中压外缸下半—再热蒸汽进口弯管装焊工艺优化

中压外缸下半—再热蒸汽进口弯管装焊工艺优化

王晓宇

中国第一重型机械股份公司铸造厂，黑龙江 齐齐哈尔 161041

摘要：针对汽轮机中压外缸下半生产过程中，与附属件再热蒸汽进口弯管装配、焊接难度大问题，通过分析产品结构、装配难点、焊接难点，调整装配操作方式，优化焊接工艺参数，细化焊接流程，保证焊后尺寸合格、焊缝射线探伤合格。

关键词：铸钢件；焊接；射线

公司承揽的某汽轮机公司中压外缸铸件，是汽轮机组中承受高温、高压的核心部件。中压外缸材质为ZG15Cr2Mo1，附属件再热蒸汽进口弯管材质为ZG13Cr10Mo1W1VNbN-Ⅱ，属合金钢[1]。毛坯生产过程中，中压外缸下半和弯管分别铸造、热处理、加工，然后组焊并探伤合格后交货。中压外缸与弯管装焊后尺寸要求严格、异种合金钢焊接难度大、焊后射线探伤要求高，通过分析产品结构、装配难点、焊接难点，调整装配操作方式，优化焊接工艺参数，细化焊接流程，保证了焊后尺寸合格、焊缝射线探伤合格。

1 中压外缸及附属件弯管技术要求

1.1 化学成分

中压外缸要求材质为ZG15Cr2Mo1，其具体化学成分见表1。

表1 化学成分

注：1）Mo的含量按0.95%控制。2）炼钢时禁止加Al。

弯管要求材质为ZG13Cr10Mo1W1VNbN-Ⅱ，其具体化学成分见表2。

表2 化学成分

1.2 力学性能

中压外缸附铸试块常温力学性能指标要求见表3。

表3 力学性能

弯管附铸试块常温力学性能指标要求见表4。

表4 力学性能

1.3 探伤标准

管口焊缝射线探伤按B/Z93.301执行。

2 中压外缸—弯管装焊难点分析

中压外缸下半，基本为对称结构，其再热蒸汽入口需对接装焊再热蒸汽进口弯管，每件缸体焊接两件弯管。

2.1装配难度大

缸体管口与弯管管口的装配精度要求非常高。装配时需预留6mm 间隙，内贴衬环（可以自行准备合适分段铁皮即可），弯管自由端中心线与缸体轴线的夹角为8.5°；缸体管口与弯管管口的坡口钝边厚度各为1.5mm，而弯管净重为6.2 吨，钝边不足以承受弯管自重；弯管本身外形为90度，空间调平非常困难。

2.2对接焊接后易产生变形

弯管坡口外径为∮1400mm，坡口深110mm，周向焊接量较大，焊接应力较大，焊后不易保证原始的装配尺寸。

2.3焊缝位置易产生裂纹缺陷

中压外缸下半的材质为ZG15Cr2Mo1，弯管的材质为ZG13Cr10Mo1W1VNbN-Ⅱ，属异种材料焊接，焊后在焊缝及焊接热影响区位置容易产生裂纹缺陷。

2.4焊缝需进行射线检查，难度大

该管口壁厚较大，焊接射线检查难度大，且修复非常困难。

3 中压外缸—弯管装配方案

3.1管口坡口检查

将缸体管口坡口、弯管坡口处做焊前UT、PT探伤，合格后进行RT检查，确保在焊接接管前缸体管口母材和弯管母材RT检查合格。

3.2 装配准备

将弯管管口的“十字”中心线和对应中压外缸管口的“十字”中心线，用冲眼打好印记，用于装配定位，保证满足图纸要求的8.5°夹角。

钢板下料并加工楔形垫块，每个弯管4 个，按数配齐；另准备吊装带及翻转和放置弯管用木方若干。

在弯管坡口位置预先焊接4 个垫块（每隔90°一个），用于支垫及控制预留间隙，如图1。

图 1

3.3装配

中压外缸中分面向下，放置在平台上，水平调平。

将衬环与弯管、缸体管口分别预验装，确认无误后，将衬环按图纸要求装配在缸体管口内，点焊固定，如图2.

图 2

缓缓下降天车主钩，弯管下落装配，准确测量弯管自由端尺寸及角度，保证符合图纸要求。用焊条（∮3.2或∮4）将缸体、弯管、垫块进行焊接，并在弯管自由端处与中压外缸法兰之间焊接支撑圆钢，保证牢固、可靠，防止焊接过程中发生变形。

将吊装带撤离，划线检查确认尺寸，合格后转入焊接工序。

4.0 中压外缸—弯管焊接方案

4.1焊前准备

将焊接接管预制好后采用整体装热处理炉加热，要求出炉温度230-250℃，出炉后采用石棉布进行覆盖保温，并对焊接接管焊接部位采用使用火焰加热器从内腔焊缝背部均匀加热，使得焊接位置500mm 范围温度保持在200-250

℃。

焊接选用的E911焊条，使用前必须进行350-400℃烘干1-2 小时，烘干后的焊条放在100-150℃保温筒（箱）内，随用随取。

4.2焊接参数

焊接过程中，控制层间温度200-300℃，打底层和盖面采用∮4 或∮3.2mm 焊条，其余均采用∮5mm 焊条填充。电流、电压参数按照下限控制，采用小规范、薄焊层、多层多道焊技术。焊接参数见表5。

表5 焊接参数表

4.3焊接操作

选择技能水平高，责任心强的焊工施焊。弯管焊接位置处于横焊位，每个弯管采用3名焊工同时施焊，每人施焊120°范围，焊接接头处交替进行，每层焊接接头要错开。

焊接尽量采取连续作业方式，若不能连续进行或焊工休息时，需要用石棉覆盖焊接位置，并保证持续加热，再次焊接时预热温度不得低于200℃。

焊接时，焊条不应做过大的横向摆动，摆动幅度不得超过焊条直径的2 倍，焊道搭接量控制在1/3 焊道宽度。

焊缝采用分段交错焊接，尽量避免横向焊缝，以减少焊接变形和焊接应力。

各层焊道的起弧和收弧位置相互错开，熄弧时弧坑必须填满。

相邻焊道间必须保证熔合良好。

底层焊接15mm 左右时，将垫块碳刨或磨削取下。

要求每焊接一层均需要进行打磨，漏出金属光泽后再焊下一层，提高RT检查合格率。

焊道间，层间采用气化铲清理干净药皮等，对焊道和弧坑进行仔细检查，若发现裂纹，未熔合，夹渣，气孔等焊接质量的缺陷时，应采取措施清除缺陷，并经检查确认合格后再继续施焊。

除打底和最后一层外，每层均要使用风把进行锤击消应力，锤击要全面，痕迹要明显，保证锤击效果，以减少焊接应力。

焊接排烟过程中，不能使焊接坡口内产生过大的空气流动，防止对电弧造成影响。

4.4焊后去应力回火

焊接结束后，装炉随炉冷却至90-150℃保温2 小时，完成组织转变。然后升温执行回火工艺，回火温度为700±10℃，保温10h，升降温速度≤55℃/h。

5探伤检查

回火后，表面打磨平整光滑，MT、PT合格后，标注清晰焊缝位置，运射线探伤室。

射线探伤按B/Z93.301标准执行。

6结论

1）实际生产结果表明，通过提前划线确定装配角度、制作装配垫块，焊接防变形支撑，可以确保焊后尺寸符合图纸要求。

2）焊后射线探伤检查表明，焊接过程控制有效，焊接质量符合技术要求。

参考文献

[1]阎保康.国内外燃气轮机发电技术的进展与前景[J].浙江电力，2000(3):10-13