高水头抽水蓄能机组分瓣式转轮的焊接工艺

杨震　甘洪丰　李荣生　陈明　田井成

1.前言

随着高水头抽水蓄能机组在水泵工况及水轮机工况下对转轮的性能要求越来越高。受结构尺寸等因素的限制，转轮的焊接难度越来越大。为了保证焊接及加工质量，本文将主要介绍分瓣式转轮装配焊接过程中的难点和关键工艺。

2.转轮的材质、结构和主要焊接方法

转轮本体材料为ZG04Cr13Ni5Mo；上冠为整体结构，下环分为内、中、外三环；转轮焊接采用熔化极气体保护焊与埋弧自动焊相结合的方式，焊材选用Φ1.2mm ER309L、Φ1.2mm ER316L、Φ1.2mm ER410NiMo、Φ4.0mm SAW-0Cr13Ni5Mo（焊剂SJ609）。

3.转轮的装焊工艺方法

先在平台上确定转轮装配中心及十字中心线，再将转轮上冠吊放在4个等高均布的支墩上，支撑高度400mm～500mm，利用千斤顶调整上冠平面度≤1mm，然后用搭板将上冠焊接固定，防止后序叶片装配时上冠移位，安装叶片出口角度检查样板架，保证中心柱中心与转轮中心重合，确保后序测量精度。叶片吊装就位后，安裝调节螺栓和双向拉紧器，防止叶片窜位或倾倒。叶片与上冠装配采用无下环装配技术。

各叶片装配尺寸调整合格后在叶片进水边装焊工艺假环，使用ER309L在假环与叶片的接触位置预先堆焊一层再装焊工艺假环，防止叶片在后序装焊过程中发生窜动，然后装配整体下环，调整合格后将下环中环及外环拆下，只保留下环内环，在仅保留下环内环的情况下，首先焊接下环内环与叶片间焊缝。在上冠倒放位置下表面装焊工艺加强环。为减小上冠在转轮装焊过程中的焊接变形，工艺加强环与转轮本体间不焊接，通过不锈钢搭块与上冠焊接固定。

转轮正式焊接前，在叶片端部用搭板将叶片焊接固定，防止转轮焊接时叶片向一侧倾斜产生较大变形，对叶片与上冠、下环间的焊缝进行分段，保证每段焊缝焊接量一致。叶片与上冠、下环间焊缝的定位焊要求：定位焊应在坡口清根侧进行，深度10mm～15mm；每段长度：100mm；间隔：200mm～300mm。叶片与上冠、下环间焊缝的焊接要求：在大坡口侧焊接至2/3坡口深度，小坡口侧清根、打磨及PT探伤，合格后将小坡口侧焊至1/2坡口深度，再将大坡口侧焊满，最后将小坡口侧也焊满。

回装下环中环，中环与叶片间不再进行高装，只需要根据实际情况对下环中环进行适当的调整及修配，保证下环中环与下环内环间焊缝坡口根部的错口和间隙满足要求。如果工艺假环影响叶片与下环中环的焊接，则可将工艺假环拆下，此状态下，在叶片焊接前完成下环内环及中环间的环形焊缝的打底层，使用熔化极气体保护焊，选用Φ1.2mm ER316L焊丝，深度最大6～8mm，焊后进行PT检查，在环形焊缝过流侧铺垫陶瓷衬垫，单面焊双面成型，以改善环缝的焊接可达性，环形焊缝打底层焊接完成后在此状态下完成环形焊缝过流侧的清理打磨工序，环形焊缝暂不进行填充焊。

回装下环外环，确认工艺假环已拆下，只需要根据实际情况对下环外环进行适当的调整及修配，保证下环外环与下环中环间焊缝坡口根部的错口和间隙满足要求。待所有叶片与上冠、下环间的焊缝全部焊接完毕后，在转轮的倒放位置完成下环外、内、中环间的环形焊缝的填充及盖面焊。采用与转轮本体同材质的马氏体焊材，采用细丝埋弧自动焊，焊材选用Φ4.0mm SAW-0Cr13Ni5Mo，焊剂牌号：SJ609。将下环组合环缝焊接至约1/2坡口深度后，可使用焊接变位机将转轮倾斜0°～45°任意合适角度，保证埋弧自动焊枪头可以与转轮轴线成一定的倾斜角度施焊。

4.结语

高水头抽水蓄能分瓣式转轮的焊接工艺方法有效的解决了转轮由于空间狭小导致焊接难度的问题，并通过埋弧焊焊接极大提高了生产效率和产品质量。