摘要：汽缸是汽轮机的外壳，其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内部完成能量的转换过程，汽缸内安装着喷嘴室、隔板及隔板套等零部件；汽缸外连接着进汽、排汽及抽汽等管道。汽缸一般分为高压、中压及低压三段，其中高、中压段一般采用合金钢或碳钢铸造结构，而低压段可根据容量和结构要求，采用铸造结构或由简单铸件、型钢及钢板焊接的结构。基于此，本文主要对汽轮机低压内缸焊接制造技术进行分析探讨。
关键词：汽轮机；低压内缸；焊接制造技术
1、技术难点
低压内缸大量采用中大厚度钢板，整体尺寸大，刚度分布不均匀，接头形式多种多样，焊接应力的产生和分布极为复杂，导致多种焊接变形及裂纹的产生。经分析，主要有以下6种焊接变形及裂纹趋势：①整体尺寸收缩，易产生长度方向及高度方向的变形。②径向筋板各档之间扭曲、偏斜，导致尺寸与图样不符。③端部垂直法兰中间部分因焊接量大，易产生外涨变形。④进汽口部分如果两边焊接不对称，易发生倾斜。⑤水平法兰钢板较厚，焊接拘束度大，焊接后易产生裂纹。⑥中间持环与水平法兰焊接量大，刚性拘束度大，极易产生裂纹。
2、原材料要求及焊接性
（1）厚材料根据图样要求，主体采用Q390D（GB/T3274）正火板，管路采用P265GH（EN10028—3），附件等采用S355J2+N（EN10025—2）；板厚12~300mm，管径φ22~φ560mm。
（2）焊接性分析以主体采用板材Q390D为例，产品要求化学成分熔炼分析如表1所示。
表1 Q390D化学成分熔炼分析（质量分数） （%）
根据表1中化学成分，可估算出碳当量Ceq≥0.40时，属于有条件焊接的材料，需要采取焊前预热，焊后后热、热处理等特殊工艺手段保证其焊接质量。
（3）制定焊接工艺规程
WPS由于我公司没有符合标准的Q390D材质的WPQR，所以根据图样的材质、板厚范围及坡口形式，我们进行了6组焊接试件的工艺评定（见表2），交由第三方评定并根据ISO15609—1出具焊接工艺评定报告WPQR，然后根据ISO15614—1，编制WPS用于指导焊接生产。
表2 焊接工艺评定 WPQ列表
3.曲型件制作关键点
（1）曲型件特点缸体内部曲型零件较多，主要有锥板和各类管路；锥板角度复杂，需要多次曲型及研配成形；管路类型较多，对接处研配难度较高，间隙与角度的保证有难度。
（2）焊接要求板件对接100%UT检测合格，管路对接需要做RT检测合格。
（3）板件曲型要点以图1曲型板为例，压型时，在零件上按照等分划上一次压型线与二次压型线，通过调节油压机压力并结合工装胎具最终压出此型，曲型时，应不断用样板检查弧度。
图1
（4）管路曲型焊接要点曲型前，须认真标记好每个管节接口线的水平线，并打上样冲眼，以便在组立时找基准研配。对于规则的大直径管路，由卷板机卷曲而成；对于大小口且不规则的管路，分两半卷曲后，对接制造，接口100%UT探伤，附样板研配成图样要求形状；对于小直径管路，则需要注意焊接前坡口需机械加工成形，保证间隙合适均匀，用TIG钨极氩弧焊焊接，焊后RT检测。
4.组焊
（1）结构难点分析第一，缸体内部池环锥板之间间距狭窄，距离在124~246mm之间，较以往内缸结构空间更狭小，焊接操作极其困难。第二，缸体内部的锥板与外部盖板的焊缝要求全熔透，100%UT检测，在狭窄空间内操作困难的条件下，保证焊缝全熔透有一定困难。第三，板与盖板池环之间的焊缝多数为单面坡口，在空间狭小的前提下要求焊缝单面焊双面成形且100%UT检测合格也有不小的难度。第四，内部曲型锥板形状复杂，且与池环、盖板之间都有角度，正确的调整位置角度及研配合适的留量尺寸，对组立工作来说也是个难点。第五，部分管路必须在缸体整体热处理消应力后才能组焊，此时缸体内部零件众多，组装管路会有障碍。
（2）解决方案第一，针对空间狭小操作困难的问题，放弃以往整体组立然后焊接的方案，采用单片锥板组立焊接，探伤合格后，再组立下一块锥板的方案；由于执行新的方案而失去的传统方案结构变形小的优势，采用工装胎具及拉筋控制整体结构变形。第二，针对狭窄空间内要求焊缝单面焊双面成形且全熔透的要求，安排焊接技能高超的焊工进行焊接，实在由于位置原因无法达到要求的焊缝，申请修改为双面焊接（一侧清根），保证全熔透焊缝要求。第三，由于调整了组立顺序，逐层锥板焊接探伤，也解决了焊后探伤操作困难的问题。第四，组立时锥板的角度及研量调整问题，采用工装胎具和多点拉筋的方案，保证角度与尺寸符合图样要求。第五，针对热处理后组装管路问题，提前三维建模，预判出组装中的障碍，分析后对管路采用分段组装，在结构中进行最后断口焊接及探伤工作。
（3）组焊通用要求焊工须根据EN287—1标准或ISO9606—1标准取得焊工资格证后方可上岗。对曲形完毕的管的接缝进行焊接，焊缝无损检测按照EN标准进行。接缝焊接完毕后进行校圆，使其圆弧度符合图样要求。按照焊缝标记图对每条焊缝进行焊工号钢印标识，若无或不清晰，则必须将其打清晰，以便追溯。为减少焊接变形而采取的工艺拉筋，热处理后去除，留下的焊点须完全打磨清除，并且表面还需MT或PT检测。
（4）焊接参数以板对接
（见表3）和管路对接（见表4）为例。
表3 45mm板对接焊缝焊接参数
表4 φ22mm× 3mm管对接焊缝焊接参数
5.检测
（1）尺寸EN13920—1996，尺寸公差（B级）、直线度、平面度和平行度公差（F级）。
（2）焊接质量焊接件表面质量及焊缝质量依据ISO5817级标准，具体参照各部分图样要求。所有焊缝外观检查，不允许存在下列缺陷：烧穿、裂纹、鳞状高度不均、焊缝间断、弧坑及焊肉过小。
（3）无损检测UT、MT、RT、PT及VT具体范围及标准（EN）根据图样要求。
（4）其他结构中有些部位在整体扣盖后，出现探伤人员操作空间狭小的要在扣盖前进行焊缝外观检测及探伤检测，可照相存底。
6.热处理
在热处理之前，需检查以下要求：首先，热电偶必须接触到缸体表面，从多个不同位置测量实际温度。热电偶安装螺栓是否拧好。其次，封闭管件的透气孔是否切割。再次，机械加工的表面是否进行了防护。在热处理后对透气孔进行封焊，对工艺拉筋进行拆卸，打磨。出入炉温度要求：入炉温度≤250℃，加热速度≤50℃/h，热处理温度（600±20）℃，保温4h；出炉温度250℃，冷却速度≤50℃/h。
7.结语
按照上述提供工艺流程的组焊顺序、焊前预热温度和焊接参数进行施焊，可满足汽轮机内缸焊接要求并且此工艺流程作为模板已成功应用于实际生产中，取得了很好的效果。通过对汽轮机低压内缸的焊接制造技术的研究，在传统焊接缸体制造工艺的基础上，改进了低压内缸的焊接工艺，成功研制并完成了复杂缸体的工艺研究，对其他各类缸体的制造具有指导和参考价值。
参考文献：
[1]DL/T869-2012.火力发电厂焊接技术规程[S].2012.
[2]DL/T678-2013电力钢结构焊接通用技术条件[S].2013.
[3]DL/T5210.7—2010电力建设施工质量验收及评价规程第7部分：焊接[S].2010.
论文作者:胡宝成
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
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