周庆波
上海顺实机电设备有限公司 上海市 201417
摘要：隔板是汽轮机重要的构成部件之一，想要全面提高隔板的焊接质量，就需要做好隔板焊缝结构的调整，保证汽轮机运行的稳定性，当前我国大多数的汽轮机运用焊接隔板，焊接质量会直接影响到汽轮机隔板的强度，想要提高汽轮机运行效率，就需要满足汽轮机焊接隔板焊接工艺精度的需求。本文主要探讨了汽轮机焊接隔板焊接结构及焊接质量的改进，希望能够全面提高焊接隔板的制造精度，实现汽轮机的安全运行。
关键词：汽轮机焊接隔板；焊缝结构；焊接质量
在进行汽轮机焊接隔板焊缝结构技术操作的过程中，需要严格按照焊接标准完成各阶段的设计任务，细微的操作失误都会对焊接隔板的精度造成影响，近年来，我国存在许多汽轮机焊接隔板质量问题，在运行过程中引发安全事故，为企业带来巨大的经济损失。
一、汽轮机焊接隔板的结构型式
汽轮机焊接隔板的设置，主要是指将经过精密铸造的静叶片，通过模压和冷拉等技术处理，科学的嵌到汽轮机叶型孔槽处，一般设置到内、外围带，通过焊接工艺处理形成环形叶栅，将其焊到隔板体与隔板外缘的区域，通过工作人员的设备组装，形成最终的隔板样式。如图所示：以围带式焊接隔板为例具有两种结构类型，根据隔板的高压级和低压级划分进行合理选择，通过三维视图焊接坡口型式分析，图中隔板运用的焊缝材料焊接性不理想，CrMo钢材质主要采用窄间隙焊、自动（手工）MAG等多样化的组合焊接形式，会产生较大的焊接应力。焊接工艺处理程序的控制流程十分复杂，不可避免的会出现一些焊接缺陷，因此，需要制定出具有针对性的故障处理方案，实现对焊接过程的检测与管理，全面提高焊接质量，保障汽轮机的稳定运行。
二、汽轮机焊接隔板焊缝结构及焊接问题形成的原因
1、焊接隔板焊缝结构。多年以来，我国的汽轮机生产过程中焊接隔板焊接需要充分借助CO2气体起到的保护作用，普遍采用半自动焊接机完成焊接工作，但隔板焊缝结构的焊接质量有待提高，结合设计经验对焊接板焊缝质量问题形成的主要原因进行了全面分析。
1.1在铸件过程中的效应力。通过铸造加工工艺，对焊接隔板隔板体和隔板外环进行设计处理，在完成焊接隔板的加工任务后需要进行时效处理，提高焊接质量，但当前我国的工厂制造工艺完成汽轮机隔板铸造工作后，缺少足够的时效处理时间，直接开展静叶焊接工序。这中设计方式会在焊接结构内部形成较高的内应力，内应力的释放性造成焊接隔板焊缝区域出现设计问题，焊缝结构受到影响。
1.2焊接隔板焊缝内部缺陷。工作人员在进行焊接隔板焊缝结构处理的过程中，观察焊缝裂纹的蔓延方向，按照由内向外的趋势进行持续扩散，甚至会在焊缝中形成黑色灰渣，由此表现可以得出结论，焊接隔板焊缝结构存在焊透不完全问题。产生以上问题的主要原因是，焊接隔板焊接处理前未进行坡口焊接区域的清洁处理，焊接缝中出现杂物影响焊接质量。
1.3汽轮机焊接隔板结构问题。汽轮机焊接隔板的整体结构十分复杂，在进行静叶片加工的过程中，与隔板套的焊接质量优劣会直接影响到汽轮机运行的稳定性，静叶加工精度不理想或生产工艺装配精度不足，会造成区域刚性过大的问题发生，焊接隔板的结构刚性不均匀，最终形成的应力同样处于不均的分布状态，对焊接隔板的焊接质量产生影响。
2、径向汽封体焊接阶段的质量问题。当完成工件冷却处理后，需要对径向汽封体待装焊位置进行确定，实现加工到位，通过着色渗透探伤检验方式的运用，判断工艺是否合格，经检验符合设计标准，需要通过径向汽封体组装形式，将其固定到隔板特点位置，通过加热炉加热完成焊前的预热工作。焊前预热过程中根据径向汽封体材料的材质，设置好预热温度，在焊接处理过程中借助实芯焊丝混合气体对焊接过程进行保护，对超出保护区域的焊丝干伸长区域，通过焊条手工电弧焊确定焊接位置。横焊位焊接工艺的开展需要进行CrMoV钢焊材型号选择，并将焊接过程数据与焊接工艺参数标准进行对比分析，焊接过程中需要对控制层间温度进行调节（始终高于预热温度），根部区域要实现完全焊透，通过缓冷处理后保持与室温状态一致，采用外观检查和磁粉探伤等检验方式，合格后进行除应力热处理。
焊接工艺处理过程中存在一系列问题：在进行径向汽封体横焊位焊接的过程中，存在未完全焊透、上部坡口未熔合等问题；焊接隔板交替焊接过程中，主要通过行车翻身的形式，工作效率较低；实芯焊丝混合气体保护焊、焊条手工电弧焊等焊接工艺，需要通过人工操作完成，存在许多不稳定因素，无法完全保证焊缝质量，焊接隔板的焊缝区域有几率出现气孔和夹渣问题，形成隔板裂纹看，大多数设计问题和缺陷在汽轮机加工时才会逐一显现，导致焊缝表面不够美观。
三、汽轮机焊接隔板焊缝结构及焊接质量的改进措施
1、选择合适的焊接方法。在进行汽轮机焊接隔板焊接处理的过程中，通过传统手工焊打底，由机械手完成后续的焊填充和盖面工序，保证焊接流程的稳定性，通过采用药芯焊丝混合气体保护焊、焊条手工电弧焊打底的过程中，需要控制打底焊的焊缝高度，一般处于叶片出汽边与进气边平面下3mm处，全面提高焊缝结构及焊接质量。在焊接隔板的两端与焊缝的尾端分别设置焊引熄弧板，有效弥补焊接缺陷，避免起弧和收弧焊缝的位置处于焊缝处，预热处理的过程中需要在达到指定温度标准后，在机械手进行隔板固定处理，运用能够实现自动翻转的机械手完成隔板操作。药芯焊丝混合气体保护焊负责进行焊道填充，自动焊接盖面焊道能够有效降低质量问题的出现几率，预防人为操作时焊缝质量不达标，降低焊工的工作强度。
2、研发焊接专用装备。横焊位与平焊位相比稳定性不足，因此需要进行焊接方式的改变，完成径向汽封体焊接工作，结合多年的工作经验，搭建焊接回转台起到焊接辅助作用，在进行焊接隔板径向汽封体焊缝处理的过程中得到有效应用，并取得了良好的焊接效果。在工位平台上固定隔板，并根据焊接需求控制工位平台的倾斜角度，在径向汽封体顶部焊口之上进行焊枪固定，控制隔板做匀速转动，工作人员要随时根据焊接情况调整焊枪的所处位置，完成全自动化焊接工艺，降低人为操作对焊接质量的影响。
3、药芯焊丝取缔实芯焊丝。通过两者间的对比分析，药芯焊丝的工艺性能远高于实芯焊丝，能够与气渣形成联合焊接保护，提高焊缝表面的美观性，同时，可以在药芯中适当的添加稳弧剂，保证焊接电弧的稳定性，减低焊接过程中的飞溅，保证熔滴的均匀过渡。在进行药芯焊丝混合气体保护焊使用的过程中，会产生较高的焊接电流完成焊接，并且药芯焊丝与实芯焊丝的制造成本正在不断接近，具有良好的经济效益，充分考量药芯焊丝的经济性，要运用药芯焊丝取缔实芯焊丝，全面提高焊缝工作质量。
4、加强焊接隔板质量检测
4.1隔板表面缺陷检测。在完成汽轮机焊接隔板焊接处理后，需要运用肉眼观察、低倍放大、表面着色等技术进行表面缺陷检测，常见的表面缺陷主要有：
在导叶的两端存在不同程度的裂纹，主焊缝的熔合性不足，存在导叶脱落的现象，围带区域产生变形，这与焊缝内部熔合性不足有着直接联系，几乎同时存在，严重的在导叶两端会出现断裂。
4.2隔板内部缺陷检测。焊接隔板内部缺陷的形成，主要是因为焊缝内部融合性不足，焊缝的焊接深度未达到设计标准，通过直探头超声波、超声波测厚仪等设备完成内部缺陷检测。
4.3焊缝质量检测。焊接隔板完成工艺处理后，送到质检部门接受焊缝质量检测，首先对焊缝的表面进行检查，合格的焊缝表面需要保证过渡的平滑性，不存在气孔和裂纹等问题，焊接隔板焊接后进行热处理，制定科学的热处理方案，在质量检测阶段进行形变程度测量，结合具体检测标准将焊接变形的差值控制在0.5mm以下。
四、汽轮机焊接隔板镶铸结构导叶脱镶的焊接修复
1、分析导叶脱镶问题形成原因。通过系统的检测分析，得出结论导叶片开镶问题大多受到制造质量不佳的影响，在汽轮机运行的过程中出现不同程度的损伤。在焊接质量控制的过程中，导叶片与隔板体、隔板外环之间形成镶铸结构，在隔板焊接的过程中，结合镶铸导叶片的构成特点，对浇注方案进行调整。想要有效避免钢水冲刷对导叶片产生影响，就需要对浇注温度进行调节，加快浇注处理速度，避免出现导叶出汽边熔化开裂问题。浇注温度和速度的调节会对后续镶铸工艺产生影响，钢水的温度过低叶片与外环、隔板体无法保证熔铸的紧密性，在经过冷却处理后，材质收缩形成较大缝隙，在工艺返修打磨的过程中发现隔板外环的内部存在孔洞缺陷，证明焊接质量不过关。
焊接隔板经过长时间的使用，处于反复急冷、急热的运行环境，受到热胀伸缩现象的影响，导致运行不畅或受到应力阻碍，在检测过程中发现在导叶顶部和隔板外环处形成的热应力无法释放，导叶进汽边与出汽边形成较大的形态差异，热膨胀量也存在明显区别，长此以往导叶片出汽侧于隔板外环处脱镶。
2、焊接工艺分析。汽轮机的焊接隔板有着较高的质量要求，能够在恶劣的环境下正常运行，并适应长时间的工作条件，后续的运行问题大多数受到焊接质量因素的影响，导致焊接质量不足的焊接隔板无法保证汽轮机的安全运行，因此，需要对开镶的区域进行焊接修复。
1、保证母材的焊接性。在进行焊接修复的过程中需要判断隔板体材质钢的焊接性，一旦碳量过多，焊缝区域和热影响区会出现淬硬组织，分析导叶片材质，了解显微组织构成，如果为马氏体不锈钢具有较高的淬硬性。
2、焊接变形。导叶片的叶型精度有着较高要求，需要保证汽流的稳定性，因此，要尽可能避免焊接变形问题的发生，在焊接过程中实现完全熔透，同时降低热输入，主要头通过小线能量焊接，根据母材的焊接性，进行焊接工艺的选择，结合汽轮机的使用条件，在焊接前判断是否能够进行焊接预热。焊接修复可以采用急冷焊法，通过紫铜衬垫起到冷却加强的效果，脉冲氩弧焊是常见的脉冲电流氩弧焊接方式，与其他焊接工艺相比，具有明显的应用优势。脉冲电流能够更好的实现起弧，并保证电弧的稳定性，为焊接热输入量的控制提供便利，在实现完全焊透的同时不会出现焊穿问题，被广泛应用到在薄板的焊接过程中。单面焊处理得到双面成型的焊接效果，具有较强的适用性，操作流程简便，能够全面提高焊接质量。
总结：焊接隔板焊缝结构改造，需要采用复杂的技术工艺，由于焊接导致的变形较为严重，难以对焊接质量进行合理管控，想要全面提高汽轮机焊接隔板的焊接质量，保障汽轮机运行的稳定性，就需要做好汽轮机焊接隔板焊缝结构的调整，创新传统的生产工艺，有效降低生产成本，结合汽轮机焊接搁板的结构形式，制定出合理的改进方案。
参考文献：
[1] 刘金满. 汽轮机高压隔板焊接工艺的改进[J]. 今日制造与升级,2020(11):62-63.
[2] 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司. 一种正反向一体式结构的汽轮机隔板叶栅装配方法:CN202010041868.1[P]. 2020-06-05.
[3] 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司. 一种燃汽轮机用隔板的电子束焊接方法:CN201910556409.4[P]. 2019-09-10.
[4] 季昌国,余超. 汽轮机焊接隔板坡口角度对相控阵超声回波信号影响的定量研究[J]. 材料导报,2019,33(z2):441-446,459.
姓名：周庆波
出生年月：1982.07
性别：男
民族：汉
籍贯：黑龙江省齐齐哈尔市
单位：上海顺实机电设备有限公司