大型汽轮机转子窄间隙TIG横焊工艺研究

摘要

近年来，大型整锻转子锻件供应问题一直是制约我国大型汽轮机发展的瓶颈，目前比较可行的技术手段是采用焊接转子结构来实现。但在制造技术方面，国外有关公司将其作为Know-How，极大地限制了我国焊接转子制造技术发展。本文针对大型汽轮机焊接转子用钢20Cr2NiMo，开展了根部焊道窄间隙TIG横焊单面焊双面成形、填充焊侧壁熔合行为、焊道排布以及焊接接头组织、常规力学性能和模拟件焊接研究。　　研究了脉冲TIG工艺参数对根部焊道窄间隙TIG横焊单面焊双面成形的影响规律，获得了根部焊道厚度4.5mm的最佳工艺参数。焊接电流和电弧电压对根部焊道的熔透性具有重要影响，送丝速度对于背面焊缝能否成形起着决定性的作用，脉冲频率对于焊缝正面成形的影响较大，对抑制焊接熔池下淌倾向效果明显。　　针对窄间隙TIG横焊侧壁熔合质量稳定性问题，研究了窄间隙坡口条件下脉冲TIG工艺参数对上侧壁、下侧壁熔合行为的影响规律，获得了最佳的工艺窗口。研究结果表明，脉冲TIG工艺参数对侧壁熔合行为具有复杂的交互作用，钨极位置和电弧电压对侧壁熔合行为具有重要的影响，当钨极处于-1.5mm至-2.5mm时下侧壁焊缝成形比较稳定，电弧电压为14V～15V时上侧壁焊缝成形稳定。基值电流在150A～250A时侧壁熔合良好，送丝速度和脉冲频率对于焊缝表面成形影响较为明显。　　钨极位置对窄间隙TIG横焊多层多道填充焊缝的成形质量具有重要影响，试验研究获得了“一层四道”的焊道排布工艺参数。采用研发的成套焊接工艺，进行了典型焊接转子材料25Cr2Ni4MoV模拟件的焊接（外径为1100mm、壁厚25mm），获得了良好的根部焊道成形，焊缝一次性X射线探伤合格。　　典型汽轮机低压焊接转子20Cr2NiMo锻件窄间隙TIG横焊接头组织和性能试验研究结果表明，电弧形态对窄间隙TIG横焊上侧壁、下侧壁热影响区组织和常规力学性能没有明显的影响，根部焊道的组织和性能值得关注。填充焊缝热影响区的组织为回火马氏体，其冲击吸收能量较高，达到了190J左右。

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