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空心轴的焊接

信息来源:发布时间:2021-02-21阅读:680

 

【摘要】分析了大型电站锅炉鼓引风机主轴采用焊接空心轴的可行性。介绍了空心轴焊接的具体工艺方法。指出了其实用效果及经济效益。

  • 前言

随着电站单机容量的增加,离心通风机的尺寸、重量将大大增加。平舆电厂60万kw机组采用的y4-2x73№37f型双吸离心式引风机,其叶轮直径达3.7m,主轴轴颈为360mm,全长为11195mm,重量达23700kg。这不仅给制造、运输、安装、运行及维修带来困难,而且还提高了制造成本和设备价格。

由于主轴较重需采用滑动轴承,相应的配有润滑油站、高位油箱及盘车装置等许多辅助设备,既增加了设备的投资,又占用了较大的生产场地。因此,在大型通风机中采用空心轴是一个急需解决的大问题。

目前,国产大型通风机采用空心主轴结构的甚少,而部分进口离心式引风机普遍采用了空心轴的结构,并且运行良好。如清河、马头、神头3个电厂从前苏联引进的7台20万kw燃煤锅炉,其中14台ⅱ25x2ⅲb型离心式引风机均采用了空心主轴的结构,黄台电厂从日本引进的1台30万kw燃煤锅炉所配置的离心式引风机也采用了空心轴结构;成都电力机械厂为烟台电厂20万kw燃煤锅炉研制了锻造空心轴(即锻造后再掏空)已经安全运转6年,实践证明,在大型通风机设计上采用空心轴结构是完全可行的。

  • 焊接空心轴的主要工作

空心轴在工艺方面需闯三关。即焊接关、车工关及装配关。而焊接关是决定空心轴能否成功的关键。

  • 空心轴焊接结构的设计

确定y4-2x73№28.5f引风机中的主轴用空心轴。该风机是双吸入双支撑形式,根据轴的几何形状和尺寸,设计、工艺共同确定了空心轴的结构。主轴中间大部分为厚壁无缝钢管,空心管的两端为实心轴头,实心轴头与空心管采用焊接的方式连接在一起。

采用这种结构形式的空心轴关键在于:a、空心轴的材料及性能b、焊接坡口的形式及工艺试验 c、空心轴的焊接  

2)空心轴的材料及性能

空心轴所用钢管是从德国进口的无缝钢管,材料为12cr1mov。此材料为耐热钢,在引风机200℃烟气下工作其机械性能变化不大;且材料的机械性能可以满足设计要求;在焊接方面,只要采取合理的工艺措施是可以焊接的。

3)轴头的材料及性能

轴头采用16mn锻件,材料的机械性能见下表,粗加工后调质处理

δb(mpa)

δs(mpa

δs(%)

ψ(%)

ak(j/cm2)

≥490

≥245

≥15

≥40

≥50

3)焊接坡口的形式及工艺试验

  • 焊接坡口形式的确定

要想保证空心轴焊后强度,首先要确定合理的焊接坡口形式,根据坡口形式去做具体的工艺试验,采用的坡口形式为下图,这种坡口形式的优点在于,当施焊人员对u型槽底进行氩弧焊封底时,靠铁水子熔,很容易焊透钢管与轴头的接合处。另外,在钢管距坡口中心处钻通氩气保护的通气孔,在轴头处钻出排气孔。利用氩气进行封底保护有利于焊缝成型,防止焊缝金属氧化。这对主轴在运转过程中,因接合处而发生的疲劳扩散有一定的抑制作用。通过焊接工艺试验,证明了这种坡口形式是科学合理的。

  • 焊接工艺试验

要保证空心轴焊接成功,一定要做必要的工艺试验,通过试验做到心中有数,从而编制出合理的焊接工艺。

  • 12cr1mov钢抗焊接氢致裂纹敏感性的评定:进行插销试验和铁研试验。这两种试验均采用φ4mm,r317焊条手动电弧焊,焊条经过350℃x2h烘干处理。焊接速度:150mm/min,电流170a,电弧电压:22~25v。

试验结果:从插销试验和铁研试验的结果,预热温度100℃和150℃对氢裂纹不敏感,没有氢脆问题。所以确认12cr1mov钢的预热温度为100~150℃。

  • 12cr1mov钢埋弧焊焊接接头抗旋转弯曲疲劳性能的评定:埋弧焊工艺及焊丝、焊剂。 埋弧焊采用双u型坡口,板厚40mm,手工埋弧焊打底,双面采用φ4mm,h08crmova焊丝,hj350焊剂。

工艺参数包括手工氩弧焊和埋弧焊。

  • 手工氩弧焊

电弧电压:11v焊接电流:180a焊接速度:15.4m/h氩气流量:9l/min不填焊丝。

  • 埋弧焊

焊接电压:37v 焊接电流:500a 焊接速度21m/h试板焊后石棉布保温缓冷,经650~700热处理

试验后的结果表明,旋转疲劳极限343mpa,这一结果对12cr1mov的材料来说是比较高的。因为工作应力不会超过屈服极限395mpa,因此是安全的,用埋伏焊焊接的焊缝不会产生疲劳裂纹。

4)用耐热钢r317焊条做斜y型坡口焊接裂纹试验,通过这种试验看其热影响区是否产生冷裂纹,也可看出焊缝冷裂纹、热裂纹或再热裂纹。

5)通过钢性固定对接试验看其焊缝是否产生热裂纹或再热裂纹,也可检验热影响区是否产生冷裂纹。

6)选用r317焊条做焊接接头机械性能试验,各项指标均达到设计要求,证明所选焊接材料、工艺规范各项参数的正确性。

7)钨极氩弧焊封底试验。按其焊缝的结构形式模拟加工出焊接时的坡口形式惊醒氩弧焊封底试验,由此选择出封底焊的最佳焊接规范,确定封底电流,从而获得理想的封底效果。

4、焊前准备工作

   1)焊接转胎的调试

选择本厂自制10吨转胎,通过调试使转胎运转过程缓慢、平稳,与焊接时的速度相匹配。运转一周,轴的轴向、纵向位置不窜动,周而复始保持焊缝中心位置不变。

2)焊接加热器的调试

由于轴的长度(近10m)所限,只能预热一端焊一端。选择φ670mm红外线加热器,用电控柜进行控制加温,主要预热焊缝两侧,致使温度保持在150~200℃之间;选用φ330mm的红外线加热器,用交流电焊机做电源控制,主要加热轴头靠近焊缝侧。这种加热方法,使轴头的热膨胀伸长量走向焊缝,有利焊缝的封底、焊接,保证焊接不产生裂纹。

3)焊接电源的调试

a、氩弧焊封底所采用的焊接设备为我厂购置美国miller公司的焊接设备。该焊机经过调试,电压基本不受网络电压影响而波动,焊接时所选用的焊接电流一旦固定,整个焊接封底过程中,电流波动为±1a,保证了封底时既能焊透又成型美观。

b、多头式子母焊机是封底后手工电弧焊的设备。该设备是通过变阻器来调节电流大小的,通过调试,电流可达预想的效果。

4)焊工的培训

a、对氩弧焊封底的焊工培训。试板的坡口形式与空心轴的坡口形式相同。采用正式焊接的规范进行操作练习,工艺人员从理论上、实际操作上进行现场指导,使焊工掌握要领,焊接后对试件检查、确认,使焊工真正掌握氩弧焊封底要领,为空心轴焊接氩弧焊封底打下坚实基础。

b、焊工培训的另一个重点是手工电弧焊,在封底后检查合格的试件上,用r317焊条施焊各层。在焊接过程中,注意坡口两侧要充分熔合,避免夹渣、未焊透、未熔合等缺陷发生。在确认工艺规范的同时,提高焊接技术,为空心轴一次焊接成功奠定基础。

  • 三、空心轴的焊接程序

1)拼装点固

先装一端轴头,检查合格后趁热装,将6块拉筋(40x100x400  q235a)等分对称焊至钢管与轴头两侧。  焊条牌号:j427 焊条直径 φ4mm  焊接电源:直流反接 焊接电流:160~180a  焊脚高度:不大于10mm  然后再热装另一端轴头,按上述要求焊一端轴头与钢管的拉筋。

2)焊前准备

a 核对 按图样尺寸要求核对焊接坡口尺寸及空心轴的拼装点固焊接质量。

b 清洗 将焊接坡口内及距焊缝坡口50mm内的外表面的油、绣等污物,用丙酮、酒精清洗干净。

c、安装好充背氩的冲氩气系统。

d、将r317焊条:φ4、φ5mm焊条经350℃x2h烘干处理;将hj350焊条经350~400℃x2h烘焙处理;将h08crmova焊丝:φ4mm焊丝清除油、锈。

e、包保温材料:将两焊缝的两侧分别用无碱玻璃丝棉布包扎好,放到滚轮胎上

f、预热 将红外线加热器根据主轴距地面高度,调到合适的位置,并用角钢做支架,放好焊牢,使主轴能自由转动。预热温度为200~250℃。

g、调试 红外线预热器接通电源,调试好埋弧自动焊操作架,检查滚轮转胎启动是否正常,确保无误后再正式焊接。

h、充背氩气 流量:3~5l/min;确保空心轴内的空气完全排出

3)钨极氩弧焊封底

1、焊接工艺 焊接电源为ave350焊接电流为10~12a 氩气流量为8~12l/min 熔池形成时间为5秒,焊接速度为2.52m/h氩气滞后时间为3~5秒,钨极自己为φ3mm焊嘴尺寸为φ10mm。焊接时要对称施焊。

2、后热 将封底焊好的焊缝加热到350~400℃保温2~3小时后,缓冷至室温。

3、检查 对焊缝进行着色探伤检查。

4、氩弧焊封底焊接另一端焊缝。

5、后热另一端

6、检查 对焊缝进行着色探伤检查

4)焊接

1、手工电弧焊 将工件用红外线加热器预热后做手工电弧焊 焊条牌号317焊条直径φ4~5

2、气割 将焊缝处的拉筋用乙炔气割,割掉。切割时,不可将工件表面割伤。

3、埋弧自动焊 将工件用红外线加热器预热后做埋弧自动焊 焊剂:hj350 焊丝:h08crmova

  焊丝直径:φ4

4、后热 将焊缝处加热到350~400℃/2h做消氢处理

5、按上诉工艺手工电弧焊,焊接另一端焊缝

6、气割另一端的拉筋

7、按上述工艺埋弧自动焊,焊接另一端焊缝

8、检查 按图样要求,对焊缝做超声波检查,然后再检查拉筋处的焊缝,若有咬肉、割伤,要进行补焊,补焊工艺与正式焊接工艺相同

5)消应力

检查合格后做消应力处理

空心轴的焊接时在有充分的准备,万事俱备的条件下进行的,焊接过程中,注意坡口两侧充分熔合,严防夹渣、未熔合。焊后清渣,除去焊瘤、飞溅。由于焊工操作认真,工艺人员跟班指导,进行每道焊缝的检查、认可,从而使空心轴焊后超声波探伤100%合格,达到国家标准。

  • 空心轴焊接的实用性及经济效益

原实心轴重13600kg,改为空心轴重6660kg,减少重量6940kg,减轻重量达51%。该空心轴在河南安阳电厂运行6年,情况良好。可用于30万kw发电机组以上的锅炉送引风机和150m2以上大型烧结引风机等风机上。在不计烟气中粉尘磨损情况下,引风机主轴寿命大于5年,送风机寿命大于8年。经计算,各项技术指标均满足设计要求,故可靠性与实心轴基本相同,且临界转速有所提高,实心轴为960r/min,空心轴临界转速为1089r/min,提高11.7%。

    原实心轴单价约50万元,现空心轴单价约15万元,扣除空心轴厂内制造成本略高和首次试制的因素,每根主轴至少可节约25万元以上,可见在保证实心轴风机相同利润的前提下,可降低风机成本,增强了市场的竞争力。

 

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