焊接对定位筋安装与调整的影响

刘攀 张浩 谭鋆 郭聪聪 张懿雄

摘要：定位筋托块焊接是定位筋挂装的关键，焊接质量直接影响定位筋的各项参数，因此，控制定位筋托块焊接工艺对定子铁心的安装具有重要意义。在葛洲坝水电站增容改造过程中，水轮发电机组定子定位筋由固定式的单鸽尾筋结构改为浮动式的双鸽尾筋结构。定位筋托块焊接过程中，通过控制焊接方法、焊接工艺、焊接顺序来降低托块焊接对定位筋各项数据的影响。介绍了葛洲坝水电站机组定子定位筋结构、定位筋焊接以及焊接变形的控制措施。

关键词：定位筋托块焊接;双鸽尾定位筋;焊接;葛洲坝水电站

中图法分类号：TV547

文献标志码：A

1研究背景

在三峡水电站全面投运以后，其在满负荷运行情况下的泄流量远大于葛洲坝水电站满出力流量。为了充分利用水资源，目前正在进行葛洲坝水轮发电机组改造增容。其中，发电机定子改造是一项关键且繁琐的工程，定位筋托块焊接质量的好坏可直接影响定子铁心的安装精度。其焊接要求较高，技术难度较大，采用合适的焊接方法及合理的焊接顺序，可以保证定位筋的安装精度。本文根据葛洲坝水电站8号机组定子改造工作，介绍了定位筋托块的焊接顺序及方法，验证了该焊接工艺的可靠性，为后续的机组改造工作积累了宝贵经验。

2双鸽尾定位筋简介

葛洲坝水电站发电机定子改造过程中，首先用螺栓将原来六瓣定子机座合缝板间隙把紧达到技术要求后，再用小钢板在合缝板表面焊接，使得原先分瓣式的定子基座成为整圆结构。然后，将旧定位筋拆除，并将机座环板打磨光滑。如图1所示，葛洲坝定子机座共有4层环板，双鸽尾定位筋通过托块焊接在机座环板上。托块满焊后必须满足如下的技术要求：定位筋绝对半径必须满足7789mm;相同高度相邻的定位筋绝对半径偏差小于0.12mm;相邻定位筋弦距与标准弦距样板偏差值小于0.20mm;定位筋的径向扭斜不大于0.05mm。

3定位筋托块焊接

定位筋的调整安装工序为：基准筋_÷大等分定位筋→小等分定位筋。132根定位筋的半径、扭斜以及弦距均合格后进行托块焊接工作。定位筋托块的两侧及背部焊接的角焊缝不小于12mm，先径向焊接再周向焊接，最后基准定位筋单独焊接，每个角焊缝共焊接4道。焊接存在两种顺序（见图2）。此次焊接采用的是图2中右侧的焊接顺序，焊接过程中安排4名焊工均匀对称分布同时焊接，定位筋托块各环焊接顺序按照“3环→1环→4环→2环或者2环→4环→1环→3环”的顺序进行。为避免定子机座环板变形，每次隔开两个托块进行焊接。

某一环的4次径向焊接后132根双鸽尾定位筋扭斜变化趋势见图3。按照扭斜不超过0.05mm的技术要求，4次焊接后的不合格率分别约为3%、10%、11%、7%，相较以往20%左右的不合格率，这种焊接工艺合格率较高。132根定位筋每次径向焊接后与前一次焊接后的半径值对比结果见图4。4次焊后半径变化值分别为-0.03，0.045，0.05，-0.03mm。由图3和图4可以得出：4次径向焊接中，第2，3次焊接对定位筋扭斜和绝对半径的变化影响很大。定位筋托块焊接变形的根本原因是托块与机座环板的三角焊缝在冷却过程中出现不可控制的变形量。因此，在焊接定位筋托块过程中，必要的控制措施不可或缺。

由于托块两侧角焊缝的纵向收缩，托块也会随之沿定子径向方向收缩，导致定位筋绝对半径值发生变化。在托块两侧焊接完成后，处理掉不合格的托块，并将托块顶柱加固，再进行托块背部的焊接，这样有利于将定位筋半径控制在有效范围内。定位筋满焊后132根定位筋的半径变化趋势见图5.定位筋满焊后半径的验收标准是7789+0.20mm，4环的定位筋绝对半径值均在合格范围内。

4定位筋焊接变形的控制措施

虽然焊接过程中的变形量具有不可预见性，但是采取必要的控制措施（如焊接顺序、方法等）可以有效提高合格率。

焊接中采用CO：气体保护焊，其特点如下：电弧燃烧稳定，熔深比手弧焊高2～3.8倍;焊丝熔化快，不用清理焊渣，其焊接效率比手弧焊提高2.5～4倍。焊接电流一般在200A左右，要在现场进行调节。

在调整定位筋的过程中，要充分利用托块顶柱、托块C型夹、小钢楔等专用工具将定位筋和托块固定在定子机座上。特别需要注意防止小钢楔的松动，它对定位筋的扭斜、半径影响很大。

在定位筋安裝中必须遵循如下技术要求：①相邻跨距同一高度弦距相差不大于0.2mm;②各弦距与标准弦距偏差绝对值不大于0.1mm;③所有定位筋的绝对半径为78900mm;④定位筋的扭斜不大于0.05mm。只有这样才能为焊接的变形留有一定余量。

在焊接过程中，除了遵循正常的焊接顺序之外，第1道径向焊缝均由定子机座的内圆向外焊接，第2，3，4道径向焊缝由外圆向内进行焊接。这样可以将定位筋的半径、扭斜值尽量控制在合格范围内。

在进行托块第1道焊接时，可以用定位筋双头顶柱将定位筋固定，以有效控制定位筋的弦距。待焊缝的温度冷却至环境温度，再将双头顶柱取下。

5结论

本文基于葛洲坝水电站8号机组定子改造工作积累的经验，分析了焊接工艺（顺序、方法）对定位筋调整安装的影响，结论如下。

（1）在定位筋的调整中，与焊前值相比，4环满焊后的定位筋绝对半径最大值为0.28mm，因此定位筋调整时必须留0.30mm左右的余量。定位筋绝对半径在焊接前控制在778900.20mm，满焊后的验收数据为7789mm。

（2）采用CO：气体保护焊进行定位筋托块焊接，将定位筋数据的影响控制在可控范围，也证实了CO：气体保护焊在定位筋焊接工作上是可取的。

（3）定位筋托块焊接时，焊缝焊接顺序、各环板托块焊接顺序、同一环板各定位筋托块焊接顺序均十分重要，应避免相邻环板托块、同一环板相邻托块焊缝连续焊接，一道焊缝完全冷却后，再进行下一道焊缝焊接。

（4）定位筋调整安装是一项系统且繁琐的工作，在进行焊接之前，必须把控每个环节的质量;在焊接过程中，采取合适的控制措施，可以降低焊接变形，从而确保定位筋的各项数据在有效范围内。

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