【正文】 汽輪機焊接手冊114目 錄第一章 概述 汽輪機焊接技術發(fā)展 第二章 焊接結構的特點與設計要求第三章 焊接結構的制造工藝規(guī)程第四章 焊接結構的裝配工藝——焊接順序 第五章 壓力容器生產工藝第六章 汽輪機汽缸的裝配焊接 第七章 汽輪機隔板的裝配焊接 第八章 汽輪機加熱器的裝配焊接 第九章 汽輪機鑄鋼焊接 （同種材質焊接）熱焊方案（異種材質焊接）冷焊方案第十章 汽輪機葉片的防水蝕 第十一章 電子束焊接技術及其在汽輪機制造中的應用、大功率電子束焊機第十二章 進氣插管等表面堆焊 表面堆焊附錄A 常用焊接材料對照表附錄B 焊接材料化學成分與力學性能附錄C 常用焊接材料焊接工藝參數(shù)第1章 概述汽輪機制造業(yè)是機械工業(yè)發(fā)展的標志之一，是能源工業(yè)的支柱產業(yè)，焊接技術是汽輪機重要的制造工藝之一，它關系著汽輪機制造的技術水平和產品質量。多年來，在正確的決策下，廣大焊接工作者努力工作，使焊接技術逐步發(fā)展，適應了汽輪機制造的需要，解決了生產中的技術問題，提高了焊接技術水平，使得汽輪機的發(fā)展有了技術保證。隨著科學技術的發(fā)展，焊接技術領域中出現(xiàn)的新材料、新工藝、新設備在生產中得到充分體現(xiàn)。為汽輪機的生產制造作出了應有的貢獻。汽輪機制造使用的材料廣，焊接用到的焊接材料種類就多， CrMo、CrMoV、Cr1Mo1V等耐熱鋼和Cr1Cr11Mo1V等不銹鋼以及鎳基合金和有色金屬等。焊接材料的研發(fā)，一直是焊接工作中的重要一環(huán)，通過對各種焊接材料的試驗研究，不但及時的滿足生產需要，同時對國內焊接材料的發(fā)展起到了推動作用。與此同時，進行了各種材料的焊接性和焊接工藝試驗，在解決各種焊接材料的同時也制定了相應的焊接工藝。保證了汽輪機的焊接生產。尤其是超臨界、超超臨界汽輪機的設計制造，對焊接工藝和產品質量提出了愈來愈高的要求，促使采用高效率、高質量的焊接方法和工藝。對焊接材料和焊接結構的焊接工藝及時開展試驗研究工作。更值得提到的是，電子束焊接在汽輪機制造上的成功應用，汽輪機隔板、噴咀室、燃氣輪機機匣、罩殼、軸承殼體等零件的焊接。大大提高了汽輪機制造水平，解決了國內汽輪機制造廠目前尚未解決的新型關鍵焊接結構的制造問題，電子束焊接技術的應用必將使公司的焊接技術水平躋身于世界先進行列。隨著汽輪機的大型化，對焊接結構件的需求日益增長，同時由于焊接技術的發(fā)展和完善，替代工藝性較差的鑄造和鍛件毛坯構件的趨勢日益增大，特別是隨著新的先進的焊接技術的發(fā)展，更加促使汽輪機制造技術中焊接工作所占的比重上升，在設計機組時考慮最大程度地采用焊接部套和焊接結構來代替鑄造和鍛造毛坯，提高制造精度并減少機械加工的比重，使設計更加合理。同時，在汽輪機制造中采用特種焊接方法和工藝，具有更加明顯的優(yōu)越性和實用價值；各種型式的自動和半自動通用焊機和專用焊接設備提高了焊接生產的機械化程度，對提高產品質量、生產效率和降低勞動強度起到了積極作用。對老機組各種毛坯件的簡單統(tǒng)計說明焊接結構所占比重，見表11。表11 舉例汽輪機所需毛坯構成統(tǒng)計表毛坯重量 %產品名稱鑄鐵件和鑄鋼件鍛件模鍛件焊接結構汽輪機燃汽輪機注：焊接構件中不包括鑄焊和鍛焊構件。必須指出，隨著新的焊接方法和焊接工藝的應用，改善了焊接材料使用的不合理性，調整了焊接材料使用構成比例，使涂料焊條在焊接材料構成比例中逐漸下降，使自動焊和半自動焊用焊接材料占有率逐年提高，這樣就降低了焊接生產的總成本，使效益明顯提高。根據過去的初步統(tǒng)計，每臺汽輪機焊接生產焊條用量如表12：表1 不同機組焊條用量產品型號機組功率焊條用量（Kg）43100MW1154869200MW1535073300MW2491075600MW26954與此同時，隨著先進的焊接工藝方法的應用，生產中也逐漸使用高效、節(jié)能的焊接設備。因為焊接設備是保證焊接質量和降低焊接總成本不可忽略的因素之一。焊接機械化和自動化程度是焊接工藝先進性的標志之一，它直接影響著焊接結構的質量、生產效率、材料和電能消耗。為此，投入很大力量提高焊接機械化和自動化水平。汽輪機制造的焊接機械化多采用變位器、操作架、焊接轉胎、自動焊接組合設備等，并對某些焊接結構成立專門工部或中心進行封閉生產。同時，對于以焊接為主導工藝和批量生產的結構件實行了專業(yè)化生產，已建成成套焊接設備、焊接生產線和柔性制造系統(tǒng)。例如高頻釬焊、硬質合金堆焊，各半焊接、轉子軸頸堆焊及電子束焊接等。在隔板焊接生產中，設置大、中、小型變位機、操作架和焊接轉胎，采用自動和半自動氣體保護焊進行各種型式和結構的隔板焊接生產，實現(xiàn)了隔板焊接的機械化。在缸體進汽管和接管采用管座焊機，管子對接采用全位置自動焊機，管板接頭采用程序控制自動焊機，閥門堆焊采用自動氬弧焊和埋弧焊機，高頻釬焊采用組合設備，整套埋弧自動焊設備，用于低壓加熱器等容器類的殼體焊接，閥座堆焊和轉子軸頸堆焊?？傊陬I導的重視和支持下，廣大的焊接工作者為焊接技術的發(fā)展付出了辛勤勞動，貢獻了聰明才智，在研究開發(fā)新的焊接技術和實現(xiàn)焊接生產自動化和機械化方面取得豐碩成果，跟蹤世界焊接技術發(fā)展，再接再厲使汽輪機焊接技術更加先進，躋身于世界先進水平。 汽輪機金屬結構的連接方法金屬結構是由許多零件組合起來的，零件之間必須通過一定的方式連接，才能構成完整的產品。金屬結構中常用的連接方法有鉚接、螺栓連接、脹接和焊接。盡管焊接應用最為廣泛，在各種產品制造中是十分重要的加工工藝。焊接接頭是不可拆卸的，而其它三種連接方法是可拆卸接頭，而且均屬于機械連接方法。但是，其它三種連接方法在汽輪機結構中根據不同的結構形式和使用要求均有采用，而且成為不可代替的主要連接方法。 鉚接利用鉚釘把兩個或兩個以上的零件或構件連接為一整體，這種連接方法稱為鉚接。根據構件的工作要求和應用范圍的不同，鉚接可以分為：強固鉚接、緊密鉚接、和密固鉚接。鉚接工藝分為：冷鉚、拉鉚和熱鉚。汽輪機制造中，典型的例子是汽輪機轉子的葉片鉚釘頭與圍帶的連接和動葉片之間弓形圍帶的連接，以及隔板靜葉片與圍帶的連接，都是采用鉚接方式。圍帶鉚接可用手工鉚接，也可用風泵機槍專用鉚接桿進行人工操作，而較先進的采用光學自動跟蹤鉚接機來鉚接葉片與圍帶，提高了生產率，減輕了勞動強度。對于需要采用熱鉚的則采用氣體火焰或高頻加熱裝置加熱后再進行鉚接，以避免裂紋產生。螺栓連接是用螺栓構成可拆卸的固定連接。它具有結構簡單、緊固可靠、裝卸方便并可多次裝拆等優(yōu)點，所以應用比較廣泛。連接形式分為：單頭螺栓聯(lián)接、雙頭螺栓栓接、螺釘連接和緊固螺釘連接。在汽輪機結構中的靜子部分均分為上、下兩部分(半)將轉子放入其中，為了便于拆卸，汽輪機高壓缸、中壓缸、低壓缸、隔板套等均分為上下兩半，用雙頭螺栓和罩螺母將上下法蘭緊固。便于裝機和拆裝。螺栓、螺帽等緊固件在汽輪機中廣泛用于汽缸、管道法蘭、閥門等需要緊固連接的部件上，由于螺栓的緊固作用，使所連接的密封面緊密結合，以保證機組在運行中不產生漏氣。處于較高溫度下工作的緊固件，是在應力松弛的條件下工作，承受著拉伸應力，有時也承受彎曲應力。由于螺栓的失效將造成漏氣、停機等重大事故，影響機組的安全運行，因此對高溫緊固件用鋼提出了具體要求，必須根據汽輪機部件的工作狀況選擇保證使用性能的緊固件。 脹接脹接是利用管子和管板變形來達到緊固和密封的一種連接方法，在工作狀況下保證設備內的介質不會從接頭泄漏。汽輪機輔機設備中的凝汽器，高、低壓加熱器、抽汽器等管系的管子和管板均采用脹接法連接。隨著機組的技術要求不斷的提高，脹接方法和脹接質量也逐漸得到改進和提高。 焊接 焊接連接是一種不可拆卸的連接，是用焊接方法連接的。焊接連接形成的焊接接頭是焊接結構的最基本要素。焊接連接與鉚接、螺栓連接、脹接方法相比，具有接頭牢固，氣密性好，施工簡便，效率高等優(yōu)點。因此多年來已取代鉚接。應用越加廣泛，成為結構的主要連接方法。在汽輪機金屬結構中，根據產品需要，四種方法都合理采用，然而焊接連接的焊接結構占有很大的比重。反映焊接結構特征的是它的幾何形狀和尺寸、厚度、接頭形式、焊縫長短及其所在位置等，根據這些特征，選擇最易于實現(xiàn)的焊接方法并能保證接頭性能，同時必需考慮焊接可達性，即產品結構上所有焊縫能否施焊或施焊能否方便，同時充分發(fā)揮和利用所使用焊接方法的特長。根據汽輪機主要焊接部件的材料和結構特點，選擇了適宜的焊接方法和合理的焊接材料，成為正常的生產工藝。 汽輪機焊接結構、材料和方法汽輪機使用材料種類繁多，涉及到亞臨界、超臨界、超超臨界、聯(lián)合循環(huán)汽輪機、燃汽輪機、艦船用汽輪機、核電汽輪機等的金屬材料，包括鑄鐵、鑄鋼、碳素鋼、合金鋼、不銹鋼、高溫合金及有色金屬等，與其相匹配的焊接材料和適應結構的焊接方法也就眾多，現(xiàn)將主要焊接結構常用材料和焊接方法分別列于表13和表14。表13 汽輪機主要焊接結構常用材料類別牌號主要用途（焊接結構）焊接材料普通碳素鋼Q235－AQ235－B低壓缸、軸承箱、凝汽器輔機部套、殼體等E40E 4315E431E4316E501E5016優(yōu)質碳素鋼1020隔板未到、汽缸支撐等H0ER49－1ER50－6壓力容器用鋼20g 22g軸承殼體、軸承箱、連通管等E430E431E4316H08MnA、ER50－620MnMo加熱器管板合金結構鋼16MnR壓力容器用鋼（低加等）E501H08MnA、ER50－615CrMo汽封圈、隔板體等E5515－BER55－B215Cr1Mo隔板體等E6015－BER55－B2－Mn15Cr2Mo1隔板圍帶等E6015－BER62－B3不銹鋼1Cr11MoV動、靜葉片、圍帶、閥桿、閥門E11MoVNi－151Cr12Mo動、靜葉片E410－15 ER4101Cr11Cr13 動、靜葉片、圍帶、拉筋等2Cr13動、靜葉片、閥桿等鑄鋼ZG230－450汽缸、隔板、軸承箱等E431ER50－6ZG20CrMo汽缸、主氣閥、隔板等E5515－BER55－B2MnZG20CrMoV汽缸、主氣閥、蒸汽室、噴咀室等E5515－B2V、ER55－B2－MnVZG15Cr1MoA 汽缸、閥體、蒸汽室、噴咀室等E5515－BER55―B2―MnZG15Cr1Mo1VER55―B2―VNbZG15Cr2Mo1汽缸、主氣閥、再熱閥、噴咀室等。E6015－BER62－B3ZG1Cr9MoVNbNE9015—BER90S—G表14汽輪機主要焊接方法焊接方法焊接結構應用焊條電弧焊高壓缸、主汽閥、調節(jié)閥、噴咀室、低壓缸、低壓加熱器、凝汽器、軸承箱、連通管、油管路、蒸汽管、鑄件補焊等。鎢極氬弧焊手工隔板、油管路、封底焊、補焊等自動凝汽器、低壓加熱器底管－管板接頭，進汽插管表面堆焊，閥座、閥碟堆焊等埋弧焊加熱器筒體焊接、管板堆焊，調節(jié)閥堆焊，轉子軸頸堆焊、厚板拼焊等。熔化極氣體保護焊半自動隔板、低壓缸、高壓缸、軸承箱等自動隔板主焊縫釬焊火焰拉筋、末級葉片防蝕片、管路等高頻末級葉片防蝕片、刀具等真空蜂窩結構、燃機葉片等浸漬刀具等電子束焊隔板、噴咀與噴咀室連接、燃機機匣、軸承殼體、轉接筒、導向器、罩殼等。第2章 焊接結構的特點與設計要求 汽輪機焊接結構汽輪機是在高溫高壓工況下高速運行的大型精密機械設備，設計制造的汽輪機除要高效、節(jié)能和堅固外，還要便于維修和保養(yǎng)以達到長期安全可靠的運行。汽輪機由主機本體和輔機設備兩大部分組成。主機由靜子和轉子組成，靜子部分包括汽缸（高壓缸、中壓缸或高中壓合缸、低壓缸）、噴嘴組、主汽閥調節(jié)閥、隔板、軸承箱、滑銷系統(tǒng)及一些緊固零件等；轉子部分包括主軸、葉輪、葉片、圍帶、拉筋、聯(lián)軸器和緊固件等。輔機設備包括凝汽器、加熱器、除氧器、冷油器、抽汽器、減溫減壓器、疏水器及相應的泵、閥門和管道系統(tǒng)等。在汽輪機的部件和構件中有2/3以上全部或部分地采用焊接結構。主機部分的高壓缸和在進汽部分安裝的主汽閥、調節(jié)閥，無論從重量或是形式上來說都是大型鑄鋼件。高壓缸屬于鑄—焊結構，而主汽調節(jié)閥則有采用拼焊結構。低壓缸是由中厚度鋼板、型材和冷作件組成的大型焊接結構。隔板是通流部分結構復雜、批量大的焊接結構。輔機設備中的凝汽器是有殼體、管束、水室等組成的龐大的換熱器。由于大型的凝汽器給運輸帶來困難，因此可在現(xiàn)場進行組裝和焊接。加熱器則屬于壓力容器類型焊接結構，制造生產要按相應的國家標準執(zhí)行。艦船用汽輪機的重型齒輪、減速器殼體及凝汽器的復合板襯里焊接、管板接頭焊接等為關鍵技術。汽輪機焊接結構，結構復雜，體積龐大，焊接質量要求高，制造難度大。焊接結構直接管系到汽輪機產品質量、制造水平以及生產周期。因此，焊接結構在汽輪機制造中占有很大的比重，而且是生產中的重要環(huán)節(jié)。各種焊接結構的工作狀況不同，都對焊接質量有著具體要求，