超超临界机组高中压隔板真空电子束焊接工艺研究

作者:张慧;李睿;黄勇 刊名:大型铸锻件 上传者:周利琴

【摘要】模拟超超临界汽轮机高中压隔板电子束焊接接头形式进行了焊接试验,掌握了隔板真空电子束焊接技术,并成功用于隔板生产。

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隔板作为汽轮机通流部分的核心部件,主要采用气体保护焊、手工电弧焊及埋弧焊进行焊接生产。但近年来,随着大功率机组的不断问世,隔板质量要求愈来愈高,常规的焊接方法由于存在焊接热输入大、热影响区大、焊接变形大等问题,已难于满足大功率机组焊缝质量和尺寸精度要求。电子束焊(简称EBW)是一项高精密的焊接技术,它具有电子束穿透力强,焊缝熔宽比大,焊接速度快,热影响区小,焊接变形小等特点。公司主要将EBW技术用于燃机静叶环的焊接生产,在汽轮机隔板上的使用还处于萌芽状态。国外的GE公司、日本HITACHI、MHI、TOSHIBA已将EBW技术用于了汽轮机隔板的生产上,但焊缝熔深最大只能达到60mm。2006年,公司1000MW、660MW超超临界汽轮机组正式投产,主要通流部件高中压隔板要求采用电子束焊接。由于公司缺乏该项技术,前两台1000MW、660MW超超临界汽轮机组的高中压隔板均从国外购进,导致生产成本攀高。为了降低制造成本,全面实现电子束焊隔板制造的国产化成为公司的首要任务。公司对电子束焊隔板的制造工艺进行了研究,并取得了成功。该项技术于2008年成功运用于1000MW、660MW超超临界汽轮机组高中压隔板的生产上。1高压真空电子束焊接原理真空电子束焊接是利用电子束作为热源的焊接方法(如图1),热阴极(或灯丝)发射的电子在真空中被高压静电场加速,经磁透镜产生的电磁场聚集成功率密度高达106W/cm2以上的电子束,高速的电子束流轰击焊件时,其动能转为热能,使焊件局部瞬间熔化,焊出深而窄的焊缝(深/宽比可达301),焊接速度可达(1~200)cm/min,工件的热影响区和变形量都很小。电子束作为焊接热源有两个明显的特点:(1)功率密度高。电子束焊接时常用的加速电压范围为30kV~150kV,电子束电流为20mA~1000mA,电子束焦点直径为0.1mm~1mm,功率密度高达106W/cm2以上。(2)精确、快速的可控性。作为物质基本粒子的电子具有极小的质量,通过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。高压真空电子束焊的焊接工作室一般处于高真空状态?压力为0.1Pa~100Pa。在真空室内进行焊接?获得无氧化?无气孔和无夹渣的优质焊接接头。Figure1Theschematicdiagramofvacuumelectron-beamwelding2超超临界机组高中压隔板结构2.1电子束焊接隔板结构形式电子束焊接(EBW)隔板结构形式如图2所示。焊缝接头特点:焊缝为“I”字型坡口,焊缝两侧母材厚度严重不均匀;焊缝熔深大,外环上还自带一个汽封体。内围带侧焊缝不带倾角,外围带侧焊缝带倾角。2.2工艺难点2.2.1EBW焊缝接头为高强不锈钢异种材料,如表1所示,焊接性较差,容易出现热裂纹或冷裂纹等缺陷。表1材料组合和焊接方法Table1Thematerialcombinationandweldingprocess接头形式材料组合焊接方法围带+叶片围带+板体或外环叶片+板体或外环00Cr12+1Cr12Mo00Cr12+1Cr131Cr13+1Cr12Mo热丝TIG焊EBWEBW2.2.2EBW焊缝两侧零件厚度差异悬殊,围带侧为13mm,另一侧为100mm~200mm,焊缝熔深大,焊接时围带侧容易发生焊漏,电子束流受剩磁影响容易发生偏移。2.2.3EBW隔板的制造技术在国内为全新的技术,也没有经验可借鉴,必须自主开发。图2EBW隔板结构示意图Figure2TheschematicdiagramofEBWdiagramstructure3EBW隔板接头形式焊接性分析超超临

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