利用角焊缝焊接控制风机叶轮焊接变形

利用角焊缝焊接控制风机叶轮焊接变形

毛雄飞王俊伟

内蒙古包钢钢联股份有限公司工程服务公司  内蒙古 包头 014010

【摘要】风机叶轮焊接中,为防止叶轮变形,一般先将叶轮后盘与叶片、前盘与叶片点固成形,然后用胎具进行刚性固定后再焊接。该方法由于叶轮前、后盘间距小,会增加焊接难度,同时还会增加焊后清理和检查的难度;单纯使用刚性固定法控制变形,容易造成焊后存在较大的残余应力,会对叶轮安全运行带来隐患。

因此加强对焊接角焊缝的认识、完善相关技术标准、严格执行焊接工艺，加强对角焊缝的焊接检验，成为提高角焊缝焊接质量有效方法。

【关键词】焊接 焊接变形 控制变形  焊接工艺  角焊缝焊接 

角焊缝和对接焊缝是焊接结构连接的最基本和最重要的接头形式。角焊缝和对接焊缝相比较，其焊接工作量要大得多，由于结构形状和受力情况不同，它可能承受不同的力，如:拉力、压力、剪力、弯矩等焊接工位较多，角焊缝受力状况比对接焊缝差得多，尤其是焊缝根部和焊趾部位会形成巨大的应力集中，往往是形成开裂的主要因素。

1. 风叶轮焊接时存在的主要问题

1.1风叶轮矫正或补焊过程中，影响跳动和晃动的因素：

1）在解体时拉出风叶轮专用工具顶着猪嘴压拉，导致受力不均；

2）焊补时轴芯周围和球面型板产生裂纹；

3）补焊产生的气封环（猪嘴）的另外一边轴芯板变形。

1.2.焊接变形的原因：

1）叶片与前（后）盘为角焊缝形式，焊接时焊缝角变形会造成叶片的偏斜，影响叶轮的质量，严重时造成前（后）盘严重的偏心。

2）叶片与前（后）盘焊接时，会造成前（后）盘的波浪变形，影响叶轮的质量；

3）焊后残余应力过大，会造成叶轮运行中应力释放，产生新的变形而破坏了原有的平衡，因此在焊接时必须控制好角焊缝焊接的角变形，减少波浪变形，并消除残余应力。

1.3叶轮焊接中可能产生的变形情况

1.3.1叶片与前、后盘为角焊缝形式，焊接时焊缝角变形会造成叶片的偏斜，影响叶轮质量，严重时还会造成前盘与后盘偏心，影响整体的安装质量；叶片与前、后盘焊接时，会造成前、后盘的波浪变形，影响了叶轮质量；焊后残余焊接应力过大，会造成叶轮运行中的应力释放，产生新的变形，破坏了原有的平衡，从而造成风机的运转振动和温升超标，严重时会造成风机叶片飞出，造成事故。因此，在组焊的工艺上必须得控制好角变形，减少波浪变形，并消除残余应力。

1.3.2叶轮焊接变形分为焊接过程中变形和焊后变形（即焊接残余变形)，其中焊接残余变形包括纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、叶片扭曲变形、前盘边缘波浪变形等。叶轮的变形主要是轮盖外圆呈波浪形。引起变形的原因是薄板焊接后存在于板中的内应力，在焊道附近是拉应力，离干焊道较远的两侧区域是正应力，如拉应力与正应力之间的压力差值较大，平板的材料组织失去稳定，就发生波浪变形（平常所说的荷叶边)。

通过对大型风机叶轮开裂问题进行分析，其中出现问题主要是以薄弱部位为主，其常常在焊接的过程中出现一定的热量影响，由此可以发现平衡块的焊热影响到风机叶轮的薄弱部位，也造成了风机叶轮在运行中裂缝的出现与扩大，更是产生了裂缝进一步加深和扩大的现象。因此在目前的焊接工作中，我们对于焊接组织性需要进行全面系统的分析，并且根据工作中存在的种种质量问题加以总结和研究。

2.控制风叶轮焊接时变形的措施

（1）将叶片与后盘进行点固（拼焊），调整好叶片与后盘的角度，然后将后盘旋转到平台上，用固定夹具对后盘进行刚性固定。考虑到焊接时焊工都习惯采用从内圈向外圈方向焊接，从而会产生径向翘曲的情况。

（2）在内圈固定前先在内圈下垫块5厘厚的钢板，形成2b-3b的预置变形量。焊接前，在叶片上端用12厘厚的钢板（剪切成2厘宽的长条，长度视叶片间距选择）点固一圈。焊接时选择2名以上的焊工同时施焊，并采用对称分段焊接的方法（即将叶轮在圆度上进行均分，2名焊工施焊时角变形方向相互抵消）焊接时要求焊接工艺参数相同，焊接速度相同。

（3）焊接角变形的方向相对，角变形量基本相似，角变形就可以通过叶片上端的固定板条相互抵消，从而解决了叶片角变形的问题。

（4）采用分段焊接.并且在焊接过程中严格控制了焊接参数的选择，从而减少了在圆周方向上的后盘波浪变形，也减少了焊后残余应力量。叶片与后盘焊接好后，进行清理和检查合格后要按焊接顺序,在径向用火焰进行均匀加热，温度应在退火温度范围内，这样就消除了部分焊后残余应力。

3. 角焊缝焊接叶轮裂纹工艺

在焊前一般需进行预热，焊后要进行热处理消除应力。根据风机叶轮的实际情况，采用焊前适当预热、焊后火焰加热热处理消除应力并保温缓冷的措施，为防止叶轮变形采用双面对称焊接（分叶轮内、外侧焊接）工艺。其修复工艺如下：

1）在裂纹头部钻（8～10）的止裂孔，以防止裂纹延伸。

2）沿裂纹方向用角向磨光机打磨叶轮前盘内侧裂纹，并延伸至止裂孔位置，打磨宽度为8～10m，深度为6mm左右，V型坡口；焊前对坡口及周围20岫的范围内清除油、锈等。

3）焊前用火焰加热方式对焊补部位预热150°左右；焊接电源直流反接，焊条选用64.0mm，焊接电流为130～140A。焊接时采用短弧操作；焊完后采用火焰加热方式进行热处理。加热温度650℃，加热30min左右然后保温缓冷。冷至室温后用角向磨光机对焊补部位焊缝进行打磨。打磨至与母材平齐。

4）用前述操作方法对叶轮前盘外侧开裂部位进行修复，与内侧焊补部位对称焊接，以减少叶轮的变形。

5）用30～40mm的圆钢围成圆环，圆环外径距离前盘出口边（即叶轮外圆的边缘）约60～80mm。用等距离隔段焊接的方法将其焊在风机叶轮的前盘上（焊接工艺与前面裂纹的焊补工艺相同）。以增加风机叶轮的刚性，防止再次产生裂纹。

6）随机转动叶轮，检查叶轮平衡。

4.结论

采用角焊缝焊接风机叶轮，延迟裂纹的产生是完全可以避免的。首先，应注意点固焊焊缝的质量，尽可能防止强行组合。焊接时，应正确地执行工艺规范，对后盘叶片的角焊缝可采取行之有效的措施，焊接过程中，在保证焊条正常熔化的条件下，尽量采用小电流、短弧、窄焊道、较慢的焊速施焊，焊条不做横向摆动，力求对角焊缝能最大限度的焊透，以减少应力集中的不利影响。焊后可用机械方法对角焊缝表面进行打磨，从而改善焊缝的外观成形。若条件许可，对叶轮可进行整体清除应力退火处理，可使焊接残余应力的峰值大幅度下降，降低焊缝金属中的扩散氢含量，改善焊缝的组织性能；其次，要注意应用接头与母材等强原则，选用低于母材强度，且塑性高，抗裂性好的焊接材料，焊接时，在不产生裂纹的情况下，每个焊层尽量薄，一般不大于焊条直径。每条焊道的引弧、收弧处要错开，收弧时填满弧坑，可降低焊接难度，易于获得较为满意的结果；第三，适当提高后热处理温度，延长后热时间，即可改善焊接条件，又可促使氢的充分逸出，同时还有消除应力的作用，同时采用多层焊方法施焊，每层焊缝之问具有附加热处理的作用，以防止延迟裂纹的产生。