前言:戈兰滩水电厂处于云南省普洱市江城县 (右岸) 和红河州绿春县 (左岸) 界河上, 是李仙江干流规划的七个梯级电站的第六级, 主厂房内装有3台150MW混流式水轮发电机组, 均由哈尔滨电机厂有限责任公司设计、制造。2016年12月17日戈兰滩水电厂1号机组开展C级检修工作, 期间云南电力技术有限责任公司金属专业人员对转轮进行了金属无损检测, 转轮共发现12条不同长度裂纹 (裂纹情况如下表) , 为此, 通过全面比较各种修复转轮室叶片的经验, 综合考虑后确定水轮机转轮室修复远期方案, 彻底解决叶片的损坏问题。但考虑到1号机组C级检修工作时间已经临近, 如整体更换所需工期较长, 经多次商讨研究, 提出采取气体保护焊方法加快施工进度确保工期。故本次戈兰滩水电厂1号机组的转轮室叶片修复采取MIG不锈钢混合气体保护焊的焊接现场修复的方案。
一、气体保护焊的特点:
1. 电弧和熔池的可见性好, 焊接过程中可根据熔池情况调节焊接参数。
2. 焊接过程操作简便, 没有或有很少熔渣, 焊后基本不需要清渣。
3. 电弧在保护气流的压缩下热量集中, 焊接速度快, 熔池较小, 热影响区窄, 焊件焊后变形小。
4. 气体选用混合气体Ar+CO2, 气体Ar纯度:95%
5. 焊丝的选择:MIG焊的焊丝成分要求与母材接近
二、水轮机转轮裂纹原因分析
在机组运行中, 如果水轮机转轮产生裂纹, 将对运行安全带来很大危害, 同时也给水电厂带来一定的经济损失, 所以相关工作人员要充分分析水轮机转轮裂纹产生原因, 并尽快提出修复方案, 保证机组安全运行。转轮裂纹原因一般有:1受力集中, 转轮在运行过程中受水压力和离心力的影响, 主要应力区分布在转轮叶片周边上面, 通过理论计算得出相当应力分布在叶片周边, 分析后得出转轮叶片存在较高的应力区, 在叶片进水正面靠近上冠处;叶片出水边正面的中部, 这些部位在机组运行中受力过大, 所以易产生裂纹。2转轮在铸造过程中造成的缺陷在铸造过程中, 难免会有外部力量的影响, 这就会使铸造气孔、砂眼在外力的影响下产生裂纹。因为转轮叶片与上冠、下环的厚度差特别大, 在转轮的铸造过程中, 如果没有采取正确的焊接工艺要求进行焊接, 会在焊缝和受热影响区出会出现应力集中, 而后在焊后会产生延迟裂纹现象。3水轮机转轮在运行中的原因由于机组设备转轮长期在满负荷的状态下运行工作, 这会导致叶片焊缝内部及热影响区在机组运行的离心力下产生裂纹甚至会使裂纹的情况加剧。
三、转轮叶片裂纹修复焊接工艺方案
1. 根据PT探伤记录, 对缺陷裂纹用碳弧气刨清理缺陷, 清理前用火焰预热裂纹及100mm范围, 预热温度100°C-150°C, 在裂纹一侧形成单面V型坡口, 坡口深度为母材厚度1/2.用合金磨头对坡口内部进行打磨, 彻底清理渗碳层。
2. 清理完毕, 由专业合格的探伤人员对清理区域做PT探伤确认缺陷已完全清理。
3. 现场采用氧乙炔火焰加热方式, 将待焊区域及附近100mm范围内加热100°C-150°C, 用测温枪检测达到要求即可施焊。
4. 由2名合格焊工在转轮室1-12号叶片对称焊接
5. 施焊采用薄层、分段焊接技术。焊接过程中每焊一层利用风铲锤击效应要求稠密、轻快且均匀地进行, 往返2-4次, 焊接过程中注意错开接头。
6. 正面焊接2/3后进行背部碳弧气刨清根, 清根前用火焰预热100°C-150°C。
7. 清根后缓慢冷却至室温, 对根部进行PT探伤检测合格。
8. 背部焊前加温和正面焊接方法相同, 焊前加温。
9. 采用混合气体保护焊。保护气体:95%Ar+5%CO2
1 0. 焊接材料:HS367M焊丝。φ1.2mm
11.焊接规范见表1, 预热温度100℃-150°C, 层间温度不大于170℃
1 2. 叶片裂纹在焊接完成后应采取保温缓冷措施。焊后保温缓冷是防止裂纹再度产生。因为在焊接过程中, 焊缝中不可避免的溶解了有害气体比如氢, 氢是焊缝内部产生裂纹的重要因素, 会在温度下降后逸出。如果焊缝及周边的母材冷却速度太快, 会使氢的聚集集中。使焊缝及附近的母材塑性变低, 很可能出现裂纹。为防止裂纹再次产生, 焊后应采取保温措施, 焊后立即用氧乙炔烤枪对焊缝及附近区域加温, 温度控制在100°C-150°C, 用石棉布把焊缝包裹或盖住, 使其缓慢冷却。
1 3. 接下来就是打磨经过修复的焊缝了, 焊缝的打磨面一定要保持和周边过水面平滑。如在打磨完成后发现还有一些表面的小缺陷, 这些小缺陷是修复过程中留下的, 就必须对其进行重新修复打磨, 一直到满足要求合乎标准为止。
1 4. 修复完成后, 在室温温度下进行检测, 转轮叶片无变形, PT探伤和UT检查合格。
结语:戈兰滩电站1号机转轮叶片裂纹通过上诉处理修复后, 确保了工期, 提高了焊接进度。机组投入运行后, 机组经长时间不同水头和不同负荷运行, 在随后的机组小修检查中没有发现新的裂纹, 转轮叶片修复后运行良好。戈兰滩电站1号机水轮机叶片的成功修复为机组安全运行提供了良好的技术保障。为以后水轮机转轮叶片裂纹处理提供了一定的参考和借鉴作用。
摘要：本文分析了MIG不锈钢混合气体保护焊在戈兰滩水电厂1号机组的转轮室叶片修复过程中的应用, 对气体保护焊的特点、水轮机转轮裂纹原因、裂纹修复焊接工艺方案进行详细阐述, 以期为以后水轮机转轮裂纹处理提供一定的参考和借鉴。
关键词：气体保护焊,转轮裂纹,修复方案