论文部分内容阅读
摘要：
河南龙泉金亨2×660 MW 机组工程汽轮机的低压外缸共分8个组件，需在施工现场拼装、焊接。由于
低压外缸体积庞大，焊接工作量大，安装精度相对较高，故对现场拼装及焊接工艺提出了很高的要求。本文绍了低压外缸下半、低压外缸上半的拼装及焊接工艺，通过与国内同类工程的对比，证明采用二氧化碳气体保护焊等措施后，低压外缸的拼装及焊接质量达到了预计的要求。
关键词：汽轮机；低压外缸；二氧化碳气体保护焊；拼装； 焊接；质量；工期
中图分类号：TK26 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
河南龙泉金亨电力有限公司新建2台660MW超超临界燃煤发电机组，是我国目前生产的火电设备中单机容量仅次于百万的机组。该类型机组在河南省属首次安装，#1机组于2011年6月1日安装开工，2012年11月1日移交投产,从开工到移交共计17个月。
低压外缸采用无台板结构且不承载低压内缸重量，外缸与轴承座分离，直接与凝汽器刚性连接，不与基础连接。低压外缸主要有:左右侧板、前后端板、前圆弧支撑、后圆弧支撐、中间腹板、钢架等组成，需要现场拼装、组合、焊接，是整台汽轮发电机组安装工作量、难度最大的一个项目，也是我公司目前首次安装此种类型的低压外缸。
在安装前，为了尽快完成2台低压缸的扣缸工作，我们制定了一个14安装计划----14天完成2台全焊接式低压外缸的拼装、组合、找正、焊接工作。根据工期短，任务重，又是首次安装缺乏经验的特点，在安装前多次同厂家交流学习，多次和业主共同探讨，最终制定了合理可行的安装及焊接方案。
1 低压外缸的结构及焊接要求
每台低压外缸总共分成八大件，外上缸分前、中、后3半，其中中间腹板出厂时用临时撑管固定成一体，中间部分的汽缸法兰为散件，需在现场组装，如图1所示。外下缸分前、后、左、右4半及中间组合式框架，并由部分撑管组成，如图2所示。
图1 外上缸结构图
图2 外下缸结构图
低压外缸下半拼装焊接后变形量控制目标是：(1)对角线最大偏差不大于10 mm；(2)前后最大偏差不大于l0 mm；(3)左右最大偏差不大于10 mm。低压外缸上半拼装焊接后变形量控制目标是：(1)自由状态下汽缸水平中分面最大间隙不大于3mm；(2)螺栓紧固后汽缸水平中分面内外侧间隙为0 mm；(3)汽缸中分面螺栓孔无错位，螺栓能100％安装到位。
2 低压外缸上、下半合理拼装及焊接工艺的严格控制
2.1 低压外缸下半的合理拼装及焊接工艺的严格控制
分别将低压外缸下半的前、后端板吊入基础坑内，用左右调整螺栓来调整端板的标高及水平、垂直度。端板的重量由轴承座承受，在端板与基础之间放置液压千斤顶和小顶牛，用来调整端板的垂直度。
使用事先加工的临时压板将侧板与端板定位。检查低压外缸下半的标高、水平及对角线尺寸符合图纸设计要求（见图2）。将端板与侧板点焊牢固，拆除安装用的临时压板，正式焊接前安装前后圆弧支撑。
吊装低压外下缸组合式钢架，将钢架找正找平，安装钢架与外下缸之间的撑管及连接板，每台低压外缸共有支撑管44根，4块儿加固板、4块儿支撑板、8块肋最终整体找正低压外下缸。
检查并调整焊缝间隙后，清理并打磨外上缸的水平中分面，用行车将外上缸的前、后圆弧支撑吊至低压外下缸中分面上，并紧固螺栓，检查中分面应无间隙。
接下来对组装成一体的低压外缸下半进行焊接。考虑到焊接变形以及提供的焊接材料，我们采用二氧化碳气体保护焊。另外按照焊接要求，首先在汽缸中分面以下1．0 m范围内(双面坡口型焊口)焊接，每次焊接长度为500 mm，顺序为1—2—3—4—1，依次进行，见图3(a)。然后进行其余范围内(单面坡口)焊接，焊接时每次的焊接长度也为500 mm，顺序为1—2—3……直至整个低压缸焊接结束，见图3(b)。
图3 低压外下缸焊接示意图
在焊接过程中，由于低压缸外形尺寸较大，每台低压外缸下半的焊缝长度19.4m，焊接工作量较大，很容易发生焊接变形。为了最大限度减小变形量，主要采取了以下措施：
(1)严格按照制定的焊接工艺卡要求。采用二氧化碳气体保护焊进行焊接，二氧化碳焊丝直径为1．2 mm，焊缝高度高于母材。
(2)在坡口型式为双面坡口处，侧板与端板之间要求无间隙，而单面坡口处，侧板与端板之间间隙要求为4 mm，由于现场采用火焊切割，焊缝间隙很难保证非常精确一致，故我们采用了堆焊而后再打磨的方法，尽量达到标准间隙，减小焊接
变形量。
(3)焊接过程中，由4个焊工分别在汽缸四周同时进行对称逆向焊接，焊接速度基本保持一致。焊接时必须层层推进，当第一层4个焊工全部焊接结束后，按照相同的顺序进行第二层的焊接，绝对不可以一次完成局部地方的全部焊接。
(4)在焊接低压外下缸前，将外上缸前后两半安装到外下缸上，安装全部汽缸中分面螺栓并完全紧固，这样可以在很大程度上增强整个低压外缸的刚性，有利于降低焊接变形量。在焊接时，要间歇性焊接，边焊边有大锤敲击，以更好的释放应力。
(6)为了在焊接的整个过程中对汽缸的变形量进行控制，我们在汽缸四个猫爪及两个导向销处各安装两个百分表，用来监视焊接时汽缸的变形量，以方便知道焊工进行正确施焊。
2.2 低压外缸上半的合理拼装及焊接工艺的严格控制
低压外缸上半分为前、中、后3部分，其中中间腹板又由左右两半组成，其轴向及圆周方向均预留了约50 mm 的调整余量，中间半缸的水平中分面法兰需要在现场配制并焊接，其实际供货长度比设计预留了约100 mm 的余量。
首先清理并打磨低压外缸上半前后半缸的水平中分面和垂直中分面，将其分别吊到低压外下缸中分面上，检查并调整上下半缸螺栓孔应无错位，同时检查低压外缸轴封处的径向及轴向是否有错位现象。然后紧固水平中分面螺栓，用塞尺检查上下半缸中分面应无间隙。
测量中间半缸水平中分面法兰实际安装所需长度，并修整实际供货的中分面法兰长度(见图1)。修整时应统一考虑法兰螺栓孔的位置及法兰实际长度，应对法兰两端各进行修整。由于在设计上。中间半缸水平中分面法兰与前后半缸的法兰轴向中间无间隙，而且法兰的厚度为80mm，故对法兰的切割提出了很高的要求。为提高安装质量，采用机械切割（见图4），并在切割法兰时，预留1 mm 的切割余量，在实际安装时进一步打磨修整，确保法兰之间无间隙，也保证了焊接质量。
图4 低压外缸上半法兰加工
接下来拼装低压外上缸的中间腹板，由于中间半缸轴向尺寸预留了50 mm，首先要测量前、后半缸中间的空挡尺寸，如图1中的尺寸A。为了提高安装精度，可以适当地增加测点，然后根据所测数据，修整中间腹板的轴向尺寸，并打磨坡口。
中间腹板与前后半缸之间的焊缝采用V字形结构，如图5所示。中间腹板的单侧焊缝需要在现场打磨。图纸设计要求，焊缝角度为40°，单侧为20°，焊缝间隙为6 mm。由于中间腹板的前后两条焊缝不是同时焊接，考虑到在焊接单侧焊缝时，另一侧焊缝间隙会由于焊接应力而增大，故在焊接前，将另一侧的焊缝间隙事先调整到3～4 mm。
图5 中间腹板与前后圆弧支撑的焊接示意图
考虑到焊接可能产生的变形，根据图纸要求，中间腹板与中分面法兰面之间应无间隙。由于在施工现场修整中间腹板的圆周时，只能采用火焰切割，故很难保证零间隙。为了最大可能地减小焊接变形量，一方面我们施工人员精确地对切割部分进行划线，另一方面派了技术精湛、经验丰富的施工人员进行现场切割。而且，火焰切割是反复修整打磨，直至符合焊接要求。
在焊接中间腹板与前后圆弧支撑前，为防止焊接过程中产生变形，我们在焊缝处每隔1 m 的位置安装了加强块(见图6)。
图6 加强块
首先焊接中间腹板与前圆弧支撑，然后再焊接中间腹板与后圆弧支撑。其焊接順序为，先每隔500 mm进行点焊，然后由两个焊工同时对称根部焊接，最后进行填充焊，每次焊接的长度约为1 m。
最后焊接中间半缸水平中分面法兰，焊接工艺同上，焊接顺序为：先点焊，然后焊接左侧法兰，再焊接右侧法兰，每次都由两个焊工同时在内外两侧对称逆向焊接，每次焊接长度为500 mm。
由于焊接中间半缸水平中分面法兰是整个低压缸焊接中最重要、最关键的一步，如果焊接变形太大，最直接的后果就是汽缸中分面产生间隙，如果该间隙在紧固螺栓后无法消除，则必须将该法兰割除后重新焊接。同低压外缸下半焊接时一样，我们也采用了大锤对焊缝进行不问断地敲击，以达到快速消除热应力的目的。另外，在焊接前，我们在汽缸与法兰之间安装了若干临时加强块，将焊接变形量控制在最小范围内。
3 低压外下缸与凝汽器焊接
低压外缸上半焊接结束后，进行低压缸与凝汽器的连接。在低压外缸与凝汽器之间镶嵌一条高度为200 mm 的铁板，铁板的上下分别采用焊接方式与低压外缸下半和凝汽器接颈进行刚性连接。以1号低压缸为例，其与凝汽器焊接的焊缝总长度为54 m，为了减小焊接变形量，我们采取了同焊接低压外缸下半一样的控制方法，不同的是，我们安排了6个焊工同时逆向对称焊接，每次的焊接长度为500 mm，并在4个角各架两块百分表进行监测，当焊接变形超过0.1mm时立即停止施焊。先进行连接板与低压外缸下半的焊接，然后再进行凝汽器与连接板的焊接，焊接顺序如图7所示。
图7 低压外缸下半与凝汽器焊接示意图
低压外下缸与凝汽器焊接结束后，吊走外上缸，测量外下缸的拼装几何尺寸，与焊接前比较，焊接后变形量完全在预控目标之内，见表一
表一 与凝汽器焊接后低压外缸下半变形量
4 统筹安排、合理利用时间
为了按预定计划14天高质量完成两台全焊接时低压缸的组装、焊接工作，本体班合理分配人员，24小时不停加班加点。
（1）两个低压外缸同时施工，24小时日夜不停。
（2）人员分为三组小组，低压Ⅰ缸组15人，低压Ⅱ缸组15人，夜班组16人。
（3）每一个缸分别有四名焊工同时施焊。
结论
由于有以上成熟的低压缸组装及焊接方案作为指导，加上本体班统筹安排、合理利用时间，经过14天的日夜鏖战，我们高质量的完成了2台低压外缸的组装、焊接工作。
质量上：低压外缸拼装焊接结束后，汽缸中分面螺栓孔无错位，所有螺栓能100％ 安装到位；Ⅰ号低压外缸中分面最大间隙2 mm，Ⅱ低压外缸中分面最大间隙为1.8mm（浙江玉环焊接后中分面最大间隙为3.4mm），紧固螺栓后，上述间隙均可以轻松消除；对交线最大变形量为3mm。
时间上：经过14天日夜的鏖战，2台散件供货全焊接式低压外缸顺利完成了组合、拼装、焊接工作。从开始组装到结束历时11天，比业主预定的14天计划提前了3天，比浙江玉环同类型机组提前了31天。
参考文献： [1]上海汽轮机厂共图纸
[2]、电力建设施工质量验收及评价规程 第3部分：汽轮发电机组（DL/5210.3—2009）
作者简介:
1.王辉,男,1986年09月,2009年毕业于中原工学院,本科学历,现就职于河南第一火电建设公司汽机施工处,助理工程师,从事汽轮发电机组安装工作。
2.王志强,男,1989年10月,2011年7月毕业与银川职业科技学院,大专学历,现就职于河南第一火电建设公司汽机施工处,从事汽轮发电机组安装工作。
河南龙泉金亨2×660 MW 机组工程汽轮机的低压外缸共分8个组件，需在施工现场拼装、焊接。由于
低压外缸体积庞大，焊接工作量大，安装精度相对较高，故对现场拼装及焊接工艺提出了很高的要求。本文绍了低压外缸下半、低压外缸上半的拼装及焊接工艺，通过与国内同类工程的对比，证明采用二氧化碳气体保护焊等措施后，低压外缸的拼装及焊接质量达到了预计的要求。
关键词：汽轮机；低压外缸；二氧化碳气体保护焊；拼装； 焊接；质量；工期
中图分类号：TK26 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
河南龙泉金亨电力有限公司新建2台660MW超超临界燃煤发电机组，是我国目前生产的火电设备中单机容量仅次于百万的机组。该类型机组在河南省属首次安装，#1机组于2011年6月1日安装开工，2012年11月1日移交投产,从开工到移交共计17个月。
低压外缸采用无台板结构且不承载低压内缸重量，外缸与轴承座分离，直接与凝汽器刚性连接，不与基础连接。低压外缸主要有:左右侧板、前后端板、前圆弧支撑、后圆弧支撐、中间腹板、钢架等组成，需要现场拼装、组合、焊接，是整台汽轮发电机组安装工作量、难度最大的一个项目，也是我公司目前首次安装此种类型的低压外缸。
在安装前，为了尽快完成2台低压缸的扣缸工作，我们制定了一个14安装计划----14天完成2台全焊接式低压外缸的拼装、组合、找正、焊接工作。根据工期短，任务重，又是首次安装缺乏经验的特点，在安装前多次同厂家交流学习，多次和业主共同探讨，最终制定了合理可行的安装及焊接方案。
1 低压外缸的结构及焊接要求
每台低压外缸总共分成八大件，外上缸分前、中、后3半，其中中间腹板出厂时用临时撑管固定成一体，中间部分的汽缸法兰为散件，需在现场组装，如图1所示。外下缸分前、后、左、右4半及中间组合式框架，并由部分撑管组成，如图2所示。
图1 外上缸结构图
图2 外下缸结构图
低压外缸下半拼装焊接后变形量控制目标是：(1)对角线最大偏差不大于10 mm；(2)前后最大偏差不大于l0 mm；(3)左右最大偏差不大于10 mm。低压外缸上半拼装焊接后变形量控制目标是：(1)自由状态下汽缸水平中分面最大间隙不大于3mm；(2)螺栓紧固后汽缸水平中分面内外侧间隙为0 mm；(3)汽缸中分面螺栓孔无错位，螺栓能100％安装到位。
2 低压外缸上、下半合理拼装及焊接工艺的严格控制
2.1 低压外缸下半的合理拼装及焊接工艺的严格控制
分别将低压外缸下半的前、后端板吊入基础坑内，用左右调整螺栓来调整端板的标高及水平、垂直度。端板的重量由轴承座承受，在端板与基础之间放置液压千斤顶和小顶牛，用来调整端板的垂直度。
使用事先加工的临时压板将侧板与端板定位。检查低压外缸下半的标高、水平及对角线尺寸符合图纸设计要求（见图2）。将端板与侧板点焊牢固，拆除安装用的临时压板，正式焊接前安装前后圆弧支撑。
吊装低压外下缸组合式钢架，将钢架找正找平，安装钢架与外下缸之间的撑管及连接板，每台低压外缸共有支撑管44根，4块儿加固板、4块儿支撑板、8块肋最终整体找正低压外下缸。
检查并调整焊缝间隙后，清理并打磨外上缸的水平中分面，用行车将外上缸的前、后圆弧支撑吊至低压外下缸中分面上，并紧固螺栓，检查中分面应无间隙。
接下来对组装成一体的低压外缸下半进行焊接。考虑到焊接变形以及提供的焊接材料，我们采用二氧化碳气体保护焊。另外按照焊接要求，首先在汽缸中分面以下1．0 m范围内(双面坡口型焊口)焊接，每次焊接长度为500 mm，顺序为1—2—3—4—1，依次进行，见图3(a)。然后进行其余范围内(单面坡口)焊接，焊接时每次的焊接长度也为500 mm，顺序为1—2—3……直至整个低压缸焊接结束，见图3(b)。
图3 低压外下缸焊接示意图
在焊接过程中，由于低压缸外形尺寸较大，每台低压外缸下半的焊缝长度19.4m，焊接工作量较大，很容易发生焊接变形。为了最大限度减小变形量，主要采取了以下措施：
(1)严格按照制定的焊接工艺卡要求。采用二氧化碳气体保护焊进行焊接，二氧化碳焊丝直径为1．2 mm，焊缝高度高于母材。
(2)在坡口型式为双面坡口处，侧板与端板之间要求无间隙，而单面坡口处，侧板与端板之间间隙要求为4 mm，由于现场采用火焊切割，焊缝间隙很难保证非常精确一致，故我们采用了堆焊而后再打磨的方法，尽量达到标准间隙，减小焊接
变形量。
(3)焊接过程中，由4个焊工分别在汽缸四周同时进行对称逆向焊接，焊接速度基本保持一致。焊接时必须层层推进，当第一层4个焊工全部焊接结束后，按照相同的顺序进行第二层的焊接，绝对不可以一次完成局部地方的全部焊接。
(4)在焊接低压外下缸前，将外上缸前后两半安装到外下缸上，安装全部汽缸中分面螺栓并完全紧固，这样可以在很大程度上增强整个低压外缸的刚性，有利于降低焊接变形量。在焊接时，要间歇性焊接，边焊边有大锤敲击，以更好的释放应力。
(6)为了在焊接的整个过程中对汽缸的变形量进行控制，我们在汽缸四个猫爪及两个导向销处各安装两个百分表，用来监视焊接时汽缸的变形量，以方便知道焊工进行正确施焊。
2.2 低压外缸上半的合理拼装及焊接工艺的严格控制
低压外缸上半分为前、中、后3部分，其中中间腹板又由左右两半组成，其轴向及圆周方向均预留了约50 mm 的调整余量，中间半缸的水平中分面法兰需要在现场配制并焊接，其实际供货长度比设计预留了约100 mm 的余量。
首先清理并打磨低压外缸上半前后半缸的水平中分面和垂直中分面，将其分别吊到低压外下缸中分面上，检查并调整上下半缸螺栓孔应无错位，同时检查低压外缸轴封处的径向及轴向是否有错位现象。然后紧固水平中分面螺栓，用塞尺检查上下半缸中分面应无间隙。
测量中间半缸水平中分面法兰实际安装所需长度，并修整实际供货的中分面法兰长度(见图1)。修整时应统一考虑法兰螺栓孔的位置及法兰实际长度，应对法兰两端各进行修整。由于在设计上。中间半缸水平中分面法兰与前后半缸的法兰轴向中间无间隙，而且法兰的厚度为80mm，故对法兰的切割提出了很高的要求。为提高安装质量，采用机械切割（见图4），并在切割法兰时，预留1 mm 的切割余量，在实际安装时进一步打磨修整，确保法兰之间无间隙，也保证了焊接质量。
图4 低压外缸上半法兰加工
接下来拼装低压外上缸的中间腹板，由于中间半缸轴向尺寸预留了50 mm，首先要测量前、后半缸中间的空挡尺寸，如图1中的尺寸A。为了提高安装精度，可以适当地增加测点，然后根据所测数据，修整中间腹板的轴向尺寸，并打磨坡口。
中间腹板与前后半缸之间的焊缝采用V字形结构，如图5所示。中间腹板的单侧焊缝需要在现场打磨。图纸设计要求，焊缝角度为40°，单侧为20°，焊缝间隙为6 mm。由于中间腹板的前后两条焊缝不是同时焊接，考虑到在焊接单侧焊缝时，另一侧焊缝间隙会由于焊接应力而增大，故在焊接前，将另一侧的焊缝间隙事先调整到3～4 mm。
图5 中间腹板与前后圆弧支撑的焊接示意图
考虑到焊接可能产生的变形，根据图纸要求，中间腹板与中分面法兰面之间应无间隙。由于在施工现场修整中间腹板的圆周时，只能采用火焰切割，故很难保证零间隙。为了最大可能地减小焊接变形量，一方面我们施工人员精确地对切割部分进行划线，另一方面派了技术精湛、经验丰富的施工人员进行现场切割。而且，火焰切割是反复修整打磨，直至符合焊接要求。
在焊接中间腹板与前后圆弧支撑前，为防止焊接过程中产生变形，我们在焊缝处每隔1 m 的位置安装了加强块(见图6)。
图6 加强块
首先焊接中间腹板与前圆弧支撑，然后再焊接中间腹板与后圆弧支撑。其焊接順序为，先每隔500 mm进行点焊，然后由两个焊工同时对称根部焊接，最后进行填充焊，每次焊接的长度约为1 m。
最后焊接中间半缸水平中分面法兰，焊接工艺同上，焊接顺序为：先点焊，然后焊接左侧法兰，再焊接右侧法兰，每次都由两个焊工同时在内外两侧对称逆向焊接，每次焊接长度为500 mm。
由于焊接中间半缸水平中分面法兰是整个低压缸焊接中最重要、最关键的一步，如果焊接变形太大，最直接的后果就是汽缸中分面产生间隙，如果该间隙在紧固螺栓后无法消除，则必须将该法兰割除后重新焊接。同低压外缸下半焊接时一样，我们也采用了大锤对焊缝进行不问断地敲击，以达到快速消除热应力的目的。另外，在焊接前，我们在汽缸与法兰之间安装了若干临时加强块，将焊接变形量控制在最小范围内。
3 低压外下缸与凝汽器焊接
低压外缸上半焊接结束后，进行低压缸与凝汽器的连接。在低压外缸与凝汽器之间镶嵌一条高度为200 mm 的铁板，铁板的上下分别采用焊接方式与低压外缸下半和凝汽器接颈进行刚性连接。以1号低压缸为例，其与凝汽器焊接的焊缝总长度为54 m，为了减小焊接变形量，我们采取了同焊接低压外缸下半一样的控制方法，不同的是，我们安排了6个焊工同时逆向对称焊接，每次的焊接长度为500 mm，并在4个角各架两块百分表进行监测，当焊接变形超过0.1mm时立即停止施焊。先进行连接板与低压外缸下半的焊接，然后再进行凝汽器与连接板的焊接，焊接顺序如图7所示。
图7 低压外缸下半与凝汽器焊接示意图
低压外下缸与凝汽器焊接结束后，吊走外上缸，测量外下缸的拼装几何尺寸，与焊接前比较，焊接后变形量完全在预控目标之内，见表一
表一 与凝汽器焊接后低压外缸下半变形量
4 统筹安排、合理利用时间
为了按预定计划14天高质量完成两台全焊接时低压缸的组装、焊接工作，本体班合理分配人员，24小时不停加班加点。
（1）两个低压外缸同时施工，24小时日夜不停。
（2）人员分为三组小组，低压Ⅰ缸组15人，低压Ⅱ缸组15人，夜班组16人。
（3）每一个缸分别有四名焊工同时施焊。
结论
由于有以上成熟的低压缸组装及焊接方案作为指导，加上本体班统筹安排、合理利用时间，经过14天的日夜鏖战，我们高质量的完成了2台低压外缸的组装、焊接工作。
质量上：低压外缸拼装焊接结束后，汽缸中分面螺栓孔无错位，所有螺栓能100％ 安装到位；Ⅰ号低压外缸中分面最大间隙2 mm，Ⅱ低压外缸中分面最大间隙为1.8mm（浙江玉环焊接后中分面最大间隙为3.4mm），紧固螺栓后，上述间隙均可以轻松消除；对交线最大变形量为3mm。
时间上：经过14天日夜的鏖战，2台散件供货全焊接式低压外缸顺利完成了组合、拼装、焊接工作。从开始组装到结束历时11天，比业主预定的14天计划提前了3天，比浙江玉环同类型机组提前了31天。
参考文献： [1]上海汽轮机厂共图纸
[2]、电力建设施工质量验收及评价规程 第3部分：汽轮发电机组（DL/5210.3—2009）
作者简介:
1.王辉,男,1986年09月,2009年毕业于中原工学院,本科学历,现就职于河南第一火电建设公司汽机施工处,助理工程师,从事汽轮发电机组安装工作。
2.王志强,男,1989年10月,2011年7月毕业与银川职业科技学院,大专学历,现就职于河南第一火电建设公司汽机施工处,从事汽轮发电机组安装工作。