轴承箱箱体装焊过程控制分析

轴承箱箱体装焊过程控制分析

戴宜成汪杰

东方汽轮机有限公司四川德阳618000

摘要：本文在分析中压轴承箱结构特点的基础上，结合工艺要求和实际生产经验，对箱体的装焊过程进行了阐述，并对实际焊接过程中的装配方式、焊接方法、焊接顺序进行了总结，使箱体关键位置关键点的焊接变形及焊缝质量得到了有效控制和提高。

关键词：中压轴承箱；焊接变形焊缝质量

0引言

随着我国综合国力的增强，核电在我国能源结构的地位正在逐步提高，大有取代火电之势，具有广阔的市场前景。其整体尺寸较大，结构复杂、空间狭小，焊缝密集且分布不均匀，同时涉及碳钢钢板件和不锈钢管件的焊接，实际装焊过程中如何控制焊接变形和焊缝质量，成为箱体生产过程的关键。

1核电中箱结构简介

核电中压轴承箱主要由水平法兰、轴承座、底板、侧板、前后端板等大厚板件及不锈钢油管组成，整体结构成细长型，外形尺寸达7100mm×1400mm×1500mm，如图1所示。

图1中压轴承箱立体图

2装焊过程重难点

核电中箱整体结构复杂特殊，局部刚性差，焊缝分布密集且不均匀，给实际装焊生产带来较大困难，主要体现在以下几方面：

（1）箱体内部空间狭小，焊枪可达性差，部分位置施焊十分困难，油管装焊和前后端板内部腔室的焊接表现尤为明显，严重影响焊接质量；

（2）焊接坡口尺寸大、焊接清根量大、热输入大，易产生焊接变形；

（3）细长结构，刚性较差，易产生挠曲变形，其中底板和窗口法兰的尤为突出；

（4）中箱油管材料为奥氏体不锈钢，尺寸长、壁厚薄，且受操作空间限制，焊接过程中易产生焊接变形和焊缝缺陷。

3装焊流程优化

中箱结构特殊，内部形成多处腔室，内部密集型焊缝较多，焊接可达性差。根据中箱结构特点，将其从结构上进行拆分，划分子部套单独装配、焊接，最终进行组焊，一方面使焊接可操作性得到有效提高，降低装焊难度，另一方面使子部套焊缝自由收缩程度加强，降低单独部套焊接残余应力的同时有效防止产生累积变形，从而有效控制焊接变形和焊缝质量。

4焊接变形控制措施

4.1典型焊接变形分析

中箱箱体结构复杂，焊缝接头形式及其分布必然会导致局部应力集中，对焊接变形影响较大，焊后在焊缝根部产生较大的横向拉应力，不仅易产生裂纹，同时产生较大向上曲张变形，典型焊接变形为底板挠曲变形和窗口法兰波浪变形。

4.2焊接变形控制措施

4.3.1选择合理的焊接方法和焊接工艺参数

选取手工电弧焊作为辅助焊接方法，焊前对于包括底板在内的大厚钢板进行低温预热，焊接过程严格采用多层多道对称施焊，严格控制层间温度。

4.3.2合理布置工艺拉筋

焊前在底板背面焊接两根足够强度的方箱拉筋，在底板与轴承座及侧板间布置强度足够的方钢拉筋，防止底板产生较大挠曲变形以及轴承座和侧板焊接时往内/外侧产生角变形

4.3.3合理选择焊接顺序

焊接过程中尽量采用先内后外，从中间到两端，先短后长的对称焊接方法，使工件受热均匀，同时采用对称焊、多层多道焊，以减小焊接过程中产生的应力及焊接变形。

5焊缝质量控制

中箱箱体由本体和油管，其中本体零件材质均为碳钢，而油管材质为00Cr19Ni10奥氏体不锈钢，焊缝质量要求高，不仅要求进行RT探伤，而且要求进行水压试验，实际施焊难度也较大；因此焊接过程的控制就显得尤为关键。

5.1进油管结构特征

中箱进油管包括推力轴承进油管和支持轴承进油管，油管总长尺寸达4米，均是由直管段、弯头、法兰焊接而成，焊缝为对接接头，每种油管接头数量均在10处或10处以上，要求单面焊双面成型。

5.2进油管材料及焊接性分析

中箱进油管00Cr19Ni10属于Cr-Ni型奥氏体不锈钢，不仅具有优良的耐腐蚀性能，而且具备比铁素体、珠光体钢更好的高温氧化性能，同时还具有优良的高温热强性能。

其含碳量低于0.1％，具有良好焊接性、低温韧性，对氢脆不敏感，在焊态下奥氏体不锈钢接头有较好的塑性及韧性，但由于导热性能差，线膨胀系数大，容易出现较大焊接应力和焊接变形，易产生焊接热裂纹、晶间腐蚀、应力腐蚀、催化、表面氧化等缺陷。

5.3焊接方法的选取

考虑到进油管壁厚仅为3.05mm，要求单面焊双面成型，属于薄板焊接，焊接位置多样，而钨极氩弧焊作为一种非熔化极气体保护焊，能使用于各种长度、各种位置、角度焊缝的焊接，特别是在薄板的焊接上，不仅焊缝表面及背面成形质量，同时生产效率高。

5.4焊接材料的选择

选取AWSER308L进行焊接，该焊丝杂质含量很低，焊接时不易出现S、P等有害元素偏析，在晶间不易形成低熔点共晶，防止形成粗大柱状晶，降低热裂倾向。

5.5焊接质量问题原因分析及控制措施

5.5.1焊接质量问题原因分析：

（1）焊接过程中受保护气环境和焊接速度及焊接电流等因素的影响；

（2）焊接过程中出现粘钨且清理不彻底，将导致焊缝出现夹钨缺陷；

（3）由于奥氏体钢热膨胀系数大，使钢管发生较大热塑性变形。

5.5.2焊接质量问题解决及控制措施

针对以上进油管焊接过程易产生的相关质量问题，根据原因分析，结合工艺要求，实际生产过程中有针对性地采用了工艺手段进行解决和控制。

（1）装配时严格控制两根油管的同轴度。

（2）采用合理的焊接参数

（3）采用合适的焊接位置及焊接顺序

（4）焊接结束收弧时焊速减慢，焊枪后倾增大，焊丝送进量增加，直至弧坑填满后熄弧。

（5）打底焊第一层最后收口焊接关掉通向氩气室气体。

6结束语

本文通过分析核电中压轴承箱箱体结构，结合实际生产，分别从底板和窗口法兰焊接变形控制、进油管焊缝质量控制方面进行深入探讨，分析实际生产过程中各种问题产生的原因并结合理论和实际找寻到有效的控制措施和解决办法，为核电中压轴承箱箱体的顺利生产和焊接质量的提高打下了坚实的基础，也为其他装焊件的生产提供了宝贵的参考及依据。

参考文献

[1]田钖唐主编.焊接结构.机械工业出版社.1985

[2]周岐主编.电焊工工艺与操作技术.机械工业出版社.2009

[3]张志明主编.焊接冶金学（基本原理）.机械工业出版社.2006

[4]魏守东主编.气焊工技术.机械工业出版社.2000