二滩水电站水轮机连接板焊接裂纹处理

电力18讯：    摘要：阐述了分析和处理二滩水电站施工中出现的水轮机连接板焊接裂纹的全过程,旨在对今后的有关工程提供参考。
    关键词：二滩电站;水轮机;连接板;焊接裂纹;处理;原因分析


    二滩水电站的水轮机由加拿大GE公司制造，安装工艺也由该厂家制定。水轮机座环和基础环没有如常规设计那样直接连接，在它们之间增加了一个国内机组不常见的部件――连接板，因此座环和基础环是通过与连接板焊接连成一体进行连接，见图1。从而简化了基础环结构，其高度和重量均减小了，还减小了制造工作量,降低了机加工难度并方便了运输，但是,加大了现场安装难度和工作量。由于座环、连接板、基础环的含碳量最高、厚度
差大，存在一些局部结构缺陷，在首台机连接板初次焊接时，由于对其认识不足，导致连接板处近50 m焊缝全部开裂，虽经两次修复，但焊缝均边焊边裂。后来，GE公司应业主和监理工程师的要求，从加拿大总部派了焊接专家到现场处理裂纹，在中国承包商和监理工程师的协助下，经反复摸索修改了焊接工艺后，处理历时1个月时间才修复成功。连接板焊接裂纹处理是二滩电站水轮机埋件安装过程中遇到的最大的难题。现将相关过程简述于后。

1  主要技术数据及结构
    1.1  主要技术数据
    额定水头：  165 m
    额定出力：  582 MW
    额定流量：  365 m3/s
    座环内径：  Ф7 830 mm
    座环环板厚度：  206 mm
    基础环上环厚：  55 mm
    1.2  结构特点
    连接板由4块壁厚为66 mm，外径Ф 7 694 mm，高315 mm的分瓣圆弧圆筒组成，其上端面为底环和水压试验筒的密封面（焊后打磨水平至0.25 mm以内）。连接板在基础环上组装后，其分瓣周向组合缝无间隙，与座环的径向组合缝也无间隙，焊接期间用幅型支撑架固定，见图1。



    1.3  相关部件理化性能参数
    主要部件的材质理化性能参数见表1。



     主要部件的材质、焊接时选用的焊条、焊接控制温度见表2。




2  连接板原焊接工艺及首次焊接过程
    座环、基础环、连接板调整固定后，即开始焊接连接板。连接板与座环和基础环间联接采用角焊缝①、②、③、④，焊缝高度分别为40 mm、20 mm、20 mm、50 mm。施焊顺序为①③②④①，最后再焊接分瓣周向组合缝，见图2。由8名焊工白班施焊。施焊采用分段、退步、多层窄道焊接工艺，将每一个角焊缝均分为16段，每段长300～400 mm，由每一分段的中心向两侧左右对称交替焊接。当6号机连接板④号缝焊高至10 mm时，②、③、④整圈焊缝全部贯穿开裂，连接板内倾与座环环板之间出现长2 m，宽2 mm的径向间隙。在随后进行的两次修复过程中甚至出现了随焊随裂的现象。




3  连接板焊接开裂原因分析
    加拿大焊接专家和中方技术人员经反复研究后认为：连接板焊缝裂纹为延迟裂纹。连接板与座环环板材质同为ASTMA516，属于含碳量较高的高强钢，易出现延迟裂纹。一般有三个方面的因素(淬硬倾向、拘束应力、氢的含量)可能导致延迟裂纹产生，因此，可从这三个方面查找原因。
    3.1  连接板的淬硬倾向
    (1)连接板属高强钢，存在较明显的淬硬倾向,可焊性差。A516为中低温压力容器用钢板，含碳、硫、磷量较高，由表1计算得出碳当量为Ccp=0.48，裂纹敏感系数Pcm=0.37，具有较明显的淬硬倾向。高强钢的淬硬倾向是产生延迟裂纹的主因，淬硬倾向越大,越易产生延迟裂纹，焊接时只要控制焊缝熔池从800℃到500℃的冷却速度，就能使钢材减少和避免淬硬组织，从而使焊缝具有与母材相近的强度、韧性和塑性。一般情况下Pcm在0.23以下不致淬硬，而大于0.23则须采取预热焊缝、保持层间温度、减缓焊缝的冷却速度等措施，才能使焊缝组织不致淬硬，不诱发冷裂纹。材质为ASTM A516Gr55（380）的连接板焊接的预热温度110℃、层间温度125℃，见表2。经查阅相关焊接手册得知温度偏低。
    (2)连接板加热方式不当，助长了淬硬倾向。制造厂家制定的焊接工艺只有提纲性的温度控制要求,而无具体的加热板布置方式，可操作性不强。6号机连接板焊接时，只在连接板焊缝的周向内侧和座环环板顶面各布置一圈远红外加热板加热，见图2。由于连接板外侧、座环底面无加热保温措施，