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水轮发电机组过流部件汽蚀处理焊接工艺探讨

时间:2020年11月17日 分类:科学技术论文 次数:

摘要:从龙羊峡水电站1#机组检修中重新认识到制定并严格执行焊接工艺在水轮发电机组过流部件汽蚀处理工作中的重要性。正确选择焊接工艺参数是获得质量优良的焊缝和较高的生产率的关键.这就需要在生产实践中去摸索,去体验,从中积累经验,最终掌握操作技能。

  摘要:从龙羊峡水电站1#机组检修中重新认识到制定并严格执行焊接工艺在水轮发电机组过流部件汽蚀处理工作中的重要性。正确选择焊接工艺参数是获得质量优良的焊缝和较高的生产率的关键.这就需要在生产实践中去摸索,去体验,从中积累经验,最终掌握操作技能。

  关键词:水轮机;焊接工艺;汽蚀处理;

焊接工艺

  我们都知道,气蚀对水轮机过流表面的破坏过程会缩短机组的检修周期,增加检修的复杂性,耗费大量的人力、物力,财力,减少发电量。同时我们也认识到,裂纹是焊接作业中十分危险的缺陷,它会在应力作用下扩展到整个焊缝,对机组的正常运行造成极大的危害。有的裂纹还会在焊接过后一段时间内出现,称为延迟裂纹。这种裂纹的危害性更大。在对水轮机尾水管里衬钢板汽蚀进行处理时,在材料方面,如用碳钢焊条修补则不能达到抗汽蚀的目的,按照以往的焊接方法,都是在原母材汽蚀区域堆焊不锈钢层,选用的焊条有A102、A237以及近两年使用的新型焊条0Cr13Ni4MoRe。但是经过比对发现,由于母材钢板和焊条是两种不同的材质,尾水管环境阴冷潮湿、温度低、容易形成大的热应力,在原母材(16Mn)上堆焊不锈钢层,容易出现焊条的熔敷金属与母材难以相熔,更会使不锈钢焊条焊接层与原母材的结合部位发生更严重的破坏。

  一般来说,焊条的选用可参照母材的材质,选用与母材成分相同或相近的焊条。对于强度等级为350-400MPa级的16Mn、15MnV钢,应根据结构的技术要求和刚性等条件,选用酸性焊条或碱性焊条;强度等级更高的普低钢焊接时,则应选用碱性焊条。

  16Mn钢是属于350MPa级的普低钢。常见的焊接方法都可用于16Mn钢的焊接。手弧焊时应采用强度等级为E50的焊条,应用最多的是E5015焊条。对于要求不高的焊件,亦可采用酸性的E5003和E5001焊条。16Mn钢用E5015焊条焊接后,焊缝和接头的机械性能。用E5015焊条焊接16Mn钢,可以达到等强度的要求。

  与低碳结构钢相比,普低钢焊接时,热影响区容易淬硬,对氢的敏感性强,焊接应力较大时,焊接接头易产生各种裂纹。此外,在焊接热循环的作用下,使焊接接头的组织和性能发生变化,增大了脆性破坏的倾向(特别是厚板结构)。因此,这类钢焊接时的主要总是是裂纹和脆化。焊接线能量较大时,可以防止淬硬组织,但却易于产生魏氏组织;焊接线能量较小时,则相反。因此,对于不同的钢种,应该分别选择不同的焊接工艺参数。

  由于机组运行时间较长,运行工况(水头、负荷等)多变,常使机组偏离最佳工况运行,从而导致转轮、叶片、尾水管等部件产生裂纹、汽蚀甚至补气管撕裂脱落等危及电站安全运行的危险。在龙羊峡龙羊峡水电站1#机组检修中,检查发现泄水锥(材质为16Mn)被撕裂脱落五分之一、1#和3#补气管右下侧里衬钢板(材质为16Mn)被撕裂脱落和凑合节一周焊缝开裂以及在泄水锥(材质为16Mn)、叶片(材质为0Cr13Ni6Mo)、补气管(材质为1Cr18Ni9Ti)等部位出现三十余条裂纹。

  在凑合节(材质为16Mn)汽蚀区域的补焊和裂纹处理中,由于没有制定严格的焊接工艺, 在焊条的选用上出现了差异,焊接结果也出现了明显的不同。一部分工作人员选用J507焊条进行焊接,一部分人员使用0Cr13Ni4MoRe马氏体不锈钢焊条焊接。在完成一个工作日之后,发现选用0Cr13Ni4MoRe焊条焊接凑合节的裂纹,大多数裂纹没有处理成功,进行了多次处理;而选用E5015也就是我们常常使用的J507焊条焊接后没有出现裂纹,但是每次检修必须处理大面积的汽蚀区域。经过反复实践,在凑合接部位使用不锈钢焊条、并选用合理适用的焊接工艺焊接过度层,会大大降低工人的劳动强度,改善尾水管里衬的工作状况。

  而在泄水锥裂纹的处理上,选用小的焊接参数如:小的焊接电流、小的焊条直径、较快的焊接速度等,选择分段焊接和多层多道焊的工艺进行操作,在焊接过程中采用捶击焊缝的方法消除应力。在处理叶片裂纹时,我们的工作人员严格执行了检修规程中对汽蚀磨损及裂纹处理的焊接工艺,选用和叶片材质相匹配的A237焊条,并在出现裂纹的叶片上进行焊前预热、焊后热处理的工艺,并严格执行检修规程,对出现裂纹的部位清根、处理渗碳层、加热、焊接、保温、消除应力等工艺程序。并对焊接部位按原型打磨,裂纹一次处理成功,取得了很好的效果。

  水轮机补气短管2006年由原来的16Mn优质低合金钢更换为1Cr18Ni9Ti不锈钢补气短管,补气短管支撑椎管为1Cr18Ni9Ti不锈钢,补气短管固定底座为16Mn优质低合金钢,在拼装时选用A237不锈钢焊条焊接,并严格执行烘培焊条并用保温桶保温焊条、焊前预热、焊后保温缓冷的工艺,取得了好的效果。焊前预热的工艺是防止冷裂纹、热裂纹和热影响区出现淬硬组织的有效措施。例如16Mn钢作T形接头焊接裂纹试验,在温度低于-15℃施焊时,几乎全部发生淬硬及冷裂。经预热150℃后施焊时,则冷裂纹消失。

  实践表明,整体高温回火可以将80-90%的残余应力消除,效果最好。焊后立即对焊件的全部 ( 或局部 ) 进行加热或保温,使其缓冷的工艺措施称为后热。后热的目的是避免形成硬脆组织,以及使扩散氢逸出焊缝表面,从而防止产生裂纹。焊前严格按照说明书的规定对所用焊条进行烘焙、焊前清除焊件上的油污、水分,减少焊缝中氢的含量、选择合理的焊接工艺参数和热输入,减少焊缝的淬硬倾向、焊后立即进行消氢处理,使氢从焊接接头中逸出。

  对于淬硬倾向高的钢材,焊前预热、焊后及时进行热处理,改善接头的组织和性能,采用降低焊接应力的各种工艺措施,保证了焊接工艺的完整性,减少了焊接缺陷的产生和存在空间,焊缝质量完全可以保证,也是保证检修质量的最佳选择。经过选用不同焊条进行焊接的结果对比发现,选用小直径的焊条、选择小的焊接电流,选用合适的焊接速度施焊,就能掌握热输入的大小,就能控制焊接缺陷的出现。而焊前预热和焊后热处理两种工艺在焊接工作中也是必不可少的减少或者防止缺陷出现的重要工艺措施。

  焊接论文范例:浅谈焊接变形的控制及火焰矫正方法

  在配合水工对里衬钢板预基础环之间形成的空腔部位进行灌浆做打压实验时,也对我们的焊接质量进行了全面的检验。打压时大多数焊缝和不锈钢堆焊面有刺水现象,需要补焊。首先,这里有水轮机尾水管母材在长期汽蚀环境下工作以及反复焊接导致母材性能降低引起损坏,但是在经过处理的焊缝出现明显的裂纹,就不仅仅是母材的问题了。有些焊缝有很明显的焊接缺陷存在,如:气孔、夹渣、弧坑等,焊工在操作中偶尔会在焊件上随意引弧,这些都会严重削弱焊缝强度,降低焊接接头力学性能,产生应力集中,甚至会产生裂纹,导致焊接结构的破坏。况且,钢结构在经过多次焊接或者切割后它的性能将会大大降低。

  因此,严格参照焊接工艺实施焊接、选择合适的焊条、合适的焊接电流等焊接工艺措施,并严格执行焊前预热和焊后热处理既能减少反复处理焊接区域的概率,也是保护里衬钢板性能的好办法。焊接质量同样也是可以保证的,同时,工人在潮湿环境下作业时间长、工作量大的矛盾也得到了解决。

  作者:赵发秀

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