轉(zhuǎn)子支架焊接裂紋及處理.doc

轉(zhuǎn)子支架焊接裂紋及處理轉(zhuǎn)子支架焊接裂紋及處理 水電六局李陽(yáng)庚1. 概述 萬(wàn)家寨水電站180MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架為圓盤(pán)式焊接結(jié)構(gòu)，由中心體和8個(gè)扇形環(huán)組件在工地焊接成整體，中心直徑4000mm，組焊后轉(zhuǎn)子支架外徑10230mm。中心體上下圓盤(pán)材質(zhì)為合金鋼20SiMn（=100mm）。扇形支臂材質(zhì)為Q235（=30mm），中心體與支臂上下環(huán)縫為異種鋼不同厚度的對(duì)接接頭。2. 轉(zhuǎn)子支架的焊接 2.1定位焊 采取分段退步焊接的方法，對(duì)所有立縫、環(huán)縫和徑向縫進(jìn)行定位焊。 2.2焊接順序 轉(zhuǎn)子支架總的焊接順序?yàn)橄群钢行捏w立筋與支臂腹板的立縫，再焊上下環(huán)縫，最后焊支臂間的徑向縫。上下環(huán)縫采用手工電弧焊打底之后用C02氣體保護(hù)焊施焊。 2.3焊接規(guī)范（1） J507焊條 規(guī)格： 3.2 電壓： 2228V 電流： 90120A（2） H08Mn2SiA焊絲 規(guī)格： 1.2 電壓： 2530V 電流： 220240A 氣體流量： 1822l/min（3） 由四名焊工90位置對(duì)稱施焊，上下環(huán)交替進(jìn)行。正面焊至坡口2/3時(shí)，背面用3.2J507焊條焊至hf=8mm。（4） 予熱溫度：要求現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度高于10，中心體與支臂間環(huán)焊縫在焊前需予熱至100120，控制層間溫度不大于200（產(chǎn)家原要求：環(huán)境溫度低于10時(shí)，予熱溫度5060）焊后采取后熱處理措施。2.4 焊接過(guò)程 在1號(hào)、2號(hào)機(jī)的轉(zhuǎn)子組焊時(shí)施工單位由于未采取整體預(yù)熱措施，因此產(chǎn)生裂紋，裂紋主要呈現(xiàn)為在焊縫區(qū)域的冷裂紋，根據(jù)有關(guān)專家的意見(jiàn)，認(rèn)為中心體圓盤(pán)材質(zhì)中含有一定量的Cr、Ni、Mn、Cu等元素，碳當(dāng)量和裂紋敏感系數(shù)較高，焊接性能較差，原焊接工藝預(yù)熱溫度低，是 產(chǎn)生焊接裂紋的主要原因，應(yīng)采取合理的預(yù)熱溫度并進(jìn)行后熱處理。我單位在6號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子支架焊接時(shí)，吸取1號(hào)機(jī)和2號(hào)機(jī)支架焊接的經(jīng)驗(yàn)。認(rèn)真遵守產(chǎn)家的焊接規(guī)范，同時(shí)加強(qiáng)了對(duì)焊縫應(yīng)力的消除措施，整個(gè)轉(zhuǎn)子支架的焊接除個(gè)別焊縫缺陷作了處理以外并未產(chǎn)生裂紋和變形。3 裂紋的發(fā)現(xiàn)和處理 4號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子支架上下環(huán)縫焊接完畢后，發(fā)現(xiàn)局部存在氣孔和夾渣等缺陷，在處理缺陷數(shù)小時(shí)后發(fā)現(xiàn)裂紋處產(chǎn)生裂紋。經(jīng)過(guò)滲透探傷和超聲波探傷檢查發(fā)現(xiàn)裂紋未穿透性裂紋，而且都發(fā)現(xiàn)在熱影響取內(nèi)，三條裂紋的主體部位在支臂上，兩端伸向焊縫，裂紋斷口無(wú)氧化特征，裂紋取向與焊縫縱向接近平行，有斷裂聲音，從以上特征可以認(rèn)定該裂紋為冷裂紋。3.1裂紋產(chǎn)生的原因 我們?cè)噺慕Y(jié)構(gòu)、工藝和材料三個(gè)方面分析。3. 1.1結(jié)構(gòu)因素：轉(zhuǎn)子中心體與支臂上下環(huán)縫為異種鋼不同厚度的對(duì)接接點(diǎn)。正面焊接坡口的2/3時(shí)清根，中心體材質(zhì)為合金結(jié)構(gòu)鋼，清根時(shí)為避免傷及中心體母材，又能保證背面焊接時(shí)運(yùn)條方便，就必須在支臂以側(cè)開(kāi)出一定尺寸的坡口，因此。該焊縫的接口形成了一個(gè)類似于不對(duì)稱的K形坡口的T形接頭形式，在諸如咬邊等形狀缺陷的誘發(fā)下，極易出現(xiàn)焊趾裂紋。3.1.2工藝因素：工藝因素是導(dǎo)致焊接裂紋的主要因素，因?yàn)槭┕r(shí)值夏季，氣溫較高，考慮焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作條件，將予熱溫度定在60左右，且焊后沒(méi)有進(jìn)行后熱處理，考慮工期進(jìn)度的要求，在上下環(huán)縫處理缺陷的同時(shí)焊徑向縫，且環(huán)縫未處理完，徑向縫已經(jīng)焊完，造成環(huán)縫處理時(shí)的焊接應(yīng)力無(wú)法釋放，而導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，由于是缺陷處理，為了將上次焊接缺陷清除干凈，刨出的坡口明顯大于正常焊接的坡口，因此造成HAZ過(guò)寬，且為二次處理使HAZ有脆化的傾向。由于二次處理焊縫長(zhǎng)度較短，未能引起足夠的重視，在焊接過(guò)程中未能采取連續(xù)施焊，造成層間溫度較低。再則于焊接開(kāi)始時(shí)，主立筋掛鉤高程普遍偏低，為調(diào)整掛鉤高程，焊接環(huán)縫時(shí)先焊接上環(huán)，使支臂有上翹趨勢(shì)，造成上環(huán)應(yīng)力集中，焊接時(shí)未采用封鏟錘擊焊縫，應(yīng)力無(wú)法釋放，以上這些問(wèn)題是導(dǎo)致支臂上環(huán)母材開(kāi)裂的根本原因。3.1.3材料因素：材料因素分位兩個(gè)方面，即母材和焊材。中心體母材為20SiMn，熱處理狀態(tài)為正火加回火。 其抗拉強(qiáng)度b470Mpa，支臂母材為Q235其抗拉強(qiáng)度b470Mpa.。對(duì)于中心體而言，J507焊條基本上與其等強(qiáng)，但對(duì)于支臂來(lái)講，選擇J507焊條則屬于高匹配，環(huán)縫焊接時(shí)，正面打底兩層和清根后的背面焊縫均采用J507焊條，這樣就造成了焊接接頭鋼度較大，焊根部位應(yīng)力集中，給裂紋的產(chǎn)生埋下了隱患。 3.2處理 為了準(zhǔn)確的判斷裂紋的起止點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，我們通過(guò)PT檢查裂紋的起止點(diǎn)，在裂紋的起止點(diǎn)分別鉆12的止裂孔，以防止裂紋延伸，通過(guò)X射線檢查，對(duì)裂紋的現(xiàn)場(chǎng)分析判斷出裂紋的類別，研究處理方案。因其結(jié)構(gòu)形式已不能改變，故只能從工藝方面和材料方面入手。 3.2.1工藝方面：考慮中心體的材質(zhì)為20SIMN碳當(dāng)量Ceq和裂紋敏感系數(shù)Pcm均高于普通低合金鋼，因此，為防止中心體母材冷裂，將環(huán)縫整體加熱至80100，并進(jìn)行后熱處理（1502h），為釋放焊接應(yīng)力，將該支臂兩條徑向縫割開(kāi)，在裂紋兩側(cè)用碳弧氣刨刨出U形坡口，并分段處理，每段長(zhǎng)約150200mm即先刨出第一段的坡口，將其焊滿，再刨第二段，依次將正面處理完畢，再分段處理背面，正面采用CO2氣體保護(hù)焊，背面手工電弧焊，焊接規(guī)范同前。焊接時(shí)采用多層多道焊，且最后一道不與母材相接，并連續(xù)施焊，保證層間溫度不低于預(yù)熱溫度，并小于200。每層均用風(fēng)鏟錘擊焊縫。焊后將余高磨平。 3.2.2材料方面：正面焊接用CO2氣體保護(hù)焊，焊絲H08MN2SiA，抗裂性能良好，背面手工電弧焊按等強(qiáng)原則選擇焊條，并考慮低氫性能，故選用J427焊條施焊。（J427 焊條熔敷金屬抗拉強(qiáng)度b420Mpa）。 通過(guò)上述方法將裂紋處理完畢，經(jīng)72小時(shí)延遲裂紋期過(guò)后進(jìn)行UT檢查，未發(fā)現(xiàn)裂紋存在，再將割開(kāi)的徑向縫焊滿。4 結(jié)語(yǔ) 轉(zhuǎn)子支架的尺寸安裝精度較高，而且中心體圓盤(pán)的厚度與支臂的板厚相差較大，因此在焊接時(shí)往往重視如何控制焊接變形，在焊接工藝上重視就略顯不足，通過(guò)4號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子支架焊接所發(fā)生的一系列問(wèn)題，我們認(rèn)為焊接質(zhì)量是整個(gè)施工過(guò)程的關(guān)鍵，焊接工藝的制訂和執(zhí)行是控制整個(gè)焊接過(guò)程的關(guān)鍵。（1） 轉(zhuǎn)子支架是承受力矩的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，焊縫質(zhì)量關(guān)系到機(jī)組安全運(yùn)行，因此焊縫質(zhì)量必須嚴(yán)格控制。（2） 在預(yù)熱溫度上一定要嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)定，過(guò)高可能造成變形，過(guò)低可能造成焊接缺陷，不能因考慮其它原因而擅自改變工藝。（3） 消除焊接應(yīng)力的措施必須認(rèn)真對(duì)待，由于轉(zhuǎn)子焊接完成后就進(jìn)行下一道工序的施工，沒(méi)有足夠的時(shí)間完成焊后收縮，因此消除應(yīng)力的措施必須重視和加強(qiáng)。（4） 由于轉(zhuǎn)子支架采取工地配刨副立筋工藝，可有效消