试加工，其检测结果应形成记录备案，合格后方可进行正式加工。
将划线完成后的斜立筋吊上200落地镗床平台，按加工基准点进行校正斜立筋并进行加固与夹紧，校正合格后进行粗、精车加工上、下板平面。平面加工后进行钻铰4-Φ50MM孔，主要采用整体把合配钻方式进行，铰制孔分三个工序进行完成，先进行通孔配钻，通孔配钻完成后进行粗铰并严格控制余量及精度，粗铰后进行精铰，精铰应严格工艺卡控制铰制切削量及速度，最终铰制孔偏差0~+0.039MM，并配对编号标记。
2.2.5 定子机座整体组拼
整体组拼前先进行组拼平台搭设，保证整体平台水平度≤2.0MM。
先在平台上进把下环板组拼，调整下环板上水平度（整体水平保证在2MM之内，并且外圆的水平必须比内圆的水平低1MM），下环板内、外圆每隔3M 与平台间焊接100MM×10MM 角钢作临时支撑。
在下环板放样出+Y/+X/-Y/-X轴线，再在下环板放样出下环板内径R8405MM线并放大2MM，在下环板上平面划出其他环板R8800MM圆弧线并放大2MM，再划出每瓣的斜立筋装配基准向心轴线；然后再划出首层筋板装配位置线；进行斜立筋的拼装。拼装时控制其上下基础面的平面度要求，尤其是垂直度的控制，同时控制斜立筋底部高度尺寸1395MM控制在±1MM,全圆斜立筋底部平度偏差≤2MM,高度方向的整体外侧和侧面两个方向的垂直度≤2MM,斜立筋中心线至定子机座圆心R9435MM,放大2MM定位装配。
然后拼装下环板上筋板，依次从下向上进行中环板及环板筋板的拼装，最后拼装上环板（上环板暂时先不焊接，待焊接完调校定子机座时再焊接，这样可以保证上环板的水平），各环板圆心应保证与下环板同心度≤1MM（各环板内圆和外圆含配割余量20MM），采用经纬仪放样出各环板中心，并采用自制工装进行圆心标记，便于检测和保证环板同心度要求。
斜立筋位置封闭腔围板及隔板拼装前进行喷砂防腐处理（底漆），防止拼装焊接完成无法进入进行防腐，围板待整体焊接机校正完成后，将各环板外圆放样切割后进行拼装。
组拼完成后进尺寸的检查，定子机座制作质量应满足合同文件及设计图纸要求，并达到业主精品质量要求，其斜立筋制造质量主要内控表及精度如下：
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2.2.6 焊接工艺
2.2.6.1 焊接材料及规范
手工焊 Φ3.2焊条：100A-135A，19V-24V；
手工焊 Φ4.0焊条：110A-180A，19V-24V；
气保焊 ER50-6焊丝：Φ1.2MM 110A～220A，19V～30V；
2.2.6.2 焊前准备及要求
焊工须持证上岗，按照对应的WPS焊接工艺文件施焊；
焊前必须按照WPS的要求对工件进行焊前预热，对焊缝区两侧不小于50MM范围内清理打磨干净；
预热后先将工件搭焊牢固，包括定位焊，搭块、工艺支撑等，焊接过程中随时检查各个定位焊，搭块、工艺支撑等的焊缝是否开裂，发现开裂应立即停止施焊，将缺陷、裂纹处理干净后再施焊；
焊前对坡口及两侧10~20MM范围内的铁锈、熔渣、油污、水迹等进行清理。
焊条的使用，按说明书规定进行烘干，烘干好的焊条存放于100~150℃保温筒中，随取随用；如放置在空气中超过4小时以上，需重烘，且重烘次数不超过2次。
2.2.6.3 焊接变形与质量控制
1）焊接顺序
因定子机座分成9部分，为了控制焊接变形，安排9名焊工、每人1瓣同时同层均布焊接。焊接时采用合理的焊接规范和焊接顺序，按照先立后仰再平的原则进行，每一层均同时进行。具体流程可按如下进行：尺寸检验合格→加固(含拉筋)→筋板焊接（先仰焊、后平焊）→同层焊接(中环板、上环板在斜向筋处的对接缝→上环板、中环板、下环板与斜向筋的组合焊缝)。焊接中环板、上环板对接缝时，先进行最中间层中环板焊接，按要求在仰焊处气刨开坡口并将杂质打磨干净，再进行背缝处平焊气刨清根，其它层上、中环板方法和顺序与最中间层类似相同。
在焊接下环板与斜向筋的组合焊缝时，每人对称同时同层按照同一方向进行跳焊。先在下面仰焊约3层焊道，然后在上面气刨清根并打磨干净后，平焊3～4层，再仰焊、平焊交替进行，具体根据变形情况调整仰焊、平焊的焊接顺序。此层下环板与斜向筋的焊缝全部焊完后，先进行焊缝外观检测和抽样PT检测，合格后进行整体局部热处理，随后再进行100%UT和100%PT,合格后再进行其它上环板、中环板与斜向筋的焊接。
在焊接过程中实时进行监测，采用水准仪、全站仪对各环板、斜立筋等平面度、垂直度进行测量，以及各环板内径、外径等变化，根据检测结果和变形情况适当调整焊接的位置和顺序。
2）内部质量控制
焊前检查拼装坡口间隙，坡口根部间隙不大于1MM，每焊接一层必须将焊缝表面的浮渣清理干净，必要时可采用打磨的方式清渣；
当风速过大或环境相对湿度在90%以上时，焊接处应设立可靠的防护措施，保证焊接处不受风力的影响和焊接处有所需的足够的温度；
3）质量过程控制
严格按图纸规定对焊缝外观进行控制；在焊缝盖面时必须盖过每边坡口宽度2～4MM，且平缓过渡；盖面时先焊两边，最后焊接中间；对焊缝余高超高处和焊缝接头处，焊后打磨修整。
要求：斜立筋与下环板组合焊缝焊接完成后，需打磨满足图纸圆弧要求。
2.2.7 退火消应工艺
按设计图纸要求，下环板、斜立筋需要进行整体退火，退火在退火炉（长*宽*高：12M*6M*6M）进行。具体工艺如下：
焊件在炉内整体热处理的加热速度、恒温时间冷却速度按下列要求执行。
焊件入炉时，炉温应低于300℃（室温）。
构件在退火炉中的加热速度：开始按升温50℃/H，且各部温差不大于50℃，预防结构变形，升温至300℃后，加热速度不超过220×25／ΔMAX℃/H，且≤200℃/H，式中ΔMAX最大板厚，当温度在580℃时，实行恒温。
保温时间：焊件加热到规定温度后开始保温，保温时间不少于 6小时，保温时各部分温差不超过50℃。
冷却速度：炉温在300℃以上时，允许最大冷却速度为：275×25/ΔMAX(℃/H)，既冷却速度不超过130℃/H，最小冷却速度可为：50℃/H。
当炉温降至150℃以下时方可出炉空冷。
热处理曲线：
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2.2.8 环板二次切割
定子机座经焊接及校正检测合格后，对各环板内径及外径进行放样切割线（内圆-2MM，外圆+2MM），放样完成后，采用改造的半自动切割机和自制弧形工装对环板内圆配割量进行切割，切割完成后对切割部位进行打磨光滑处理。
2.2.9 防腐
定子机座防腐在防腐车间（长*宽*高：30M*14M*10M）进行,能满足定子机座单瓣防腐要求，防腐严格按照《0.919.268 白鹤滩项目水轮发电机涂漆工艺规程（A版）》及《DB1656-2015 立式水轮发电机组涂漆规范》执行。
底漆：HP066铁红色环氧防锈底漆，干膜厚度30微米;
中间漆：P155环氧厚浆防腐漆，干膜厚度40微米;
面漆：EP155环氧厚浆防腐漆，干膜厚度80微米;
干膜总厚度：150微米。
2.2.10 编号验收出厂
防腐验收合格后，按要求喷写标识牌并用油漆笔清晰填写相关内容，经监理方认可后才能出厂。
3 结束语
白鹤滩定子机座现已基本交货完成，满足精品质量要求，实现了白鹤滩水电站水轮机埋件制造精品工程要求，得到三峡业主、东方电机集团等单位的众多好评，同时为百万机组定子机座制造技术应用和推广提供理论和实践经验，其制造焊接工艺具有较高的实际应用价值，经济效益和社会效益明显，具有广阔的推广前景。
作者简介：
邝任廷、男、汉族、湖南省郴州市永兴县、本科肄业、工程师、中国水电八局西昌八局机电建设有限责任公司、总工程师、从事水电金属结构制作与安装技术质量管理工作。
廖勤、女、汉族、本科、助理工程师、中国水电八局西昌八局机电建设有限责任公司、副主任、从事水电金属结构制作与安装经营管理工作。
论文作者:邝任廷,廖勤
论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期
论文发表时间:2020/3/16
标签：机座论文; 定子论文; 上环论文; 质量论文; 白鹤论文; 机组论文; 平面论文; 《电力设备》2019年第21期论文;