核电高压隔板叶冠加高环装焊工艺研究

裴金廷

东方汽轮机有限公司 四川 德阳 618000

引言

核电高压隔板部分级别结构为拂配式，导叶冠部需要装焊加高环，此类型隔板无相关生产经验，经过现场试验、设备改造，提出了生产效率高、可操作性强、保证焊接质量的方案，并在生产周期要求内成功制造出合格的隔板。

1 结构特点

核电高压隔板叶冠进汽侧装焊加高环的典型结构见图1，目的是减少叶顶与叶根的汽道损失，保证由动叶向静叶的汽流稳定。

图1 隔板加高环装焊示意图

2 装焊难点

2.1 母材焊接性分析 叶片与加高环材质均为1Cr12Mo，属于马氏体不锈钢,焊后接头会形成淬硬的马氏体组织。当焊接接头刚度大或含氢量高时，在焊接应力作用下，容易产生冷裂纹。为冷裂纹产生，最有效的方法是预热和控制层间温度(200～300℃)。

因手工焊焊工站立位置有限，存在作业安全问题，且效率较低，故选择自动焊焊接。

2.2 自动焊难点

1)装焊位置：加高环在板体、外环与叶栅的主焊缝焊后，再进行装焊，有3mm宽的钝边装配在内冠上，有6mm宽的钝边装配在外冠上，加高环5～12mm宽度处于悬空状态，因非汽道侧焊缝部位图纸要求不加工，保证焊后图示尺寸，有一定装配难度；

2)薄壁件焊接：内冠加高环外圆直径为φ1744，高度150mm，厚度30mm，焊接易变形；

3)焊接坡口：内冠加高环坡口宽度约15mm，深度为22mm；外冠加高环坡口尺寸约20mm，深度为37.5mm。焊接坡口小，深度大，坡口底部焊接质量不易保证；

4)固定方式：一般采用压板、螺栓打压的方式将工件固定在变位器上。而焊接层间温度要求200～300℃，若采用此方式，隔板与变位器平台直接接触，导致平台变形，设备损耗大，且紧固、找正的过程耗费时间过长，隔板将冷却，无法满足层间温度的要求。焊接时需要不断补热，在反复的冷却与补热过程中，螺栓将无法起到紧固的作用，存在极大的安全隐患；

5)补热：变位器平台需要调整角度约为90°，边焊接边旋转，固定的加热装置不适用，补热困难；

6)焊枪：现有焊枪手臂较长，与隔板干涉；焊接内冠加高环时，枪头容易与板体端面干涉；

7)观察装置:焊接平台上需要为变位器水平、垂直转动预留空间，焊接过程中，无法近距离观察熔池状态和清渣，无法在过程中调节参数。

3 设备改进及调试

鉴于以上装焊难点，设备因素影响大，故进行了设备改进，对专用焊接变位器参数进行调试，并对补热装置的补热效果进行验证。

3.1 固定装置改进 变位器平台上装卡8个T型支撑垫块，垫块上装焊定心盘。隔板外圆与垫块焊接，定心盘与板体内孔配合，且要求保证定心盘与变位器转动轴的同心度。

图2 定心盘

3.2 补热装置效果验证及变位器、焊机参数调试 火焰筒固定于转台外侧，隔板旋转进行加热。在产品焊接前，变位器转速与焊接电流进行了匹配，对火焰筒的加热效果进行了验证。

试验件与产品材质、坡口尺寸相同。加热试验件20min后，试验件待焊部位温度可满足焊接规范的要求。

经反复调试转台转速与焊接电流，最终确定转速v=3.41r/min，焊接电流I=290A,焊接电压U=35.9v时，焊缝成形质量最佳。

3.3 自动富氩气保焊焊机改进 为避免焊机、焊枪与隔板干涉，改进了焊机，制作加长支架，使焊丝盘伸出机器臂，焊枪可移动距离加长，避免隔板与设备原手臂干涉；

4 装焊过程

4.1 来料检查 检查加高环直径、高度、坡口尺寸,材质确认,坡口PT合格。

4.2 装配 加高环在主焊缝焊后进行装焊，车削盖板时，将叶冠装配面见光约2mm深。以内叶根汽道圆为基准，找隔板中心，以此为圆心，划加高环装配线，直径偏差≤1mm，加高环中分面与板体中分面对齐，便于隔板分为两半，加高环与叶冠装配面间隙≤0.5mm。

图3 装配加高环

4.3 焊接

4.3.1 打底焊 采用手工电弧焊打底焊两层，保证加高环与叶冠装配面间隙不大于0.5mm。

4.3.2 装焊盖板 在加高环上装焊盖板，减少内冠加高环焊接变形。盖板为碳钢，采用奥氏体不锈钢焊材焊接，防止盖板与加高环焊缝开裂。

4.3.3 预热及固定隔板 焊前隔板整体入炉预热至200～300℃，保温4小时。上变位器时隔板内孔装配在定心盘上，采用百分表找正，同心度≤0.5mm，隔板外环与支撑垫块之间采用过渡垫块连接，焊角尺寸≤30mm，焊材：E309LT0-4。

4.3.4 安全性试验 焊接时工件温度达200℃以上，为保证焊接过程中的安全，避免工件从固定垫块上掉落，在施焊前，进行了安全性试验。

将工件保持预热温度，变位器平台翻转至垂直位置。平台空转12小时以后，检查隔板与变位器连接块的焊缝质量和设备状况。试验结果：焊缝质量良好，设备运行正常，安全状况良好。

4.3.5 焊接 根据工艺要求的焊接规范进行焊接。焊接过程中，两支火焰枪分别对准内冠加高环坡口和隔板外环，以保证层间温度，并采用测温仪监测整体温度，若低于200℃，则调平转台，及时进行补热。

自动富氩气保焊焊机改进后，焊接内冠加高环时，调整焊枪角度约30°，转台调整至相应角度，使坡口处于易焊位置。

为便于观察熔池状态，在焊接过程中及时调整参数，进行清渣，制作了可移动垫板，架于平台之上。

加高环焊缝位置为非加工面，在焊接时焊肉应焊接饱满，防止出现缺肉现象。

图4 补热装置及可移动垫板

5 探伤

加高环焊后，经热处理、锯(钻)削分为两半、堆焊中分面、粗工加后，焊缝部位钳工修磨外观合格后，进行MT检验，MT显示无缺陷。

在汽道侧，加高环余量加工去除后，与叶冠之间倒角过渡，目视检查与叶冠之间无明显结构缝。

6 结论

通过试验件焊接、装卡方式优化及焊机改造，解决了核电高压隔板叶冠加高环焊接过程中，马氏体不锈钢焊接性差、薄壁件焊接易变形、焊接位置限制及施工安全等问题。上述方案焊接的某核电项目高压隔板主焊缝及加高环焊缝质量合格，控制了薄壁件加高环的焊接变形，同时焊接过程中设备运行良好，无安全事故，获得了一个生产效率高、可操作性强的装焊工艺方法。