汽轮发电机定子铁芯焊接变形控制方法

摘要

本发明公开了一种汽轮发电机定子铁芯焊接变形控制方法，该方法通过选用最适合的焊接技术、焊接材料和焊接工艺参数，采用三次分段对称多层焊接方法，简单、方便、安全、有效地控制了汽轮发电机定子铁芯的焊接变形，保证了汽轮发电机定子铁芯质量，确保了发电机的运行安全。

说明书

技术领域

本发明一种涉及汽轮发电机定子铁芯的焊接变形控制方法。

背景技术

汽轮发电机机组中定子铁芯相当重要，直接关系到发电机的运行性能和使用寿命，因此汽轮发电机对定子铁芯的尺寸要求相当严格，但是定子铁芯常常存在内径尺寸不一致的现象，在焊接端尤为突出，据现有定子铁芯的超差记录，焊接前后变形量可达到1.5mm，主要原因是定子铁芯的装配中，叠片完成后需将压圈接焊于机座环板上，焊接工艺不理想造成较大的焊接变形是定子铁芯内径超差的主要原因，在汽轮发电机机座抗焊接变形能力较弱的情况下，焊接变形控制方法不当，焊接工艺参数选择出现偏差，对焊接残余应力的影响估计不足都会造成汽轮发电机定子铁芯内径严重超差。

发明内容

为了克服焊接过程造成的汽轮发电机机定子铁芯的严重焊接变形，提供一种汽轮发电机定子铁芯焊接变形控制方法，通过实施焊接变形控制步骤，合理选择焊接工艺参数和工艺手段，有效控制焊接残余应力，保证汽轮发电机机定子铁芯的焊接变形在公差允许范围之内。

本发明所采用的技术方案为：汽轮发电机定子铁芯焊接变形控制方法，其特征为：

A.选择纯度为99.5％的CO₂保护焊气体以及Φ1.2的H08Mn2SiA焊丝，焊接时气体压力控制在0.2～7MPa；

B.对汽轮发电机定子铁芯以25m/h的焊接速度进行第一次分段对称多层施焊，焊接电流控制为150～220A，电弧电压控制为20～30V，焊接完毕后充分冷却；

C.对汽轮发电机定子铁芯以25m/h的焊接速度进行第二次分段对称多层施焊，焊接电流控制为300～400A，电弧电压控制为25～40V，焊接完毕后充分冷却；

D.对汽轮发电机定子铁芯以25m/h的焊接速度进行第三次分段对称多层施焊，焊接电流控制为240～300A，电弧电压控制为30～34V；

预压和总压保证定子铁芯在压力状态下进行焊接，依靠压圈与冲片，冲片与冲片的摩擦力克服焊接变形。

汽轮发电机定子铁芯为低碳钢结构件，焊接时随着温度的变化，金属的物理性能和机械性能也相应变化，低碳钢的塑性参数随着温度的升高而提高，低碳钢的屈服度随着温度的升高而降低，温度达到600摄氏度时屈服强度为0，因此根据低碳钢的物理性能和机械性能选用具有较好工艺性能和机械性能的Φ1.2H08Mn2SiA焊丝进行焊接，减小定子铁芯焊接变形。

焊接过程是一个不均匀加热过程，以至于焊接过程中出现应力和变形，焊后焊接结构产生焊接残余应力和焊接残余变形，而且局部温度越高，焊接残余应力造成的变形就越大，对称分段施焊时，如果两段长度相差过多，焊接过程中造成变形不一致，使得机座刚性薄弱的一端变形超差，使铁芯定子的内径不一致，因此本发明采用三次分段对称施焊的办法，对称施焊的分段数为6～8段，焊段的长度为等长，并使焊接电流、电弧电压以及焊接速度之间相互匹配，有效控制焊接过程中的焊接变形。三次焊接过程之间，必须让机座环板与压圈充分冷却，冬天每次冷却的时间必须在3～6小时。

考虑机座的环板、压圈以及焊接坡口尺寸，为了保证良好的焊缝成型，采用多层施焊的方法，焊接层数由公式n＝δ/md确定，n是焊接层数，δ是焊件厚度，m是经验系数，取值范围为0.8～1.2，d是焊条直径。

本发明的优点在于通过实施汽轮发电机定子铁芯焊接变形控制步骤，适合的焊接材料和焊接参数的选用，三次分段对称多层施焊，简单、方便、安全、有效控制了汽轮发电机定子铁芯的焊接变形，保证了汽轮发电机定子铁芯质量，确保了发电机的运行安全。

具体实施方式

如表1所示，轮发电机定子铁芯焊接前后变形量可达到1.5mm，按照本发明设计的汽轮发电机定子铁芯焊接变形控制步骤施焊，得到如表2所示的效果，汽轮发电机定子铁芯焊接变形控制均在公差范围之内。

实施例1：一种汽轮发电机定子铁芯焊接变形控制方法，其控制过程为：

A.选择纯度为99.5％的CO₂保护焊气体以及Φ1.2的H08Mn2SiA焊丝，焊接时气体压力控制在0.2～7MPa；

B.对汽轮发电机定子铁芯以25m/h的焊接速度进行第一次分段对称多层施焊，焊接电流控制为180A，电弧电压控制为25V；

C.对汽轮发电机定子铁芯以25m/h的焊接速度进行第二次分段对称多层施焊，焊接电流控制为350A，电弧电压控制为32V；

D.对汽轮发电机定子铁芯以25m/h的焊接速度进行第三次分段对称多层施焊，焊接电流控制为280A，电弧电压控制为32V；

三次焊接过程之间，必须让机座环板与压圈充分冷却，热季每次冷却的时间必须在6小时。

对汽轮发电机定子铁芯进行多层施焊的焊接层数由公式n＝δ/md确定，n是焊接层数，δ是焊件厚度，m是经验系数，取值范围为0.8，d是焊条直径；

对汽轮发电机定子铁芯进行分段对称施焊的分段数为8段。

对汽轮发电机定子铁芯进行的分段对称施焊的焊段的长度为等长。

表1和表2分别是实施前和实施后汽轮发电机定子铁芯内径超差记录表，从表1和表2看出，汽轮发电机定子铁芯焊接前后变形量可达到1.5mm，按照本发明所述的汽轮发电机定子铁芯焊接变形控制方法施焊，汽轮发电机定子铁芯焊接变形控制均在公差范围之内。

实施例2：一种汽轮发电机定子铁芯焊接变形控制方法，汽轮发电机定子铁芯焊接变形控制步骤如下：

B.选择纯度为99.5％的CO₂保护焊气体以及Φ1.2H08Mn2SiA焊丝，焊接时气体压力控制在0.2～7MPa；

C.对汽轮发电机定子铁芯以25m/h的焊接速度进行第一次分段对称多层施焊，焊接电流控制为160A，电弧电压控制为22V；

D.对汽轮发电机定子铁芯以25m/h的焊接速度进行第二次分段对称多层施焊，焊接电流控制为320A，电弧电压控制为30V；

E.对汽轮发电机定子铁芯以25m/h的焊接速度进行第三次分段对称多层施焊，焊接电流控制为250A，电弧电压控制为30V；

三次焊接过程之间，必须让机座环板与压圈充分冷却，冷季每次冷却的时间必须在3小时。

对汽轮发电机定子铁芯进行多层施焊的焊接层数由公式n＝δ/md确定，n是焊接层数，δ是焊件厚度，m是经验系数，取值范围为1.2，d是焊条直径；

对汽轮发电机定子铁芯进行分段对称施焊的分段数为6段。

对汽轮发电机定子铁芯进行的分段对称施焊的焊段的长度为等长。

表1和表2分别是实施前和实施后汽轮发电机定子铁芯内径超差记录表，从表1和表2看出，汽轮发电机定子铁芯焊接前后变形量可达到1.5mm，按照本发明所述的汽轮发电机定子铁芯焊接变形控制方法施焊，汽轮发电机定子铁芯焊接变形控制均在公差范围之内。

表1 实施前汽轮发电机定子铁芯内径超差记录表

  月  份  工作  令号  设计要求                                           铁芯内径公差(单位mm)             焊接端挡(圆周均分四点测量)                  相邻挡(圆周均分四点测量)  1  2  3  4  1        2  3  4  1  月  汽发679  Φ760±0.3  -0.6  -0.6                       0.15～0.35  汽发751  Φ760±0.3  -0.35  -0.6  -0.6  -0.65  -0.5  -0.5  -0.35  -0.35  汽发760  Φ760±0.3  0.65  -0.65  -0.85  -0.95  -0.25  -0.2  -0.5  -0.35  汽发715  Φ760±0.3  -0.75  -0.8  -0.95  -0.1  -0.2  -0.2  -1.5  -0.05  汽发700  Φ750  -0.6  -0.8  -0.75  0  0  -0.1  0  汽发827  Φ656±0.4  0.5  0.4  -0.1  0.2  2  月  汽发700  Φ750  -0.55  -0.7  -0.75  -0.8  0.2  0.3  0.4  0  汽发728  Φ760±0.3  -0.6  -0.75  -0.85  0  -0.2  -0.35  汽发712  Φ760±0.3  -0.65  -0.6  -0.4  -0.5  3  月  汽发713  Φ760±0.3  -0.4  -0.5  -0.4  -0.5  汽发707  Φ750  -0.6  -0.5  -0.7  -0.65  0  -0.2  0  -0.15  汽发752  Φ760±0.3  -0.65  -0.8  -0.7  -0.7  0.05  -0.1  -0.05  -0.1  汽发759  Φ760±0.3  -0.85  -0.8                       0.3～0.3  汽发717  Φ760±0.3  -0.6  -0.95                       0.25～0.5  4  月  汽发847  Φ760±0.3  -0.8  -0.7  -0.25  -0.15  汽发847  Φ760±0.3  -0.75  -0.6  -0.5  -0.45  汽发748  Φ760±0.3  -0.6  -0.7  -0.25  -0.4  5  月  汽发849  Φ750  -0.6  -0.5  -0.9  0  -0.1  0.3  汽发704  Φ760±0.3  -1  -0.2  -1.3  -1.5  -0.35  -0.1  -0.5  -0.3  6  月  汽发761  Φ760±0.4  -0.7  -0.8                       0.1～-0.45  汽发720  Φ750  -0.9  -0.7  -1.2                       0.2～-0.15  汽发749  Φ760±0.4  -0.85  -1.1                       0.15～0.4

表2 实施后汽轮发电机定子铁芯内径超差记录表

  月  份  工作  令号  设计要求                                              铁芯内径公差(单位mm)              焊接端挡(圆周均分四点测量)                 相邻挡(圆周均分四点测量)  1  2  3  4  1  2  3  4  10  月  汽发788  Φ760±0.3  -0.25  -0.25  -0.3  -0.25                         0.05～0.25  汽发894  Φ750  -0.25  -0.2  -0.3  -0.25  -0.05  -0.15  -0.25  -0.1  汽发920  Φ750  -0.3  -0.3  -0.3  -0.3  -0.25  -0.3  -0.3  -0.3  汽发867  Φ760±0.3  -0.5  -0.5  -0.8  -0.7  0.15  -0.15  -0.25  11  月  汽发812  Φ750  -0.3  -0.3  -0.4  -0.25  0.05  -0.55  -0.1  0  汽发915  Φ750  -0.3  -0.3  -0.15  -0.3  0.15  0.2  0.15  0.05  汽发925  Φ750  -0.1  -0.2  0  -0.25  -0.1  -0.05  0.15  -0.05  汽发767  Φ760±0.3  0.1  -0.3  -0.05  0.1  0.1  -0.25  -0.3  -0.3  汽发932  Φ750  -0.05  -0.05  -0.4  -0.25  -0.05  -0.25  -0.35  -0.25  12  月  汽发767  Φ760±0.3  0  0.3  -0.2  0.1  -0.15  -0.3  -0.1  -0.25  2  月  汽发927  Φ760±0.3  -0.15  -0.25  -0.3  -0.3  -0.15  -0.3  -0.2  -0.15  汽发926  Φ760±0.3  0.1  -0.1  0.15  -0.2  -0.15  0.1  -0.35  -0.35  5  月  汽发939  Φ760±0.3  -0.15  -0.3  -0.3  -0.3  -0.3  0  -0.25  0  汽发947  Φ750  -0.4  -0.4  -0.15  -0.4  -0.4  -0.3  -0.3  汽发940  Φ760±0.3  -0.15  -0.15  -0.3  -0.2  0  0.2  -0.15  0.1  6  月  汽发932  Φ750  0.2  0.25  0  -0.2  0.3  0.1  0.1  0.1