空冷185 MW汽轮发电机定子机座装焊工艺研究

孙柏洲，张 淮，陈志磊，王 青

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040)

空冷185 MW汽轮发电机定子机座装焊工艺研究

孙柏洲，张 淮，陈志磊，王 青

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040)

介绍了空冷185 MW汽轮发电机定子机座的技术难度，关键是机座结构复杂，隔板多且材料薄，通风管及弹簧棒数量多、装配间隙小，造成机座焊接的困难很大。经过技术论证，重新制订了隔板的气割工艺控制了隔板变形，定制了机座专用焊接工具，选用适当的焊接工艺及装焊顺序，修改了加工公差要求。通过修订工艺文件及技术要求，保证了机座焊接的加工质量。

汽轮发电机；空冷；机座；装焊；工艺

0 引言

空冷汽轮发电机以其性能稳定、成本较低、维护方便等诸多优点，越来越受到广大用户的青睐。空冷185 MW汽轮发电机结构不同于传统的发电机，装焊难度较大，质量要求高，工艺过程复杂。机座装配的同心度、垂直度及加工余量、焊接质量均有较高的标准和要求。

1 技术难度

此定子机座结构复杂，制造方案的选择和质量控制很难，在摸索中前进，需要具有一定的技术创造性。机座整体焊接后如图1、图2所示。

制造技术关键：

1) 定子机座结构复杂，装配位置复杂，装配精度要求高。

图1 机座焊接后之一

图2 机座焊接后之二

2) 通风管路数量多，尺寸规格多；

3) 弹簧棒数量多，弹簧棒直线方向尺寸较大，插装难度大；

4) 弹簧棒和通风管的数量多，相应地隔板上的孔数量也增多，极易造成多层隔板的孔的同心度偏差过大。后续插装弹簧棒等线性尺寸大的零件非常困难；

5) 弹簧棒垫圈数量多，装配过程复杂；

6) 结构设计紧凑，操作空间狭小。装配、焊接及清理的难度很大；

7) 生产图纸和制造工艺不能完全引用传统的制造方案。很多结构都和传统的定子机座有所不同，需厂内设备重新制定制造此定子机座的制造工艺；

8) 质量检查标准高，公差配合要求严。单件及装配、焊接后的尺寸、探伤等检查标准要求非常严格。例如部分单件在厂内成型后的尺寸要求精度很高，无法满足图纸要求及后续装配尺寸，需重新制定下料及装配、焊接及加工的部分顺序及工艺。

2 技术论证和技术准备

合理的论证和充分的技术准备是保证定子机座装焊质量的关键。方案的论证基于技术的准备、定子机座单件的成型和定子机座装配、焊接操作空间小以及焊接方法的选择、装配焊接工具的设计制造等几个方面。

1) 前期技术文件的准备

此定子机座的图纸及工艺、检查等技术文件是依据厂内的设备生产能力、厂房结构设计理念及生产工艺的制定、规划等条件进行编制的。在借鉴传统定子机座制造工艺的同时，需要深思熟虑，认真仔细地对比此制造方案的技术可行性、技术改进方案等等，给前期的技术准备工作带来了很多的难题。经过认真研究，多方咨询各个部门及分厂的沟通、设备认证，很好地完成了前期的技术准备工作。

2) 隔板下料控制气割变形的方案

由于隔板较薄且外圆不是圆型，隔板上孔的数量多，尺寸规格多，气割后极易变形。孔与相应待装配的弹簧棒、通风管等的配合间隙小，或出现配割量大，焊缝处间隙较大的问题，变形后就会严重影响弹簧棒和通风管等的装配。所以，下料期间控制气割变形的工艺十分重要。

3) 装焊工具的选择

定制了定子机座专用的定位三角架(图3)，隔板临时支撑工具，临时支撑筋板等以保证定子机座零件及整体的装配精度。

图3 机座专用定位三角架

4) 焊接方法的选择

因焊接操作空间受限，且要保证良好的焊接质量，在定子机座焊接时采用熔化极气体保护焊。外皮装配后的环焊缝将在焊接胎具上完成。另外适当配合使用手工电弧焊和钨极氩弧焊等焊接方法来提高焊接质量。

5) 装焊顺序的确定

合理的装焊顺序是保证定子机座制造质量的有效措施。先后多次到车间生产一线调研，与设计部沟通，最终确认了185 MW定子机座的制造方案。

3 工艺措施

1) 隔板的备料及隔板下料控制气割变形的方案

前节已经指出，由于隔板较薄且隔板上孔的数量多，孔与相应待装配的弹簧棒、通风管等的配合间隙小，装配时可能出现配割量大、焊缝处间隙较大的问题，所以控制下料产生的气割变形十分重要。二次精割时采取防变形措施，注意控制精割速度并观测其变形趋势，及时调整精割位置，减小隔板下料后变形。最后能很好地满足图纸要求。

2) 端板太薄，焊后变形量较大，而且端板加工量小，加工量仅为5 mm，难以保证加工。经设计多次沟通及提交整改方案，最后设计图纸更改完成，增加端板的厚度，厚度为70 mm。这样就能达到后续加工的尺寸要求，完善了制造设计。

3) 由于及通风管等线性尺寸较长，在后装配时，很难将其插入。所以在装配弹簧棒及通风管等线性尺寸较长的零部件在装配前进行压型校直，也可利于安装的顺利进行。

4) 改进图纸设计结构，改进产品的完善性。弹簧棒胶皮盖板为整圆结构，且数量多，每一段的弹簧棒与隔板之间都要套装进去。如果在装配过程中将其遗漏，后续无法完整地进行安装补救。所以和设计部门多次沟通协商，最后将弹簧棒胶皮盖板设计改为半圆下料，安装完成后对两半圆合缝处进行点焊固定，以保证强度问题。这样便于后序的安装，减少后序操作难度。

5) 控制产品的焊接变形

不锈钢端板与不锈钢立板的焊角较大，致使励端底板变形较大。改进措施：焊接时严格控制焊接电流、焊接速度、对称焊接等，焊后进行火焰校型。

6) 加工公差要求的改变

在装焊中由于弧形板与中板及边板的配合尺寸均相同，且均为自由公差，导致无法装焊。后经研究，将中板和边板的外圆尺寸分别按正负公差下料，之后顺利装焊。然后对图纸进行改版增加公差要求。由于中板和边板其余尺寸均不需加工，且该部件下料完成后就参与装焊，如果将此尺寸改为加工，则需将此部件转到加工分厂进行加工后再转回冷作分厂进行装焊，浪费时间和费用。且此件是焊接件，车间火焰切割后打磨，只要保证焊接性就可以，无须过高的精度。

7) 制定合理的焊接变形收缩量

结合定子机座高度及装配部件的焊缝形式、焊接强度，制定了合理的装配尺寸、预留焊接收缩量。定子机座隔板装配高度较理论高度预留焊接收缩量1～2 mm，整体装配后定子机座总高预留焊接收缩量10～15 mm。

8) 采用熔化极气体保护焊

焊丝采用ER50-6，采用分段对称焊接，控制焊接变形。按焊接顺序依次焊接，焊接顺序见图4。同一水平位置接头，对称均匀焊接，按图要求焊完，控制变形。

焊接工艺规范：

采用熔化极气体保护焊，焊丝牌号：ER50-6，直径1.2 mm。

混合气体：80%氩气+20%二氧化碳气体。

气体流量：15～20 L/min。

焊接电流：平焊和横焊：150～350 A，立焊：120～160 A，仰焊：120～150 A。

焊接电压: 18～32 V。

焊接前该处需要预热至50℃。严格控制层间温度不大于260℃。

采用分段镶边退步焊接。每段焊缝长度不大于500 mm。

除底层焊道和表层焊道以外，其他各层焊道需要进行充分锤击。

焊接过程中监测环板板平度变化情况，变化3 mm以上时停止焊接。

图4 焊接顺序

4 结语

1) 工艺文件的改进

通过合理改进传统汽轮发电机定子机座的技术文件，使其适合厂内生产能力，有效地发挥其技术优势，并改进其中部分技术缺陷，使生产多样化的定子机座提升一个技术高度。

2) 通过制定合理的焊接参数、焊接工艺可以解决相应的焊接操作空间小及焊接变形等问题，提高焊接质量。

3) 通过改进焊接方法，修复了缺陷，提高了焊接质量，缩短了生产周期。

4) 合理地设计装配工具和制定装配、焊接顺序是保证装焊质量的关键。

孙柏洲，男 ，1979年7月生，大学本科，工程师。2003年参加工作，哈尔滨电机厂有限责任公司冷作分厂。