国内汽机行业焊接隔板技术现状

摘 要：

现阶段,在我国中小型汽轮机组制造中,焊接隔板技术得到了广泛的应用.由于其与铸造式隔板相比具有很多显著的优点,因此,随着制造要求的不断提高制造工艺技术的发展,国内汽机行业焊接隔板技术取得了长足的进步与发展,铸造式隔板已经逐渐被焊接隔板取代,并有全部采用焊接隔板的趋势.本文重点来探讨焊接隔板技术的特点以及应用.

隔板作为汽轮机的重要部件之一,尽管各种机组的隔板结构不尽一致,但其基本结构有两种,焊接隔板和铸造式隔板.汽轮机高温高压区因隔板级前与级后的压差很大,要求隔板具有高的强度和刚度,因此都采用焊接隔板；而低压部分采用铸造式隔板.目前,在我国中小型汽轮机组制造中,随着制造要求的不断提高和制造工艺技术的发展,铸造式隔板已经逐渐被焊接隔板取代,并有全部采用焊接隔板的趋势.因此,研究国内汽机行业焊接隔板技术现状具有重要的现实意义,对其中的工艺特点以及技术要点进行分析,能够有效提高隔板焊制的质量和工作效率.

1.汽轮机制造业焊接隔板的工艺特点

汽轮机各级之间用隔板分开,隔板支撑在汽缸或隔板套内,并把汽缸分成若干个气室,主要起到蒸汽的导流作用.隔板两侧蒸汽的压力差产生了力图使隔板偏倾的巨大力量,当作用在隔板上的力达到相当大时就会引起隔板的挠曲,为了保证安全,隔板必须具有较高的强度和刚度,其制造精度直接影响着整个机组的效率.

由于隔板制造精度对汽轮机效率影响大,所以对焊接性能和制造精度要求高.因此隔板焊接一直是汽轮机制造中的关键制造工艺,直接影响着汽轮机的生产周期和产品质量.近年来,汽轮机厂都把隔板作为突破口进行技术改造,体现在焊接方法由手工焊、埋弧焊、气体保护焊直到电子束焊的改变,使焊接方法逐步先进,产品质量稳步提高,劳动条件得到改善,成本大幅度降低,生产率显著提高.目前以激光切割围带代替冲孔、机械手焊接叶栅、电子束焊接隔板主焊缝的柔性系统为最先进的隔板焊接工艺.

2.隔板焊制技术要点及具体应用

汽轮机隔板焊接,结构复杂,焊接质量要求高,制造难度大.隔板制造直接关系到汽轮机产品质量、制造水平以及生产周期,是生产中的重要环节.

为了保证机组效率和安全,对焊接隔板的尺寸精度和焊缝质量要求高,而且由于隔板结构的深而窄的坡口,焊接量大,焊后变形是一突出的问题.为了把焊接引起的变形控制在最小范围,各生产厂从工艺上采取多项技术措施来减少和控制变形.焊接隔板的焊接变形主要反映在节圆尺寸、喉部尺寸的变化,以及直径和半径尺寸的变化.隔板焊后应进行热处理.高、中压隔板的隔板体和外环的材料为珠光体耐热钢,低压隔板为碳素钢,其厚度均在50mm以上,而与之相焊的围带为马氏体不锈钢,厚度一般为4～16mm,由它们组成的坡口深而窄,在结构设计上应充分考虑坡口的结构、尺寸对焊接方法的适用性、可达性及脱渣性.在汽轮机制造业焊接隔板工艺中,焊接方法主要有钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、电子束焊接,依据条件采取手工、半自动、自动方式焊接.焊接隔板所使用的钢材牌号和焊接材料见表1-1：

焊接隔板可分为围带式隔板、自带冠式隔板和低压环式隔板.其中最典型的是围带式隔板,采用的最早而且比较普遍.围带式隔板由隔板体、叶栅、隔板外环和径向汽封体组成,其中叶栅是由内、带和导叶焊接组成,适用于中温区.自带冠式隔板与围带式隔板基本类似,不同之处是导叶自带冠代替围带组成叶栅,适用于高温区.低压环式隔板是导叶片直接焊接在内、外环上,多用在低压末级.

3.隔板焊制技术的发展

在整个汽机行业隔板焊制技术发展过程中,会存在一些技术水平和质量问题.比如说焊工焊接技术水平的高低以及对技术的控制等等问题.现阶段各制造单位对于焊接隔板均制订了较完备的工艺流程,从结构设计、工装定位夹具、焊材焊料、焊工技术水平培训以及检查验收各阶段均已形成较完备的体系,基本适应规模化生产需要.焊接外观的质量标准和装配标准、焊缝内部的质量都有据可依.在工程实践中,随着焊接工艺的不断发展与成熟,目前在国内中小汽轮机制造领域,焊接隔板逐渐占主导地位,铸铁隔板基本被淘汰,各电厂的老旧机组改造基本也都将铸铁隔板改为焊接隔板.在焊接隔板中尤其以围带式隔板应用广泛,发展较快.同时由于材料工业的发展,加工工艺的不断改进,围带式隔板比较优势逐渐突出,其应用范围不断扩大.比如在中小机型中普遍采用的高温区隔板设计采用铸造加强筋与精密浇铸窄静叶的组合结构,改为采用铣制宽一窄静叶的围带焊接组合结构.改进设计的结构,避免了原设计中存在的许多涡流区、扩压区,大大改善了通流部分的空气动力学特性,并消除了原设计铸造结构工艺性差使高压缸效率进一步恶化的不利因素,现己得到广泛应用.

目前激光切割围带代替冲孔己基本普及,机械手焊接叶栅、电子束焊接隔板主焊缝的柔性系统隔板焊接工艺也已进入实践阶段.

4.结语

随着汽轮机制造对焊接结构件的需求日益增长,同时由于焊接技术的发展和完善,替代工艺性较差的铸造和锻件毛坯构件的趋势日益增大,在设计隔板时考虑最大程度地采用焊接结构来代替铸造和锻造毛坯,提高制造精度并减少机械加工的比重,使设计更加合理.同时,我们要加强质量控制分析和专人监控的力度,对焊接工艺的一些细节处理要不断完善,建立质量控制检测与分析系统,对隔板焊制的整个过程进行实时监管.提高焊接生产的机械化程度,提高产品质量、生产效率和降低劳动强度.在实践操作中,我们应不断研究新的工艺,不断提升焊接隔板的经济性与竞争力,有效提高国内汽机行业隔板焊制的总体水平.