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转子支架焊接裂纹及处理-中国最大钣金展-锻压展-2016第十七届广州国际钣金、锻压工业展览会-巨浪展览- The 17th China（Guangzhou）Int’l Sheet metal machinery,Forging, Stamping and Setting Equipment Exhibition
2016年1月8日 钣金展-锻压展-sheet metal expo |
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转子支架焊接裂纹及处理李阳庚李野荒中国水电第六工程局，辽宁丹东，118002中国水电第六工程局机电安装分局。辽宁丹东，118002 1概述万家寨水电站180MW发电机转子支架为圆盘式焊接结构，由中心体和8个扇形环组件在工地焊成整体，中心体直径4000mm，组焊后转子支架外径10230mm.中心体上下圆盘材质为合金钢20SiMn（S=100mm），扇形支臂材质为Q235（S=30mm），中心体与支臂上下环缝为异种钢不同厚度的对接接头。
2转子支架的焊接2.1定位焊采取分段退步焊接的方法，对所有立缝、环缝和径向缝进行定位焊。
2.2焊接顺序转子支架总的焊接顺序为先焊中心体立筋与支臂腹板的立缝，再焊上下环缝，最后焊支臂间的径向缝。上下环缝采用手工电弧焊打底之后用co2气体保护焊施焊。
2.3焊接规范规格：电压：电流：焊丝规格：电压：电流：气体流量：（3）由四名焊工90位置对称施焊，上下环交替进行。正面焊至坡口U）预热温度：要求现场环境温度高于1C，中心体与支臂间环焊缝在焊前需预热至100―120C，控制层间温度不大于200C（厂家原要求：环境温度低于10C，预热温度50― 60C），焊后采取后热处理措施。
2.4焊接过程在1号、2号机的转子组焊时，施工单位由于未采取整体预热措施，因而产生裂纹，裂纹主要呈现为在焊缝区域的冷裂纹，根据有关专家的意见，认为中心体园盘材质中均含有一定量的Cr、Ni、Mn、Cu等元素，碳当量和裂纹敏感系数较高，焊接性能较差，原焊接工艺预热温度低，是产生焊接裂纹的主要原因，应采取合理的预热温度并进行后热处理。
我单位在6号机转子支架焊接时，吸取了1号机、2号机支架焊接的经验。认真遵守厂家的焊接规范，同时加强了对焊缝应力的消除措施，整个转子支架的焊接除个别焊缝缺陷作了处理以外并未产生裂纹和变形。
3裂纹的发现和处理4号机转子支架上下环缝焊接完毕后，发现局部存在气孔和夹渣等缺陷，在处理缺陷数小时后发现焊缝处产生裂纹。经过渗透探伤和超声波探伤检发现裂纹为穿透性裂纹，且都发生在热影响区内，三条裂纹的主体部位在支臂上环母材上，两端伸向焊缝，裂纹断口无氧化特征，裂纹取向与焊缝纵向接近平行，且有断裂声音，从以上特征可以认定该裂纹为冷裂纹，且应属于冷裂纹中延迟裂纹中的焊趾裂纹。
3.1裂纹产生原因我们试从结构、工艺和材料三个方面分析。3.1.1结构因素：转子中心体与支臂上下环缝为异种钢不同厚度的对接接头。正面焊接坡口的2/3时背面清根，中心体材质为合金结构钢，清根时为避免伤及中心体母材，又能保证背面焊接时运条方便，就必须在支臂一侧开出一定尺寸的坡口，因此，该环缝的接口形成了一个类似于不对称的K形坡口的T形接头，这种接头形式，在诸如咬边等形状缺陷的诱发下，极易出现焊趾裂纹。
3.1.2工艺因素：工艺因素是导致焊接裂纹的主要因素，因为施工时值夏季，气温较高，考虑焊工的劳动强度和工作条件，将预热温度定在60C左右，且焊后没有进行后热处理，考虑工期进度的要求，在上下环缝处理缺陷的同时焊接径向缝，且环缝未处理完，径向缝已经焊完，造成环缝处理时的焊接应力无法释放，而导致裂纹的产生，由于是缺陷处理，为了将上次焊接缺陷清除干净，刨出的坡口明显大于正常焊接的坡口，因此，造成HAZ过宽，且为二次处理使得HAZ有脆化的倾向，由于二次处理焊缝长度较短，未能引起足够的重视，在焊接过程中，未能采取连续施焊，造成层间温度较低。再则于焊接开始时，主立筋挂钩高程普遍偏低，为调整挂钩高程，焊接环缝时先焊接上环，使支臂有上翘趋势，造成上环应力集中，且焊补时未采用风铲锤击焊缝，应力无法释放，以上这些问题是导致支臂上环母材开裂的根本原因。
313材料因素：材料因素分为两个方面，即母材和焊材。中心体母材为2SiMn，热处理状态为正火加回火。其抗拉强度Sb>470MPa，支臂母材为Q235，其抗拉强度Sb>375MPa，而507焊条熔敷金属的抗拉强度Sb>490MPa.对于中心体而言，507焊条基本上与其等强，但对于支臂来讲，选择507焊条则属于高匹配，环缝焊接时，正面打底两层和清根后的背面焊缝均采用507焊条，这样就造成了焊接接头刚度较大，焊根部位应力集中，给裂纹的产生埋下了隐患。
3.2处理为了准确的判断裂纹的起止点和发展趋势，我们通过PT检查裂纹的起止点，在裂纹的起止点分别钻12的止裂孔''，以防止裂纹延伸，通过X射线拍照，对裂纹的现场分析判断出裂纹的类别，研究处理方案。因其结构形式已不能改变，故只能从工艺方面和材料方面入手。
3.2.1工艺方面：考虑中心体的材质为20SiMn碳当量Ceq和裂纹敏感系数均高于普通低合金钢，因此，为防止中心体母材冷裂，将环缝整体加热至80C100C，并进行后热处理（15（TCX2h），为释放焊接应力，‘将该支臂两条径向缝割开，在裂纹两侧用碳弧气刨刨出U形坡口，并分段处理，每段长约150200mm，即先刨出第一段的坡口，将其焊满，再刨第二段，依次将正面处理完毕，再分段处理背面，正面采用C02气体保护焊，背面手工电弧焊，焊接规范同前。焊接时采用多层多道焊，且最后一道不与母材相接，并连续施焊，保证层间温度不低于预热温度，并小于200C.每层均用风铲锤击焊缝。焊后将余高磨平。
3.2.2材料方面：正面焊接用C02气体保护焊，焊丝H08Mn2SiA，抗裂性能良好，背面手工电弧焊按等强原则选择焊条，并考虑低氢性能，故选用M27焊条施焊。（H27焊条熔敷金属抗拉强度ob>通过上述方法将裂纹处理完毕，经72小时延迟裂纹期过后进行UT检查，未发现裂纹存在，再将割开的径向缝焊满。
4结语转子支架的尺寸安装精度较高，而且中心体圆盘的厚度与支臂的板厚相差较大，因此在焊接时往往重视如何控制焊接变形，在焊接工艺上重视就略显不足，通过4号机转子支架焊接所发的一系列问题，我们认为焊接质量是整个施工过程的关键，焊接工艺的制定和执行是控制整个焊接过程的关键。
转子支架是承受力矩的转动部件，焊缝质量关系到机组安全运行，因此焊缝质量必须严格控制。
在预热温度上一定要严格执行有关规定，过高可能造成变形，过低可能造成焊接缺陷，不能因考虑其它原因而擅自改变工艺。
消除焊接应力的措施必须认真对待，由于转子焊接完成后就进行下一工序的施工，没有足够的时间完成焊后收缩，因此消除应力的措施必须重视和加强。
由于转子支架采取工地配刨付立筋工艺，可有效消除焊接变形对主要技术参数（如半径，径向倾斜和切向倾斜）的影响，因此当焊接变形与焊缝质量相矛盾时，首先要满足焊缝质量。
对焊接工艺要进行过程控制，随时检随时处理。
只要认真执行焊接工艺文件，搞好焊接过程的控制，就能有效地防止和减少焊接缺陷，保证焊接质量。
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