摘要：本文介绍了乌东德左岸水电站水轮发电机转子支架在现场组装焊接工艺，阐述无骑马板、无外力约束下控制转子支架焊接变形、防止焊接裂纹所采取的工艺措施。因转子支架组装焊接后对转子中心体水平、主立筋绝对半径、立筋弦长等精度要求高，整个圆盘支架现场组装及焊接工艺技术要求高，所以，转子支架焊接作为发电机组安装过程中一个重要环节来控制，我在施工完成乌东德电站左岸水轮发电机组转子支架二台后，做简单的经验分析。
关键词：发电机、转子支架、现场焊缝、焊接、工艺
1概述
乌东德电站6#-1#水轮发电机组设备由福伊特厂家制作供货，其转子主要由圆盘支架、磁轭、磁极组成，转子上部与上端轴连接，下部与发电机轴连接。连接方式均为法兰连接。转子支架采用斜立筋结构，立筋采用 V 型结构，由一个中心体和6瓣支臂组装而成，支臂内筋板与中心体外筋板母材为S460Q，支臂内侧环板拼缝母材为S550Q，支臂外侧环板拼缝母材为 Q345D+N。中心体高3930mm，组装后的圆盘支架半径为7598mm（主立筋平面）。转子支架（不包括磁轭、磁极）重434T。
转子支架采用斜立筋结构，与转子中心体通过立向焊缝连接；支臂与支臂之间通过径向焊缝连接。中心体与支臂焊接腹板厚度分别为75mm和50mm，支臂上下环板厚为100mm（内侧）--40mm（外侧）。坡口形式， 其中立向焊缝为不规则“X”形坡口，见图1-1；支臂与支臂间径向焊缝为“X”形坡口见图1-2。转子支架焊接工作量大，且焊缝质量要求高；整个支架现场组装及焊接工艺技术要求高；转子支架组装焊接后对转子中心体水平、主立筋绝对半径、立筋弦长等精度要求高。为保证设计对几何尺寸的要求，控制焊接变形是本工艺所解决的重要技术难点问题。
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图1-1 中心体与支臂焊缝坡口
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图1-2支臂与支臂焊缝坡口
2编制依据
2.1 乌东德电站VOITH发电机转子支架设计图纸。
2.2 VOITH转子支架现场焊接工艺大纲。
2.3GS 2-01023015 焊缝检验及验收标准。
2.4 焊材管理等相关焊接技术规范和标准。
2.5ASME《锅炉及压力容器规范》第九卷。
2.6 监理及设备厂家有关本项目的现场工作联系单等及技术交底。
2.7 我公司在其他大型水电站同类型水轮发电机转子焊接积累的成功经验。
3焊接技术总则
（1）所有焊接坡口必须打磨并进行磁粉或者着色检验（优先采用磁粉检验）。在装配前，所有的线性显示必须采用打磨去除并重新检验，然后按照规定进行焊接修补。必要时进行UT检查。
（2）定位焊前必须预热。所有定位焊应至少2层且不小于10-15mm，定位焊焊缝长度约为60-80mm、间距为300-400mm，定位焊焊缝大小不应超过正式焊焊缝大小的约2/3。定位焊缝应焊接在清根侧焊缝位置。
（3）如果焊接接头形式允许，必须使用起弧板和熄弧板。如果未采用起弧板和熄弧板，如在接头中间的焊道，则在被下道焊缝覆盖前，必须将焊缝端部打磨平缓过渡并露出完好金属，确保端部无裂纹。
（4）每层焊后应去除焊渣才能进行下道焊接，如果有夹渣及咬肉需打磨清理后方可进行下道焊接。
（5）焊接过程中应力消除:在每一道焊缝焊后必须立即锤击消除应力，打底的3层及盖面焊缝不得锤击。为了避免锤击产生裂纹，锤击用的榔头头部必须是圆的，其圆弧半径不小于5mm。锤击部位必须在焊道的中间，不得锤击焊趾部位，锤击应轻轻的沿着焊缝方向进行直道焊缝表面出现均匀麻点为止。焊接完成后应立即进行，否则取消。
（6）立焊的焊接方向应是向上，即爬坡焊接。
（7）临时和辅助焊缝。对于临时和辅助焊缝也必须进行预热，这些焊缝可以采用火焰或碳刨打磨去除。不允许采用锤击方法去除这些焊缝。去除打磨平整后表面进行MT或PT检查。
（8）焊缝装配间隙不应超过3mm，如超过3mm则应在根部进行堆焊至间隙不大于3mm方可进行封底焊接。堆焊工艺应与正式焊缝要求相同。不允许在焊缝以外的地方进行起弧，如有必须打磨探伤。
（9）焊接环境要求。若出现以下环境，除非采取有效措施，否则不允许进行焊接。a.环境相对湿度高于90%。b.手工电弧焊时风速高于10m/秒。
（10）焊道摆宽不宜超过焊条直径的3-4倍，也可采用镶边焊。
（11）焊条存放在便携式保温筒中，随用随取，取完焊条便携式保温桶封盖；焊接过程中不允许手持焊条，保温桶应接电源保温。烘干后的焊条存放在便携式保温筒内的时间不得超过4小时。超过允许存放的时间，在使用时应重新烘干，重新烘干次数不应超过两次。
（12）为满足以上环境要求，转子支架焊接前，沿转子一周搭设防护棚。
4焊接方式
根据VOITH厂家供货焊材情况，转子支架焊接采用手工焊条电弧焊（SMAW）,在以下二种情况下使用Q3.2焊条。
（1）仰焊、立焊焊接前二到三层。
（2）平焊时打底焊。
5焊接人数及焊接材料
（1）转子焊接采用的焊工人数为11-12人。
（2）根据转子支架各部位材料不同，分别选用以下焊接材料。
转子中心体件外筋板与转子支臂件内筋板母材为S460Q；焊材为GB E6015(AWSE9015)。
转子支臂内侧环板，母材S550Q；焊接材料为GB E7015(AWS E10015)。
转子支臂件外侧环板，母材Q345D+N；焊接材料为GB E5015(AWS E7015)。
其它附件母材为Q345D/Q235D；焊接材料均为GB E5015(AWS E7015)。
6焊接设备及工器具
12台逆变焊机（ZX7--400）及2台（ZX7--630）刨机；1-2台空压机；加热板176块，焊条烘烤箱2台，保温桶12个，超声波探伤仪1台，角磨机12台，风铲12把，数字式测温仪2把。
7焊工资质
（1）用于焊接这些焊缝的焊接工艺必须由负责这些工作的施工单位按照中国标准或ASME第九卷进行评定合格，必须提供相应的焊接工艺评定报告和焊接工艺说明书。
（2）焊工必须按照中国标准或ASME第九卷评定合格并在有效期内，在焊前应向VOITH及监理提供相应的焊工资格证书。
8焊前准备
（1）转子中心体和支臂焊接之前，清理焊缝及焊缝两侧100mm范围内（包括永久垫板与母材贴合面）直至无油污、油漆、铁锈、毛刺等杂物，露出金属光泽。
（2）焊条的保管、烘烤、发放、使用及回收严格执行JB/T3223-2017《焊接材料管理规定》及焊条使用说明书的要求。焊接施工现场应设置专门的焊条管理员，负责焊条的保管、烘干、发放和回收，并作好详细的记录。
（3）焊条在使用前必须在350℃-400℃烘烤1-2小时或按焊条说明书上指定的温度烘烤1～2小时，烘干后的焊条应保存在100℃～150℃的恒温箱内，随用随取，焊工应备有焊条保温筒。
（4）焊接加温要求：预热时必须均匀加热，预热区的宽度应为焊缝中心线两侧各3倍板厚，且不少于100mm，其温度测量宜用表面温度计，在距焊缝中心线两侧各50mm处对称测量，每条焊缝测量点不应少于3对。加热片的铺设必须考虑不防碍焊接操作。焊接后加温到250℃保温4h。焊接过程中，必须每隔15分钟测量一次，控制层间温度不超过200℃。所有的加温记录必须作好详细记录。焊前应搭设好防风设施、焊接脚手架，作业平台周围应搭设安全网和防护栏。
（5）在焊缝的端部安装引、熄弧板，以保证焊缝端部的内部质量。
（6）焊前在各焊缝两侧处，打上测量焊接变形及焊缝收缩的参考点（样冲点，用游标卡尺测量）；挂钩的上翘可在其底部装百分表监测或在焊缝两侧基础板上各立一基准样点，然后在基准物和座板上分别打上样冲点，用千分尺测出两点之间的值作为后续焊接控制变形的基准。
（7）上述工作完成后，对转子进行整体测量检查，检查项目如表-1所示，将测量的结果作好详细的记录并作为以后控制焊接变形的依据。
表-1
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（8）焊前各焊缝依据板厚不同，需采取不同的预热温度，预热温度见表-2：
表-2
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（9）焊后应立即进行后热处理，支臂外侧环板拼缝为Q245D+N无需后热处理。成立焊接监控小组，对焊接过程进行监测和记录。
9焊接参数
焊接时严格控制焊接线能量输入，单层焊道厚度不大于8mm，具体焊接工艺参数如下表-3：
10转子支架各焊缝焊接顺序及焊接工艺
10.1焊接顺序
焊前（焊缝间隙大于5mm时在清根侧进行堆焊处理，对坡口角度过小的修正坡口至合格，修正、堆焊完成打磨检查合格后）→定位焊→温度降至室温测量、调整→根据测量尺寸转入正式焊接→支臂筋板与中心体之间立缝的焊缝焊接→支臂间环板焊缝焊接。
表-3
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10.2支臂筋板与中心体立缝焊接
立向焊缝共计22条分别编号1至22号，安排11名焊工圆周对称焊接，一名焊工负责2条立缝。
先对单数焊缝预热至规定温度100-120℃。从焊接开始后的全过程温度始终不低于预热温度。先焊单数焊缝大坡口侧，当焊量大于20mm后对焊缝进行后热，后热温度为250℃（保温4h）；后热完成后，温度降至预热温度时，清根、刨缝、打磨，做MT探伤。再对偶数焊缝进行焊接，过程与单数焊缝一致。反过来进行单数焊缝背缝焊接当焊量达到正缝焊量时，根据角变形决定焊哪侧直至焊完单数焊缝。完成后进行外观检测，外观检测合格后后热。偶数焊缝背缝焊接要求与单数焊缝一致。注意：每层焊接接头相互错开30mm。当天所焊焊缝焊接完成后立即进行后热温度为250℃，（保温4h）；若未焊完则对焊缝进行保温，保温温度不低于预热温度不高于200℃。
焊接顺序见图10-2所示。
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图10-2 焊接顺序
10.3支臂环板径向焊缝焊接
此焊缝12条，安排12名焊工焊接，沿圆周对称分布施焊，且要求上、下对称同步焊接。
（1）焊接过程：
①按要求预热至规定温度100-120℃。从焊接开始后全过程温度始终不低于预热温度，不高于200℃。
②焊接环板上、下平焊接焊缝，外环板焊量大于15mm，内环板焊量大于30mm，对背缝清根、刨缝打磨，MT检测合格后对上下环背缝进行焊接，根据角变形双面交替焊接至焊完，外观检测合格后，后热。注意：每层焊接接头相互错开30mm。
③焊接时因母材不同应重点注意采用与母材相匹配的焊材进行焊接。
焊接过程中，要严格控制翼缘板的波浪度。同时，上、下翼缘板对接焊缝的横向收缩量的大小对转子的整体水平度、圆度、挂钩平面与中心体法兰面的高差影响很大。因此，要加强焊接过程中的监测。在焊缝打底完成，25%、50%、75%、100%的焊接量完成后，均必须进行测量，根据测量结果来调整焊接顺序。
（2）焊接要求：
①所有焊工要求保持同一焊接速度。
②采用分层分道分段退步焊，分段长度及焊接方向下图所示：
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③先焊接厚板的分段完成后焊接薄板的分段。
④相邻焊层方向必须相反。
⑤焊接过程中，随时监控焊接变形，根据变形及时调整跳焊顺序，并配合整体焊接。
⑥接顺序分步完成。
⑦所有焊缝都必须在焊接完后进行后热处理，250℃（保温4h）后缓慢冷却。
⑧所有背缝清根打磨后做MT，所有焊缝焊接完成并外观检查合格后根据图纸及监理要求做MT、UT。
11焊接变形的监控与对策
11.1 焊接变形的监控
（1）准备必要的测量工器具：水准仪、钢卷尺、钢板尺、内径千分尺等。
（2）成立专门的变形监控小组，负责对转子支架进行焊前、焊前加固后、焊接过程各阶段、焊接后的变形进行随时测量，以此作为调整焊接顺序的依据。
（3）焊接变形测量的各项目包括：挂钩至中心体下法兰面的高差、中心体水平、支架下挠度、立筋半径、立筋圆度、立筋弦长。
（4）每天例行的测量：每天焊接工作结束后，降温。第二天早上开焊前即进行测量，依据测量结果定出当日的焊接部位及相应的焊接措施。
11.2焊接变形的对策
焊接过程中，出现焊接变形过大时，应立即分析产生的原因，采取相应的对策，例：调整焊接顺序、改变焊接参数、焊接方向、跳焊顺序、焊工人数；并控制焊接热输入；控制层间温度；采取消应等措施。
12焊缝缺陷的处理和焊补
（1）焊缝内部检验发现超标缺陷，应详细记录缺陷的大小、位置、并判断缺陷的性质。缺陷返修时，应认真分析原因，并制订措施后报厂家、监理工程师批准后方可进行返修处理。
（2）焊缝内部缺陷，用碳弧气刨或砂轮机将缺陷清除，并用砂轮修磨。焊补前应确认缺陷已完全清除，应采用PT或MT等辅助手段来进行。
（3）同一部位的返修次数不宜超过2次，超过2次后的焊补，应制订可靠的返修工艺措施，经项目部技术负责人批准，并经厂家、监理认可后，方可焊补，并做好记录。
（4）返修时所采用的焊接工艺与焊条应与原焊缝相同；焊接缺陷的返修工作应由持有效合格证书且技能水平较高的焊工承担。
13 结束语
通过对水轮发电机组转子支架焊接过程控制，使我在焊接方面积累了大量的实践经验，结合学习焊接方面的理论知识，使我领悟到焊接方面更深层次的知识，我会在以后的工作中不断进取，将我所学充分应用到工作之中。
参考文献：
[1]《水轮发电机组安装技术规范》
[2]《焊材管理等相关焊接技术规范和标准》
[3]ASME《锅炉及压力容器规范》第九卷
[4]《GS 2-01023015 焊缝检验及验收标准》
论文作者:杜清林
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/2
标签：转子论文; 支架论文; 焊条论文; 测量论文; 温度论文; 焊工论文; 东德论文; 《基层建设》2019年第27期论文;