焊接對定位筋安裝與調整的影響

劉攀 張浩 譚鋆 郭聰聰 張懿雄

摘要：定位筋托塊焊接是定位筋掛裝的關鍵，焊接質量直接影響定位筋的各項參數，因此，控制定位筋托塊焊接工藝對定子鐵心的安裝具有重要意義。在葛洲壩水電站增容改造過程中，水輪發電機組定子定位筋由固定式的單鴿尾筋結構改為浮動式的雙鴿尾筋結構。定位筋托塊焊接過程中，通過控制焊接方法、焊接工藝、焊接順序來降低托塊焊接對定位筋各項數據的影響。介紹了葛洲壩水電站機組定子定位筋結構、定位筋焊接以及焊接變形的控制措施。

關鍵詞：定位筋托塊焊接;雙鴿尾定位筋;焊接;葛洲壩水電站

中圖法分類號：TV547

文獻標志碼：A

1研究背景

在三峽水電站全面投運以后，其在滿負荷運行情況下的泄流量遠大于葛洲壩水電站滿出力流量。為了充分利用水資源，目前正在進行葛洲壩水輪發電機組改造增容。其中，發電機定子改造是一項關鍵且繁瑣的工程，定位筋托塊焊接質量的好壞可直接影響定子鐵心的安裝精度。其焊接要求較高，技術難度較大，采用合適的焊接方法及合理的焊接順序，可以保證定位筋的安裝精度。本文根據葛洲壩水電站8號機組定子改造工作，介紹了定位筋托塊的焊接順序及方法，驗證了該焊接工藝的可靠性，為后續的機組改造工作積累了寶貴經驗。

2雙鴿尾定位筋簡介

葛洲壩水電站發電機定子改造過程中，首先用螺栓將原來六瓣定子機座合縫板間隙把緊達到技術要求后，再用小鋼板在合縫板表面焊接，使得原先分瓣式的定子基座成為整圓結構。然后，將舊定位筋拆除，并將機座環板打磨光滑。如圖1所示，葛洲壩定子機座共有4層環板，雙鴿尾定位筋通過托塊焊接在機座環板上。托塊滿焊后必須滿足如下的技術要求：定位筋絕對半徑必須滿足7789mm;相同高度相鄰的定位筋絕對半徑偏差小于0.12mm;相鄰定位筋弦距與標準弦距樣板偏差值小于0.20mm;定位筋的徑向扭斜不大于0.05mm。

3定位筋托塊焊接

定位筋的調整安裝工序為：基準筋_÷大等分定位筋→小等分定位筋。132根定位筋的半徑、扭斜以及弦距均合格后進行托塊焊接工作。定位筋托塊的兩側及背部焊接的角焊縫不小于12mm，先徑向焊接再周向焊接，最后基準定位筋單獨焊接，每個角焊縫共焊接4道。焊接存在兩種順序（見圖2）。此次焊接采用的是圖2中右側的焊接順序，焊接過程中安排4名焊工均勻對稱分布同時焊接，定位筋托塊各環焊接順序按照“3環→1環→4環→2環或者2環→4環→1環→3環”的順序進行。為避免定子機座環板變形，每次隔開兩個托塊進行焊接。

某一環的4次徑向焊接后132根雙鴿尾定位筋扭斜變化趨勢見圖3。按照扭斜不超過0.05mm的技術要求，4次焊接后的不合格率分別約為3%、10%、11%、7%，相較以往20%左右的不合格率，這種焊接工藝合格率較高。132根定位筋每次徑向焊接后與前一次焊接后的半徑值對比結果見圖4。4次焊后半徑變化值分別為-0.03，0.045，0.05，-0.03mm。由圖3和圖4可以得出：4次徑向焊接中，第2，3次焊接對定位筋扭斜和絕對半徑的變化影響很大。定位筋托塊焊接變形的根本原因是托塊與機座環板的三角焊縫在冷卻過程中出現不可控制的變形量。因此，在焊接定位筋托塊過程中，必要的控制措施不可或缺。

由于托塊兩側角焊縫的縱向收縮，托塊也會隨之沿定子徑向方向收縮，導致定位筋絕對半徑值發生變化。在托塊兩側焊接完成后，處理掉不合格的托塊，并將托塊頂柱加固，再進行托塊背部的焊接，這樣有利于將定位筋半徑控制在有效范圍內。定位筋滿焊后132根定位筋的半徑變化趨勢見圖5.定位筋滿焊后半徑的驗收標準是7789+0.20mm，4環的定位筋絕對半徑值均在合格范圍內。

4定位筋焊接變形的控制措施

雖然焊接過程中的變形量具有不可預見性，但是采取必要的控制措施（如焊接順序、方法等）可以有效提高合格率。

焊接中采用CO：氣體保護焊，其特點如下：電弧燃燒穩定，熔深比手弧焊高2～3.8倍;焊絲熔化快，不用清理焊渣，其焊接效率比手弧焊提高2.5～4倍。焊接電流一般在200A左右，要在現場進行調節。

在調整定位筋的過程中，要充分利用托塊頂柱、托塊C型夾、小鋼楔等專用工具將定位筋和托塊固定在定子機座上。特別需要注意防止小鋼楔的松動，它對定位筋的扭斜、半徑影響很大。

在定位筋安裝中必須遵循如下技術要求：①相鄰跨距同一高度弦距相差不大于0.2mm;②各弦距與標準弦距偏差絕對值不大于0.1mm;③所有定位筋的絕對半徑為78900mm;④定位筋的扭斜不大于0.05mm。只有這樣才能為焊接的變形留有一定余量。

在焊接過程中，除了遵循正常的焊接順序之外，第1道徑向焊縫均由定子機座的內圓向外焊接，第2，3，4道徑向焊縫由外圓向內進行焊接。這樣可以將定位筋的半徑、扭斜值盡量控制在合格范圍內。

在進行托塊第1道焊接時，可以用定位筋雙頭頂柱將定位筋固定，以有效控制定位筋的弦距。待焊縫的溫度冷卻至環境溫度，再將雙頭頂柱取下。

5結論

本文基于葛洲壩水電站8號機組定子改造工作積累的經驗，分析了焊接工藝（順序、方法）對定位筋調整安裝的影響，結論如下。

（1）在定位筋的調整中，與焊前值相比，4環滿焊后的定位筋絕對半徑最大值為0.28mm，因此定位筋調整時必須留0.30mm左右的余量。定位筋絕對半徑在焊接前控制在778900.20mm，滿焊后的驗收數據為7789mm。

（2）采用CO：氣體保護焊進行定位筋托塊焊接，將定位筋數據的影響控制在可控范圍，也證實了CO：氣體保護焊在定位筋焊接工作上是可取的。

（3）定位筋托塊焊接時，焊縫焊接順序、各環板托塊焊接順序、同一環板各定位筋托塊焊接順序均十分重要，應避免相鄰環板托塊、同一環板相鄰托塊焊縫連續焊接，一道焊縫完全冷卻后，再進行下一道焊縫焊接。

（4）定位筋調整安裝是一項系統且繁瑣的工作，在進行焊接之前，必須把控每個環節的質量;在焊接過程中，采取合適的控制措施，可以降低焊接變形，從而確保定位筋的各項數據在有效范圍內。

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