灯泡贯流式水轮机座环支腿焊条电弧焊工艺优化
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Optimization on Shielded Metal Arc Welding of Legs of Stay Ring of the Bulb Tubular Turbine
Zhang Guozheng
（Shaanxi Institute of Technology，Xi'an 710302，China）
摘要：本文结合相关标准简述了钢结构件焊条电弧焊的工艺规范，重点阐述了灯泡贯流式水轮机座环支腿焊条电弧焊焊接工艺规范，并结合生产实际对焊接工艺规范进行了优化。
Abstract: In this paper，the shielded metal arc welding parameters of the steel structural parts were introduced with interrelated criterion， focusing on the shielded metal arc welding parameters of legs of stay ring of the bulb tubular turbine, which were optimized based tableb.
关键词： 灯泡贯流式水轮机 座环 焊条电弧焊 焊接工艺优化
Key words: the bulb tubular turbine；stay ring；shielded metal arc welding；welding parameter optimization
中图分类号：[TV734.1] 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）20-0023-02
0引言
座环支腿是水轮机座环中的一个重要组成部分，座环通过支腿来支撑，是整个水电设备的关键部位[1]，是一整套水轮机的一部分，通过支腿来支撑座环，座环再与其它零部件组合成为一套完整的发电设备，如内配水环，内锥，转子，定子等等这些都是水轮发电机的重要组成部分。焊接方法虽然很多，但是由于焊条电弧焊与其它焊接方法相比具有工艺灵活、适用性强，应用范围广，易于分散焊接应力和控制变形，成本低等优点，所以在生产实际中得到了广泛的应用[2]。本文结合工艺规范动态调整的基本原理，优化了钢结构件焊条电弧焊统一的焊接工艺标准。
1范围
本工艺规范适用于水电设备座环支腿钢结构制作与安装焊条电弧焊焊接工程。
2施工准备[3]
2.1 材料及主要机具：①电焊条：其型号按设计要求选用，必须有质量证明书。严禁使用药皮脱落、焊芯生锈的焊条，按说明书的要求烘焙后，放入保温桶内，随用随取，酸性焊条与碱性焊条不准混杂使用。②引弧板：用坡口连接时需用引弧板，弧板材质和坡形式应与焊件相同。③主要机具：电焊机（交、直流）、焊钳、面罩、小锤、焊条烘箱、焊条保温桶、钢丝刷、石棉布等。
2.2 作业条件①熟悉图纸，做焊接工艺技术交底。②施焊前应检查焊工合格证有效期限，应证明焊工能够承担该焊接工作。③现场供电应符合焊接用电要求。④环境温度低于0℃时，应预热、后热，温度应根据工艺试验确定。
3质量标准
3.1 保证项目①焊接材料应符合设计要求和有关标准的规定，应检查质量证明书及烘焙记录。②焊工必须经考试合格，检查焊工相应施焊条件的合格证及考核日期。③Ⅰ、Ⅱ级焊缝必须经探伤检验，并应符合设计要求和施工及验收规范的规定，检查焊缝探伤报告。④焊缝表面Ⅰ、Ⅱ级焊缝不得有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷。Ⅱ级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑、裂纹、电弧擦伤等缺陷，且Ⅰ级焊缝不得有咬边、未焊满等缺陷。
3.2 基本项目①焊缝外观：焊缝外形均匀，焊道与焊道、焊道与基本金属之间过渡平滑，焊渣和飞溅物清除干净。②表面气孔：Ⅰ、Ⅱ级焊缝不允许；Ⅲ级焊缝每50mm长度焊缝内允许直径≤0.4t；且≤3mm气孔2个；气孔间距≤6倍孔径。③咬边：Ⅰ级焊缝不允许。Ⅱ级焊缝：咬边深度≤0.05t，且≤0.5mm，连续长度≤100mm，且两侧咬边总长≤10%焊缝长度。Ⅲ级焊缝：咬边深度≤0.lt，且≤lmm。注：t为连接处较薄的板厚。
3.3 允许偏差项目（见表1）
4焊接工艺规范动态调整的基本原理[4]
生产实际中，焊接接头检验不合格的现象时有发生，解决办法一般是切除重焊，重焊时往往不改变焊接参数值，因此经常多次重复，仍不能通过。为解决这种现象，我们应尽快调整焊接参数值，找出更合理的规范参数。规范参数动态调整的依据就是根据上一次接头出现的焊接缺陷的类型和位置，调节工艺参数间的匹配关系，以期下次焊接时避免相同焊接缺陷的重复出现，从而获得合格的焊接接头。
5焊接参数的工艺优化
5.1 焊条直径焊条直径大小的选择与焊件的厚度、焊接位置、焊接层次、接头形式有关，灯泡贯流式座环支腿在实际工作中主要起支撑作用，受力较大，所以钢板厚度较厚，因此焊条直径一般选择4～6mm。
5.2 焊接电流焊条电弧焊时决定焊接电流的因素很多[5]，如焊条类焊条直径、焊件厚度、接头形式、焊缝位置和层数等。但主要是焊条直径、焊缝位置、焊条类型、焊接层次。在实际生产中可以先根据经验得到一个大概的焊接电流，然后再钢板上进行试焊调整，直至确定合适的焊接电流。在试焊过程中，要根据飞溅情况，焊缝表面成形状况以及焊条熔化情况综合评定之后才能最后确定焊接电流值。灯泡贯流式座环支腿对焊接电流的敏感性较大，所以焊接电流必须经试焊之后才能确定。
5.3 电源极性极性的选择，主要根据焊条的性质和焊件所需的热量来决定。灯泡贯流式座环支腿在实际工作时受力较大，属于重要的钢结构件，因此一般使用碱性低氢钠型焊条，采用直流反接，这样可以减少飞溅和气孔，并使电弧稳定燃烧[6]。
5.4 电弧电压本工艺采用焊条电弧焊，而焊条电弧焊的电弧电压主要有电弧长度来决定。电弧长，电弧电压高；电弧短，电弧电压低。在焊接灯泡贯流式座环支腿焊缝时，为了保证焊缝的力学性能，要采用短弧焊接，以利于电弧的稳定和防止气孔。所谓短弧一般认为是焊条直径的0.5～1.0倍。
5.5 焊接速度[7]单位时间内完成的焊缝长度称为焊接速度。焊接速度应该均匀适当，既要保证焊透又要保证不烧穿，同时还要使焊缝宽度和高度符合图样设计要求。如果焊接速度过慢，是高温停留时间增长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，力学性能降低，同时使变形量增大。如果焊接速度过快，熔池温度不够，易造成未焊透、未熔合、焊缝成形不良等缺陷。焊接速度直接影响焊接生产率，所以要在保证焊缝质量的基础上，采用较大的焊条直径和焊接电流，同时根据具体情况适当加快焊接速度，以保证在获得焊缝的高低和宽窄一致的条件下，提高焊接生产率。
5.6 焊接层数在中厚板焊接时，一般要开坡口并采用多层多道焊。对灯泡贯流式座环支腿这种焊缝质量要求较高的钢结构件焊缝，每层厚度最好不大于4～5mm。同样每层焊道不宜过小，过小时焊接层数增多不利于提高焊接生产率，根据经验，每层厚度约等于焊条直径的0.8～1.2倍时，生产率较高，并且比较容易保证焊缝质量和便于操作。
6结论
6.1 水电设备座环支腿钢结构制作与安装焊条电弧焊可以采用统一的焊接规范。
6.2 根据焊接工艺规范动态调整基本原理调整焊接工艺参数，可以减少结构件反复焊接的次数，提高焊接生产率。
6.3 焊接时要综合考虑各个对焊缝质量产生影响的焊接参数，并进行试焊调整，使各个焊接参数相互匹配。
参考文献：
[1]Inc.F，FLUENT User Defined Function Manual[M].Fluent Inc，2003.
[2]温家伶，王青峰.H10Mn2焊丝最佳焊接工艺规范的研究[J].武汉交通科技大学学报，2000，24（1）：64-67.
[3]钢结构手工电弧焊焊接工艺标准（501-1996）.
[4]杨有桂，何宜柱，高甲生等.CAPL焊接工艺规范的优化[J].华东冶金学院学报，1994，11（2）：33-38.
[5]刘延泽，常近时.重力场对灯泡贯流式水轮机流场分析及水力性能评估的影响[J].水利学报，2008，39（1）：96-102.
[6]周铭高.灯泡贯流式水轮机设计的若干问题[J].中国高新技术企业，2010，16：47-48.
[7]邱葭菲.焊接方法与设备[M].北京：化学工业出版社，2008，39-42.