混流式转轮的搭焊工艺

朱春龙，李慧娟 ，蒋 顺，施赛青

(1．浙江金轮机电实业有限公司，浙江 金华 321002；2．金华市五百滩航运开发有限公司，浙江 金华 321002)

1 概 述

2019年，笔者所在公司签订了尼日利亚(DADINKOWA)项目，为2台20 MW的混流式水轮机。转轮由上冠、下环及叶片焊接组成，材料为ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢。转轮最大直径为3 500 mm，高度为1 960 mm，由13张叶片组成，每张叶片净重550 kg，总重约25 000 kg，是公司目前生产转轮直径最大的混流式水轮机。传统的小型混流式转轮的焊接方法显然已经不能满足此转轮的设计要求，必须探索新的搭接与焊接工艺来确保转轮的形状尺寸与焊缝质量。

2 搭接工艺

2.1 搭焊前准备

为了使搭接更方便及准确，首先将转轮上冠和下环的流道按图纸的要求加工到位，并根据焊接图划出上冠和下环的叶片搭接线。

转轮叶片经过数控机床加工后，用三维测量仪检查并打磨到图纸要求的光洁度，将各张打磨好后的叶片称好重量。搭焊时，按重的叶片旁边搭焊轻的方法分配叶片的顺序，确保转轮焊接完成后，不平衡重量降到最低。

2.2 转轮的搭接工艺

将转轮上冠朝上置于转轮焊接支架上，在上冠叶片搭接线上按叶片的张数划出搭接的位置点，用样冲敲好；再在每个样冲点外端焊上2块垂直的小铁块(见图1)，用于在搭接叶片时，支承和定位转轮的叶片。

图1 上冠处叶片搭接位置示意

吊装转轮叶片，使进水边置于2个小铁块之间。在钢板及叶片叶型面上点焊双头拉杆(见图2)，通过调节双头拉杆来调整叶片的角度及高度。调整到位后将导叶与上冠点焊牢固。用上述相同方法，将相邻的4张叶片调整并点焊好；用三维测量仪器检查4张叶片彼此间进、出水边角度的大小。通过电脑软件与模型对比分析的结果来调整叶片的搭接角度。用卡尺根据图纸上叶片进出水边的大小测量两相邻叶片之间的进水边与进水边、出水边与出水边的距离(测量位置见图2)。按要求将其余叶片吊装到上冠上，用相同方法测量叶片的角度与距离，并依次检查并记录结果。

图2 叶片测量位置及拉杆的点焊位置

将下环吊入焊接支架上，检查下环与叶片的坡口之间的间隙，高出的地方打磨掉，间隙应该比较均匀，再将叶片与下环点焊牢。转轮上冠、下环开口处焊上几根支承杆，以防起吊变形。焊上临时吊装耳后从焊接支架上吊下。

2.3 转轮的焊接工艺

2.3.1 焊接方法的确定

根据焊接工艺规程和焊接工艺评定以及在小型混流式水轮机转轮上进行的成功焊接经验，我们采用98%Ar+2%CO2混合气体保护，焊丝自动进给式半自动焊，采用ER410NiMoφ1.2 mm不锈钢焊丝。该工艺焊接效率高，焊缝质量好且成形美观以及焊接变形较小。

2.3.2 焊接工艺参数的确定

将已点焊牢的转轮上冠朝下吊到可旋转的悬臂焊接支架上，焊接支架旁搭站人平台。在上冠内部及下环外圆包上1层陶瓷加热垫片(见图3)，加热至50～150 ℃，并保温至少4 h以上，然后用麻布盖上。

图3 悬臂焊接支架

根部焊接应从最难焊处开始，然后背面清根再打磨，以便能焊透。在A区和C区焊缝清根后，需进行100%PT检验根部焊接。转轮直径大于2.5 m，B区焊缝要求清根处理，并作100%PT检查(见图4)。

图4 焊接清根后检查位置

采用不锈钢焊丝正反两面交替施焊，焊接层间温度≤180 ℃。在转轮焊接过程中，需用风铲或风枪随时对焊接处进行多次敲击，以确保消除焊接应力。每层焊缝完成后需用钢刷清理干净焊渣，并仔细检查焊缝质量，确认合格后方可施焊下一层。

将叶片坡口焊满后，对转轮进行去应力退火处理。退火后打磨焊缝并按设计要求进行超声波探伤。

3 工艺实施效果

由焊工组严格按照焊接工艺规程和焊接工艺评定焊接的尼日利亚(DADINKOWA)项目的混流转轮，经过公司及第三方监理的检查，转轮叶片出水边单个开口值、平均开口值、叶片进口的节距、叶片型线等数据均满足设计要求；精加工后转轮的残留不平衡重量在标准范围内。

与老搭焊工艺对比，提高工效明显，转轮的搭焊时间至少节省15 d，大大缩短了生产周期，提高生产效率。同时，保证了转轮的焊接质量，减少不必要的返工，从而降低了公司的生产制造成本。该转轮焊接的成功经验对公司今后焊接中大型混流式转轮起到了积极的指导作用。