結(jié)構(gòu)件事業(yè)部　　盛海濤、魏艷瑞

摘 要：本文介紹了雙混流轉(zhuǎn)輪裝配、焊接工藝研究。通過大量的分析與驗(yàn)證，確定了影響雙混流轉(zhuǎn)輪焊接變形因素，找到了解決焊接質(zhì)量保證的方法，確定了該零件的焊接工藝、焊接參數(shù)以及熱處理規(guī)范。通過實(shí)際應(yīng)用，變形控制與焊接質(zhì)量達(dá)到預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：雙混流轉(zhuǎn)輪，裝配、焊接工藝。

1、 引言

充分利用水力資源一直是水力機(jī)械研究者追求的目標(biāo)，一種被稱為雙混流水輪機(jī)的新型水力機(jī)械已經(jīng)開始產(chǎn)業(yè)化。雙混流水輪機(jī)的核心部件被稱為雙混流轉(zhuǎn)輪，該部件結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，尺寸精度高、焊縫要求高，焊接難度大。在制造過程中，控制焊接變形與確保焊接質(zhì)量尤為關(guān)鍵。能否高質(zhì)量地制造出雙混流轉(zhuǎn)輪，成為雙混流水輪機(jī)能否量產(chǎn)的關(guān)鍵。

本文從雙混流轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)入手，分析變形的影響因素以及保證質(zhì)量的因素，并對(duì)這些影響因素進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，找到了影響雙混流轉(zhuǎn)輪焊接變形因素和解決焊接質(zhì)量保證的方法。采用合理分裝、順序焊接、篩選焊材以及優(yōu)化焊接參數(shù)等工藝，確保了雙混流轉(zhuǎn)輪的制造質(zhì)量。

2、 雙混流轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與制造要求

雙混流轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)以瑪烏茲轉(zhuǎn)輪為例，最大直徑760mm。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是由1個(gè)上冠，2個(gè)下環(huán)，中間有26片葉片組焊而成的，（如圖1，圖2，圖3）重為2232Kg，葉片坡口由加工而成。這種雙混流轉(zhuǎn)輪的直徑小、空間小，結(jié)構(gòu)反而如此復(fù)雜，從而使制造難度變大，制造周期變長。

圖1，瑪烏茲轉(zhuǎn)輪的上冠：

圖2，瑪烏茲轉(zhuǎn)輪的下環(huán)：

圖3，瑪烏茲轉(zhuǎn)輪

3、 影響焊接變形與焊接質(zhì)量因素分析與驗(yàn)證

雙混流轉(zhuǎn)輪的下環(huán)、葉片是上下完全對(duì)稱的，假如裝焊過程中不協(xié)調(diào)，不對(duì)稱，那么在焊接過程中就很容易產(chǎn)生扭曲變形，影響生產(chǎn)工藝流程的正常進(jìn)行，影響結(jié)構(gòu)的尺寸精度與外形。焊后矯正殘余變形的工序，費(fèi)工、耗資，不但延誤生產(chǎn)周期，生產(chǎn)成本上升，還會(huì)引起產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等諸多不良后果。由于雙混流轉(zhuǎn)輪上下兩組葉片與上冠、下環(huán)間的開檔尺寸均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，就要求在裝配及焊接過程中要嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)輪的變形，合理控制轉(zhuǎn)輪的分裝順序，合理控制焊接的方向和順序。

4、 合理分裝工藝的確定

瑪烏茲轉(zhuǎn)輪采用二次裝焊的工藝方法。

4.1為了防止分裝的不對(duì)稱性，葉片用三維檢測與圖紙要求相符并校對(duì)葉片編號(hào)及坯重。

4.2根據(jù)葉片稱重編號(hào)進(jìn)行分布配對(duì)，并復(fù)檢。預(yù)裝1#-5#葉片用三維檢測確定與圖紙相符，點(diǎn)焊。裝配時(shí)葉片與下環(huán)間隙0-3mm。便于清根焊透，并作為焊接收縮余量。

4.3分別裝配1#-13#葉片-左與其中一個(gè)下環(huán)，及1#-13#葉片-右與另一個(gè)下環(huán)如圖4），檢查進(jìn)口葉距及開檔尺寸，出水邊開口按斷面檢查各檔尺寸。根據(jù)檢查記錄表作焊前檢測報(bào)告。

圖4，葉片-左與其中一個(gè)下環(huán)，葉片-右與另一個(gè)下環(huán)：

4.4 對(duì)兩組葉片與下環(huán)分別裝焊后，對(duì)葉片變形情況檢查及進(jìn)出水邊開擋檢查并記錄。如有尺寸不符合公差要求，對(duì)其變形進(jìn)行校正。

4.5 如以上的分部件尺寸精度滿足要求，進(jìn)行裝上冠（如圖5）：把轉(zhuǎn)輪的2個(gè)分部件放在平臺(tái)上，要求水平，裝配上冠，葉片與上冠間隙0-3mm便于清根焊縫，并作為焊接收縮余量。作焊前質(zhì)量檢驗(yàn)記錄。

圖5，轉(zhuǎn)輪組合件裝配上冠：

4.6 整體裝焊后檢查測量進(jìn)水口葉距及出水邊各檔斷面開口值。通過控制各部件尺寸，再控制組合件的尺寸的分裝工藝來保證轉(zhuǎn)輪的質(zhì)量控制。

5、順序焊接工藝的確定

瑪烏茲轉(zhuǎn)輪采用二次分焊的焊接工藝方法。即2組葉片與2片下環(huán)分別進(jìn)行焊接并熱處理后，再二次焊接葉片與上冠處的焊縫。

5.1 剛開始焊接前對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行加固，尤其是下環(huán)的進(jìn)出水邊要求加固牢固，防止葉片產(chǎn)生扭曲變形?；】犹幰筇顫M，避免出現(xiàn)冷裂紋。

5.2采用對(duì)稱施焊法并根據(jù)每條焊縫長度分段退步焊接，上坡窄道焊。先焊葉片凹面與下環(huán)坡口，再焊葉片與下環(huán)外側(cè)坡口，焊至坡口1/3--1/2深度，再將葉片凸面與上冠坡口清根，PT檢查清根區(qū)域合格后焊接至1/2深，轉(zhuǎn)輪側(cè)翻，清根轉(zhuǎn)輪下環(huán)與葉片凹面焊縫，PT，直至坡口焊平。坡口焊滿以后R的堆焊根據(jù)R樣板的不同而變化，注意焊縫咬邊的控制。隨時(shí)觀察葉片變形情況并檢查進(jìn)出水邊開擋尺寸，并做好記錄，方便調(diào)整焊接順序。

6、 篩選焊材與確定焊材

轉(zhuǎn)輪就焊接材料而言，一般采用同種或相匹配的材料如：PZ6166、410NiMo焊絲等，有些同種剛焊接在屈服點(diǎn)滿足使用要求的情況下，為了增大塑性儲(chǔ)備也采用奧氏體型不銹鋼焊接材料。

瑪烏茲雙混流轉(zhuǎn)輪的上冠、下環(huán)材料為ZG06Cr13Ni4Mo，葉片為04Cr13Ni5Mo，是一種超低碳馬氏體不銹鋼的鑄焊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪。超低碳馬氏體不銹鋼,具有良好的強(qiáng)度、韌性、可焊性及耐磨耐腐蝕性能。公司依據(jù)ASME規(guī)范第Ⅸ卷的工藝評(píng)定要求進(jìn)行試件的準(zhǔn)備、焊接和試驗(yàn)，確定AWS SFA5.9 ER410NiMo不銹鋼實(shí)心焊絲用于98%Ar+2%CO2氣體保護(hù)焊接轉(zhuǎn)輪所獲得的接頭力學(xué)性能合格，滿足使用性能要求，而且采用此焊絲焊接，工藝性能良好，焊接效率高，成本相對(duì)較低，而且產(chǎn)品的質(zhì)量和進(jìn)度均滿足要求。

7、 焊接參數(shù)

焊接規(guī)范參數(shù)主要包括：電流、電壓、預(yù)熱溫度、層間溫度等。瑪烏茲雙混流轉(zhuǎn)輪焊接區(qū)域須采用電加熱將轉(zhuǎn)輪加熱到80度后才開始焊接。

轉(zhuǎn)輪的焊接實(shí)際上包括了平焊、橫焊、立焊等位置，因此電流電壓的調(diào)節(jié)范圍是比較寬的，電流在130-280A，電壓在21-32V。但電流、電壓的匹配決定于熔滴的過渡形式，采用何種過渡形式將直接影響到焊接的質(zhì)量。

8、 焊后熱處理規(guī)范

雙混流轉(zhuǎn)輪根據(jù)二次分裝分焊，須進(jìn)行二次進(jìn)爐熱處理：自由升溫100℃后以每小時(shí)不大于30℃速率升到去應(yīng)力溫度，580℃±10℃保溫時(shí)間為2小時(shí)，保溫后緩冷不大于30℃/小時(shí)至200度，后空冷至常溫。

9、 結(jié)果與結(jié)論

9.1瑪烏茲雙混流轉(zhuǎn)輪通過合理的裝配、焊接工藝獲得了滿足圖紙要求的尺寸及精度。

9.2 瑪烏茲雙混流轉(zhuǎn)輪通過二次裝焊及二次退火，在每次的裝焊后及退火后進(jìn)行4次100%超聲波探傷，從而保證了最終UT的合格率，保證了轉(zhuǎn)輪的焊接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

1、 ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范 第Ⅸ卷 焊接和釬接評(píng)定 2013

2、 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,2000