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    在焊接研宄中遇到的主要技术难题

    2018-11-07   来源:   点击数:20次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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     中国钢管信息港营管部获悉:使150圆形锭进入剥皮和修边工序剥皮机将圆柱锭剥去一层氧化杂质的表面层,切去两头,加工成长200mm,直径049mm的圆柱形锭生产能力为40s周期剥皮完成后送入挤压机经过预热加热到70~140*C左右,进入挤压机模芯,模芯将锡锭剖开灌入预先配制好的三芯焊剂挤压机2min周期挤压成013mm的三芯焊锡丝,再按大,中,小三种类型的拉丝机拉成直径分别为06,022p1.4以至01mm以下各种粗细类型不同的丝3生产工艺设备中的加热器3.1铸锭机中的加热器加热器元件是铸锭机中的核心部分,它能够使熔融状态的锡由铸锭泵抽入管路送达圆柱模具前不被冷却原装进口注入泵加热器装置是用金属制作圆形螺旋管,该金属管外径为015mm,中间通过2条直径为0Q 5mm的加热丝其每一条加热丝功率为400W,电压是220V 2条加热丝本身及与金属壁之间用绝缘材料绝缘,如所示由于加热器元件易损坏又没有备件,几家加热器厂都认为无法仿制。于是我们对加热器元件的原理和结构进行研究和试验,并且作了切实可行改造,其基本原理如下。
     
     在焊接研宄中遇到的主要技术难题是:①大轴材料为非焊接用钢,碳当量高,拘束度大,焊接性差。②焊接和焊后热处理过程中的热传导,会引起绕组局部过热造成匝间短路。③由于热应力和残余应力的作用,不可避免地会发生转子端部的轴向变形。④焊接和焊后热处理过程中,表面的氧化与材料的脆化。⑤由于长期焊接电流的作用,轴材料会被磁化等。
     
      为了确保焊接修复大轴的运行安全性,对大轴焊接修复的质量提出以下基本要求:焊接接头的室温冲击韧度和脆性转变温度应达到或接近母材的室温冲击韧度和脆性转变温度。
     
      焊接修复后,接头的强度安全系数应符合设计要求。
     
      焊接及热处理过程不应导致母体脆化。
     
      中国钢管信息港营管部获悉:大轴焊接修复后,应达到以下6项非破坏性的可检测的基本验收要求:①焊接接头允许存在裂纹和超标的焊接缺陷。②焊缝两边绝对没有咬边存在。③焊接热处理后,焊接接头区域的残余应力应低于转子材料屈服极限的10;(即低于65MPa)。④焊接热处理后,热影响区的硬度和母材的硬度差值尽可能低于HB100-120.⑤焊接和焊后热处理的热量传导不应破坏转子端部绕组的绝缘。⑥焊接热处理后,转子轴伸端的变形尽可能小,不影响转子的安全使用。
     
      大轴的焊接修复工作紧紧围绕以上基本要求进行材料焊接性与大轴修复后可用性试验。整个大轴焊接修复工作分三个阶段进行:第二阶段:重点研宄转子焊接修复后的可用性。
     
      第三阶段:磨损转子的焊接修复实施,主要包括:①设备和器材准备,如支撑架和盘车装置的设计加工、板状加热器的训;③磨损转子焊接修复的实施;④焊后检验和机加工;⑤验收。1998年6月23日,焊接修复转子通过专家验收;6月25曰,焊接修复转子回装,并在小修中多次复验,均未发现任何异常。
     
      大轴材料和工艺焊接性1.1大轴材料的化学成分和力学性能26Cr2Ni4MoV钢是大型汽轮机低压转子发电机转子用钢,淬透性好,强度高。
     
      1.226Cr2Ni4MoV钢焊接性的理论分析碳当量为0.943,当钢材碳当量大于0.45;时,认为钢材的焊接性不好,冷却时易淬硬,焊接时要采取必要的措施才能防止裂纹的产生。
     
      冷裂纹指数为0.81.通过试验和研宄,26Cr2Ni4MoV钢必须预热250A以上,焊接接头才不会出现裂纹。
     
      再热裂纹指数=1.562.13.有再热裂纹倾向,敏感温度区间为400570A,焊后热处理温度应高于570A.在CCT图中,奥氏体化温度为1 300A,说明该图模拟的是紧靠焊缝熔合线的焊接热影响区的粗晶区,是焊接接头中组织性能最差的一个区,分析它对于决定能否焊接修复成功具有较大指导意义。图中有关相变临界点!"1为710A、为190A.冷却速度U/3)在1015s,26Cr2Ni4MoV钢具有极强的淬硬性。电弧焊热循环中,焊缝及热影响区从高温冷却到300A只需十几秒至几十秒,这意味着该钢焊接时,即使采用焊接预热和焊后缓冷措施,焊接热影响区不可避免地会产生马氏体。但可以使其硬度降到HV400左右,以避免产生淬火裂纹。
     
      模拟轴焊接试验和焊条对比选择在大轴焊接修复前,进行了大量的模拟试验,在选用填充材料时,应遵守以下原则:①采用低匹配,这有利于降低焊接残余应力。②焊条的工艺性能要求特别好,以防止夹渣、气孔等缺陷。③熔敷金属应具有高塑性和高韧性,以使焊缝产生适当的变形来减少焊接残余应力。④最好选用组织相同的焊接材料,以减少因组织膨胀系数不同而产生的附加应力。
     
      在此原则下,经过多次试焊后,选用BL-96、JSD-1和OK78.04焊条进行模拟焊接轴的解剖试验,其主要性能对比表1焊接性能对比焊条焊接裂纹硬度(HV)焊缝"-1w/MPa焊缝淬硬区母材BL-96有裂纹340从表1可以看出OK78. 04焊缝具有较好的性能,焊缝的冲击功和脆性转变温度FATT优于被焊接修复转子的母材冲击能和脆性转变温度,而且具有令人满意的扭应力疲劳极限和旋转疲劳极限。
     
      焊接修复后的强度校核和寿命评估常熟发电厂4*发电机的焊接修复位于轴伸,该处承受的传递扭矩产生的扭应力最大,当二相短路或非同期合闸时,还会产生很大的扭转应力和瞬时冲击载荷,需对焊接修复轴段进行强度校核和寿命评估。
     
      3.1轴伸的额定扭应力2二相短路时的强度校核*!",为二相短路时的力矩倍数。制造厂提供2个二相短路时的轴伸应力值(1)272MPa;(2)219.9MPa.二相短路时强度安全系数则未磨损前轴伸的设计安全系数分别为=1.32:焊接修复后,焊缝屈服强度为625MPa,其二相短路时的安全系数与设计状态相当。
     
      3.3寿命评估焊缝材料不可避免地存在焊接缺陷,当焊缝和母材处于同一强度水平时,焊缝的疲劳强度低于母材的疲劳强度,例如:OK78.04焊缝的"=1>=250MPa,而母材26Cr2Ni4MoV钢的为了保证安全,假设二相短路引起的扭应力振幅!)根据OK78.04焊缝扭应力振幅一对数寿命方程:冲击寿命次数"=2 015次;②当二相短路的扭应力t%69:=219.9MPa时,冲击寿命次数"=110507次。可以看出,随着二相短路的冲击扭应力的升高,冲击寿命次数急剧下降。
     
      局部加热的温度场和大轴变形焊后热处理温度场的计算和测试2m.在焊接热处理过程中必须保证端部绕组绝缘不被破坏,即该处温度不得大于150F.为此,采用有限元方法计算了大轴焊后热处理的温度场,并在模拟轴上多次模拟焊接热处理,对其温度场进行实测验证。试验用大轴采用200MW高压转子,轴伸直径454mm.试验的焊后热处理工艺如下:①590F,保温3H②升温速度50F/H③降温速度15F/H,降至370F,然后炉冷至170230F,最后去保温材料空冷。④在转子焊后热处理的保温和冷却过程尽可能达到以下的温差:轴向温差:<100F/100mm;有效加热区温差:<50F;横截面温差尽量减小。
     
      在焊接和热处理过程中,端部绕组的最高温度不超过100F,其绝缘不受影响。磨损转子的修复可采用不拆除线包的局部焊后热处理的焊接修复工艺。
     
      2大轴变形在大轴磨损焊接修复过程中,由于热应力和残余应力的作用,不可避免地会发生大轴变形,当大轴变形超过一定限度时,会影响大轴的正常运行;而当大轴变形严重而不能修复时,还会造成大轴报废。试验用转子采用200MW机组的高压转子,材料为30Cr2MoV,轴头带有整体锻造的对轮和叶轮,承重架的支点在调节级叶轮和第一压力级叶轮之间,使悬挂的轴头有足够的自重,以检验轴头自重在不均匀温度场下的变形情况,测量焊接及热处理引起的大轴变形情况。测量工具为根据模拟轴实际情况自制的测量尺,通过测量轴端对轮与调速级叶轮间相对距离的变化(瓢偏),来计算大轴轴线在径向的情况。
     
      焊接采用双人对称施焊,将轴沿圆周8等分,通过轴的分步转动,使焊工施焊位置基本一致。
     
      焊前预热250F,并在焊接过程中保持这一温度,焊后进行590Fx3h去应力退火处理。
     
      测量结果如下,焊前模拟热处理引起的为0.045mm,这一变形可能是由于事故轴存在较大内应力所致。焊接及焊后热处理过程引起的变形也仅为0.045mm,该变形量是比较小的。
     
      焊后热处理、氧化和回火脆化氧化试验试样分3组,即无涂料的光滑试样、红套试样和表面涂料试样,分别按650Fx5h和600Fx12h在加热炉中进行。试验结果表明,红套试样的氧化程度极不均匀,氧化层最薄处几乎为零,而最厚处则大于另两组试样。涂料试样的氧化皮比无涂料光滑稍轻,但与炉衬接触部位涂层破坏,所以该处氧化皮较厚。无涂料光滑试样经650Fx5h试验,其氧化物厚度(氧化层与次氧化层厚度之和)为62.5 %m;经600Fx12h试验,氧化皮厚度为42.5 %m,较前减小32L.焊后热处理参数为590Fx3h,估计引起的氧化皮厚度应在20%m以下。这种氧化是比较轻的,可用砂纸打磨去除。
     
      2脆化试验1嫂电机子上安装有励磁绕组,部绕组!距离磨损料u试验条75x!。h和驰回。火t然后测试样材料选择与26Cr2Ni4MoV相近的26CrNi3MoV转子材焊机,空载电压不于6(8;④预热、焊接和焊后热处理的hhig议加强监督和积累使经验,以利于推广应用。d.net试其FATT*……试验结果为:不经高温回火、经475 12/回火和525-x12/回火的FATT*.分别为10-、5-和1这一结果表明,焊后热处理这一特定条件不会引起转子材料的回火脆化。
     
      5.3热处理试验焊后热处理的主要目的是降低焊接残余应力,次之是降低焊接热影响区的硬度,对于转子焊接修复的热处理还要考虑轴表面的氧化。根据氧化试验,加热温度为590-时氧化较轻,该温度又符合26Cr2Ni4MoV钢转子消除应力回火温度不能低于538 -,但至少应比最后一次回火温度低30-的要求。为此,进行590 -回火时间对焊接热影响区硬度影响试验,随着回火时间的延长,热影响区硬度明显下降,回火时间56h后热影响区硬度稳定。!残余应力和磁化1残余应力件技术条件》的要求,转子在消除应力热处理后,残余应力不大于65MPa.但由于大轴材料的淬硬倾向大,要把焊接残余应力控制在65MPa以内难度较大,在制定焊接工艺和焊接措施时,应最大限度地把焊接残余应力控制在最小范围内。
     
      模拟焊接轴的焊接工艺和热处理工艺同上所述。
     
      残余应力测量采用工程上常用的盲孔法,为减少机械应变的影响,提高测量精度,使用了较先进的喷砂打孔方法。分别测试了焊缝、熔合区、焊接热影响区和母材的残余应力。残余应力最大部位为熔合区环向,数值84.1MPa,其它部位的残余应力均低于58.8MPa,表明焊后去应力退火处理是有效的。
     
      磁化转子在焊接修复过程由于在窄的坡口内长时间的稳定电弧的作用及焊后热处理的加热绳定向缠绕而磁化。焊接修复工艺防磁化的思路是焊接和焊后热处理过程不使转子磁化,从而省去去磁工艺,防磁化方法如下:①采用双人对称施焊,将轴沿圆周8等分,通过轴的分布转动,施焊始终保持双人对称;②焊后热处理的加热器采用专门制作的加热线循环反向布置的履带式加热器。模拟轴焊接热处理后,轴材料均未磁化。
     
      7热过程如所示;⑤除第一次引弧在坡口上,其它所有引弧均在焊缝处;⑥在焊接过程,每层都进行焊渣清理和焊接质量检查。
     
      8焊接修复后的检验经无损探伤,焊接修复转子的焊缝和热影响区未发现裂纹和记录缺陷。轴伸焊接接头经机加工和局部磨光后,焊缝表面不存在咬边和气孔。焊接接头的焊缝和母材硬度正常,热影响区的硬度约比母材高HB100.焊接修复后,轴伸的最大残余应力为42.6MPa,等于轴材料屈服极限的6.6D,残余应力较低。焊接热处理后,转子轴伸的弯曲变形为0.04mm,变形很小。随交流电源强度升降,转子绕组静态交流阻抗数值相同,表明不存在因局部过热绝缘烤焦碳化引起的转子绕组匝间短路。
     
      %结论和建议磨损转子焊接修复工艺合理,时间短,成本低,易于实施。焊缝力学性能、焊缝的强度安全系数和6项非破坏性的可检验项目均达到或优于预定的要求,焊接修复转子可以使用。
     
      与世界上第一次发电机转子焊接修复工作(美国Com-mom-wealthEdison公司Jolie)相比,本课题在理论、学术和技术上有以下新的发展。
     
      选用焊条的低匹配原则,不但使焊缝和母材的强度处于同等水平,而且使焊缝的冲击韧度和脆性转变温度优于母材,这将有利于焊接修复转子的安全性。
     
      在精确掌握焊后热处理温度场的条件下,采用不拆除线包情况下的局部焊后热处理工艺,大大缩短转子焊接修复的时间和降低焊接修复的成本。
     
      中国钢管信息港营管部获悉:把焊后热处理温度确定在稍低于该钢开始生成维氏体(Fe0)温度,并适当延长保温时间,既保证有效消除残余应力和降低焊接热影响区硬度,又圆满地解决了轴表面氧化技术难题。
     
      用对称分段施焊和循环反向布置的加热器,解决转子焊接修复的磁化问题。
     
      在焊接修复过程严格执行对称分段施焊、控制热处理温度场,定时转动和慢速冷却等技术措施,把大轴变形和焊接残余应力降至很低的程度。
     
      大轴接修复的现场实施7.1坡口制备和探伤采用携带式砂轮机修扩轴伸端的磨损沟槽,使其尺寸达到预定焊接坡口尺寸的要求。坡口制备前后,进行无损探伤确认有无裂纹缺陷,坡口清洗待用。
     
      热电偶、加热器和保温层轴伸表面布置多支铠装镍铬镍硅热电偶。轴伸的焊接坡口两侧铺设加热器。加热器表面进行适当保温。
     
      中国钢管信息港营管部获悉:焊接和焊后热处理磨损转子焊接修复在常熟发电厂实施,焊接和焊后热处理工艺如下:采用焊条电弧焊,对称施焊。②先用低氢0K78.04焊条,直径3.2mm.施焊前焊条按要求烘干;③采用直流逆变
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