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1、大型能源设备制造中的焊接技术能源工业是国民经济发展与人民生活水平提高的基础工业。近 20年来，随着我国国民经 济的迅速发展与人民生活水平的不断提高，对能源的需求不断增加，出现了能源紧张的局面。 伴随着能源工业的发展，能源装备制造业也得到快速的发展，并且不断向着高参数、大容量、 高效率的方向发展，600MW的超临界火电机组已经制造成功并投入运行;700MW的三峡水 轮发电机组也成功制造并部分发电;1000MW的核电机组正在加紧设计:1000t级加氢炼油反 应器已经成功制造并投入使用 ;超大型煤液化反应器正在加紧制造 ;大型综合采煤机械正在 立足国内开发制造。在这些大重型能源装备的制造中，焊接成为
2、关键制造工艺，许多高效优 质的焊接技术得到广泛应用，促进了焊接制造业的快速发展。大型水轮机转轮的焊接制造对于大型水轮机，转轮是最为核心的部件，直接影响到水轮发电机组的质量与 效率。焊接是转轮制造的技术关键，这不仅因为转轮焊缝是大厚截面、三维空间 的复杂焊缝，还由于材料是高强度马氏体不锈钢。在转轮材料的选择方面，由于 00Crl3Ni5M。马氏体不锈钢具有良好的综合力学性能、抗气蚀和耐磨蚀性能，所 以得到广泛应用。在举世瞩目的三峡水轮机中同样采用世界几大公司生产的 OOCr13Ni5Mo 型马氏体不锈钢铸件与钢板。本文仅介绍三峡水轮机转轮的焊接材 料与工艺，三峡水轮机转轮最大直径lOm、转轮高度
3、5m,转轮重量4301、由上冠、 下环与 13 或 15 个叶片三维焊接而成，焊接最大厚度达 280mm, 单台转轮的焊接 材料用量多达121。对于这种巨型焊接结构，高效优质的焊接材料与工艺是整个 转轮制造中的关键技术。为此，瑞典的 ESAB 公司和英国的 NUM 公司联合研制了 一套自动化程度较高的埋弧焊设备（如图 1 所示）并应用于实际焊接制造，设备包 括 X, Y, Z,U, V, W 6个轴，可以对 6 个轴以示教的方式进行编程，焊接参数可 以设置在焊接程序控制器中，包括电弧电压、焊接电流、焊接速度、热输入量、 焊丝参数、电压衰减补偿及系统配 1 参数等，其中电弧电压、焊接电流和焊接速
4、 度可以实现在线调节。为了实现转轮的埋弧自动焊接，哈尔滨电机厂有限责任公 司还配套设计制造了转轮焊接变位机，该变位机是转轮自动焊系统的一个重要组 成部分。埋弧焊焊道成形美观，焊缝质量良好，但由于埋弧焊主要适合于水平位 置的焊接，所以自动化焊接率不足 30%，其余 70%的焊接仍由比较传统的熔化极 半自动富氢混合气体保护焊完成。公司主要产品：耐磨板厚壁容器的窄间隙埋弧焊技术随着火电与核电设备向着高参数、重型化的发展，高温高压容器尺寸的越来越 大， 600MW 锅炉筒体的壁厚达 18Umm; 600MW 核电压力壳壁厚达 300mm: 5601 与 9801热壁加氢反应器壁厚达210mm和260m
5、m ;大型煤液化容器壁厚达340mm。对 于这些厚壁容器的焊接，窄间隙埋弧焊技术以其高效优质的技术优势得到广泛应 用。国内从 20 世纪 80 年 代中期开始应用窄间隙埋弧焊技术，开始的技术装备以进口单丝的窄间隙埋弧焊 设备为主，与此同时，国内在单丝窄间隙埋弧焊的基础上开发了双丝窄间隙埋弧 焊技术装备，并应用于生产实践。与单丝相比，双丝的熔化效率提高 50%以上， 焊接热输入的调节范围增大，侧壁熔合更易保证，经过 20 年的不断优化与完善， 双丝窄间隙埋弧焊技术获得广泛的应用， 2004 年哈尔滨焊接研究所为第一重型机械集团开发了性能要求更高的双丝窄间隙埋弧焊技术装备（如图3所示），一重成功地
6、焊接了重达20001、直径5.5m、壁厚340mm 的超重型煤液化容器的环缝。在焊接预热温度达200C、一道环缝的焊丝用量达 1t 多、焊接时间 4 天多的生产条件下，焊缝成形美观（如图 4 所示），焊接质量 一次合格，显示了该技术装备的高效率、高度稳定性及较高的焊接自动化控制技 术。公司主要产品:耐磨板图】三峡转轮的自动埋弧埠装备图2三峡转轮机器人焊按系统不锈钢带极堆焊技术不锈钢带极堆焊技术主要应用于大型石油化工反应器及核容器内壁与管板的大面积耐蚀 层的堆焊（如图 5、图 6 所示），哈尔滨焊接研究所还与哈尔滨电机厂有限责任公司、东方电 机股份有限公司合作，将不锈钢带极堆焊技术应用于大型水轮
7、机转轮上冠及底环顶盖的耐磨 层堆焊，收到了显著效果。在焊接材料方面，用于石油化工容器的堆焊焊带为309L与347L高纯超低碳不锈钢;用于 核电压力壳的堆焊焊带为 309L 与 308L 高纯超低碳不锈钢;用于大型水轮机的堆焊焊带为 309L与OCrl6Ni5M。高纯低碳不锈钢，这些钢带已经标准化。在带极堆焊工艺方面，总体上可以分为埋弧堆焊与电渣堆焊两种，两种工艺的不同点除焊接参数有一些差异外，主要是 所使用的焊剂不同，国内在引进消化的基础上，已经研制开发出了埋弧堆焊与电渣堆焊的烧 结焊剂，目前已经批量生产并应用于实际产品的堆焊，其冶金性能与工艺性能达到了国外的 水平。公司主要产品：耐磨复合钢板
8、多丝埋弧焊设备与工艺多丝埋弧焊设备与工艺主要用于大直径输油、输气钢管的高效焊接制造，对于大 口径直缝钥管的焊接，通常包括管子的高速预焊，管子的内、外埋弧焊。美国 Lincoln 公司与德国的 U&S 林肯公司是世界上比较有名的多丝埋弧焊设备制造 商，为国内制管厂提供了不少此类设备。国内近几年也加快了研制开发的步伐， 哈尔滨焊接研究所己经开发出了大口径厚壁直缝钥管成套自动焊技术装备，包括 双电源高速气体保护预焊技术装备，解决了焊道的连续性和熔透均匀性问题;四 丝埋弧内、外焊专用焊接系统，解决了四丝埋弧焊防电弧干涉及稳定施焊技术关 键;解决了高速气体保护预焊及四丝埋弧内、外焊的焊缝跟踪技术问题，在
9、预焊 中首次采用了激光跟踪技术。此成套技术装备已经在生产中成功应用，其中高速 气体保护预焊速度达到7m/min以上，埋弧焊的最大焊接速度达到3m/min,达到 了高效优质的悍接目的，图 79 所示分别为各个悍接系统。公司主要产品：耐磨 钢板大型采煤机械的焊接技术能源紧缺、煤电相争已经成为当前国民经济发展的重要影响因素，我国的采煤机械长期 处于低水平的发展，大型采煤机械主要依靠进口。为了满足煤炭采掘向着安全、高效的发展 方向，国内采煤机械制造企业也积极开发新型的大型综合采煤机械，其中大型液压支架系统 （如图 10 所示）是典型的低合金高强钢焊接结构。此支架系统工作条件恶劣，承受各种复杂 载荷，对尺寸精度及使用安全性要求高，采用的钢板强度已经达到7001000MPa。为此， 国内开展相关钢板的开发生产，哈尔滨焊接研究所等单位也研制开发了具有良好综合力学性 能的系列化气体保护焊焊丝，并提出了相应配套的焊接工艺，焊缝金属的强度指标与钢板有 良好的匹配，同时冲击吸收功达到100J，这些高性能焊丝已经在生产中批量使用。与此同 时，哈尔滨焊接研究所正在研制开发专用焊接机器人系统，以提高焊接质量与焊接效率。公 司主要产品：等离子堆焊机
