关于水电站发电机组水轮发电机定子机座制作工艺探讨

刘冲

中国水利水电第八工程局有限公司 湖南长沙 410004

【摘要】作者以自己参加建设的某水电站水轮发电机定子机座制作为实例，从定子机座制作的各个环节，讨论了定子机座制作的整个工艺流程，介绍了定子机座从原材料检验、下料切割、卷板、环板预制、斜向筋预制、机座整体组拼、机座焊接、机座调校、防腐、验收出厂等整个制作过程。

【关键字】定子机座；组拼；焊接;调校；防腐

1 引言

某水电站位于雅砻江干流，系雅砻江五级开发的梯级电站。水电站利用雅砻江在这段150公里区域的天然落差，截弯取直开挖隧洞引水发电，8条引水隧洞平均长约16.6公里，开挖洞径13米，为世界最大规模水工隧洞。发电机定子机座单套重量为87.75吨，机座的外形尺寸为：φ14.5*6米，由6瓣组成，工地焊接成整体。主要零部件有：斜向筋、上、中、下环板，筋板、壁板等。主要材料：斜向筋材料为：S355J2G3、Q345B，上环板材料为：Q235B、1Cr18Ni9Ti，中环板材料为：Q235B，下环板材料为：Q235B，筋板、壁板材料为Q235B。机座验收合格后，采用分瓣交货的方式，在工地组拼焊接。

2 定子机座制作工艺流程图

定子机座的制作工序流程图如下：

3 定子机座制作工艺

3.1 材料进厂检验与保管

定子机座所使用的钢材具有产品质量证明书和材质证明书，如无出厂证明书或标记不清、有疑问者应复验，复验合格后方可使用。

所有钢材进厂时进行外观质量检查，外观质量检查：钢材无鼓包、卷角、扭曲等变形，表面无凹坑、划痕等创伤，如发现上述情况须对缺陷进行处理，必要时要进行渗透探伤，对不合格材料不能使用。

3.2 钢板的平板

钢板使用前应检查有无急弯、卷角、扭曲等变形，否则应对钢板进行平板。平板在卷板机上进行，采用平尺检查平直度应≤2mm/m。平板时应采用小进辊量反复多次滚压，防止压坏钢板。平板过程中应及时清扫辊桶与钢板表面的氧化皮等杂物，以免对钢板造成损伤。

3.3 下料、切割、

划线严格按下料工艺图执行，划线工作在下料平台上进行，平台修整平齐，以确保划线准确。环板、筋板等不规则形状部件采用数控切割机喷粉检查，规则部件采用手工划线，完成后用油漆和样冲眼分别标示出各部件序号、坡口角度、切割线等标识。钢板划线极限偏差应符合表1-1的规定 ：

表1－1            钢板划线的极限偏差                    单位：mm

序  号	项      目	极限偏差（mm）
1	宽度和长度	±1.5
2	对角线相对差	2
3	对应边相对差	2
4	矢高（曲线部分）	±0.5

数控切割前在微机上进行程序编制，按钢板位置找正图形，选择合适的起割点，以避免在切割过程中产生较大的热变形。正式切割前应在钢板多余的边角处试割以校正割咀角度和切割缝的大小，应一次连续切割完成一个完整的部件。切割中密切监视钢板热变形，通过比较割咀与预先喷粉线的位置偏差来确定变形量，如果发生较大的变形，应暂停切割，排除引起变形的原因后再继续。另外切割钢板其切断口表面形位公差及表面粗糙度应达到以下要求：切断面应光滑、整齐、无毛刺；厚度方向的垂直度公差应不大于厚度的1/10，且不大于2.0mm；切割面的熔渣、毛刺和缺口，应用砂轮磨去，切割后的边缘不得有裂纹、夹层和夹渣等缺陷。

3.4 卷板

定子机座需要进行卷制的部件为下壁板。切割后的部件必须经过几何尺寸的复查，合格后进行卷板，卷板前先进行压头处理，使钢板两头尽量满足弧度要求，压头时直边不大于75mm。卷制时应注意不许一次下压边多，采用小进辊量，反复多次卷制，并经常用弧度样板检查其半径R值，卷制好的瓦块在自由状态下直立于平台上用弧长2m的样板检查间隙不应超边2mm。卷板时应及时消除氧化皮、铁锈等杂物，卷制中发现有拉痕、毛刺现象应停止卷制，用抛光机磨平后再进行卷制。

3.5环板预制

环板分为上、中、下三种环板（共7层，其中中环板5层，下环板和上环板各1层），其中上环板、中环板下料后，检查弧度符合要求后，直接进行拼装，而下环需要进行组拼：定子机座下环板部分由6部分组成组成，环板根据材料情况有可能采取多块下料然后组拼成6大部分。

环板分半下料（保证下环板内圈半径方向有15mm的二次切割余量）后对需要对接的进行拼装、焊接，拼接时控制好圆弧板的半径，弦长，在平台上加固焊接，焊后采用机械或局部火焰校正。

下环板和壁板需要先拼焊在一起，所以下环板先调平固定，并在上面拼壁板与其它部件，待两个下环板部分拼完后，然后两两把合贴紧，进行分段、对称、跳焊，采取对称焊接以便控制焊接变形。焊后解体，进行焊接变形的调整。调整采用600T自制油压机或局部油压机进行校正。合格后吊至退火炉进行整体退火以消除应力。

3.6斜向筋预制

斜向筋各部件下料后进行拼装，拼装时注意控制上下两基础板的位置，以及与竖筋的垂直度要求，焊前采取加固措施，然后按焊接工艺要求进行焊接，焊后进行上、下两基础板的变形及与竖筋垂直度的校正。

焊接检查合格后然后进行退火消除应力，应力消除见具体工艺，然后采用T920落地镗床进行加要，加工时以竖筋面为基准进行调平，然后检测两基础板的垂直度，能保证加工后的要求才进行平加工。

3.7机座整体组拼

环板、斜向筋、筋板等部件下料、及预制完成后进行整体组拼。先把下环板部分（指下环板和壁板拼焊在一起的部分）在定子机座整体组拼平台上进行组拼，把下环板上表面初步调平，然后调整其半径值、圆度，最后调整下环板水平达标（整体水平保证在3mm之内，并且外圆的水平必须比内圆的水平低1mm）。

其次在下环板上进行斜向筋的位置和环板筋板放样，检查合格后进行斜向筋槽的切割，然后进行斜向筋的拼装，拼装时控制其上下基础面的平面度要求，半径位置，尤其是垂直度的控制（垂直度在环板拼装前必须保证在8到10mm，待环板拼完后焊前垂直度控制在3至5mm，这样才能保证在机座焊接完成后，垂直度保证在-3至+3mm合格范围内）。

然后拼装下环板上均布的筋板，完成后依次从下向上进行5层中环板、及环板筋板的拼装，最后拼装上环板（上环板暂时先不焊接，待焊接完调校机座时再焊接，这样可以保证上环板的水平）。

组拼完成后进尺寸的检查，重点控制下环板的水平及其外倾度，保证上、中、下环板的半径、同轴度要求，以及斜向筋的垂直度，斜向筋基础板的平面度、斜向筋基础板和下环板的高差。上、中环板因分块拼装，在拼装前进行环板弧度的检查，对不符合要求的进行处理再进行拼装。

待检查合格后，焊接前必须对个各焊缝进行全面加固，长度不低于80 mm。，采用槽钢分别布置在每瓣的上、中、下环板上加固，每层之间用槽钢竖向连接起来（共布置三层槽钢加固，此加固随同发货一起运往工地，工地安装完后再去除）。每个斜向筋之间上基础板用拉筋（槽钢）连接起来，拉筋上钻孔，采用螺栓和上基础板上的螺栓孔把合连接起来，此拉筋在定子机座焊接完成后拆除。连接方式见下图：

3.8机座焊接

3.8.1焊接方法

采用手工电弧焊或半自动气体保护焊，逆变焊机。

3.8.2母材及焊接材料

上环板部分材料为1Cr18Ni9Ti，采用手工电弧焊，焊材采用A302 φ4.0mm、φ3.2mm不锈钢焊条。上环板部分材料和中环板材料均为Q235B、下环板材料为Q345B ，斜向筋材料为S355J2G3，采用CO2气体保护焊，焊材为ER50-6(CHW-50C6)φ1.2的焊丝。

8.3焊接规范

φ3.2不锈钢焊条：90A-120A，19V-22V；

φ4.0不锈钢焊条：110A-160A，20V-24V；

ER50-6：φ1.2mm　120A～160A，22V～23V；

ER50-6：φ1.2mm　130A～260A，22V～32V；

ER50-6：φ1.2mm　110A～150A，20V～23V；

3.8.4焊前准备

焊接前，检查各控制尺寸，并作好记录，质检人员确认上述均满足要求后，才可以开始焊接工作。

焊前对坡口及两侧50mm～80mm范围内的铁锈、氧化渣、油污、水迹等进行清理。

焊条的使用，按说明书规定进行烘干，烘干好的焊条存放于100～150℃保温筒中，随取随用；如放置在空气中超过4小时以上，重烘，且重烘次数不超过2次。

3.8.5焊接变形与质量控制

3.8.5.1焊接顺序

因机座分成6部分，为了控制焊接变形，安排6名焊工、每人1瓣同时同层均布焊接。焊接时采用合理的焊接规范和焊接顺序，按照先立后仰再平的原则进行，每一层均同时进行，并在焊接过程中实时进行监测，根据检测结果和变形情况适当调整焊接的位置和顺序（焊接过程控制很关键，对于控制机座尺寸变形非常重要）。

具体流程可按如下进行：尺寸检验合格→加固(含拉筋)→筋板焊接（先仰焊、后平焊）→同层焊接(中环板、上环板在斜向筋处的对接缝→上环板、中环板、下环板与斜向筋的组合焊缝)。焊接中环板、上环板对接缝时，先进行最中间层中环板焊接，按要求在仰焊处气刨开坡口并将杂质打磨干净，再进行背缝处平焊气刨清根，其它层上、中环板方法和顺序与最中间层类似相同。

在焊接下环板与斜向筋的组合焊缝时，每人同时同层按照同一方向进行跳焊。先在下面仰焊约3层焊道，然后在上面气刨清根并打磨干净后，平焊3～4层，再仰焊、平焊交替进行，具体根据变形情况调整仰焊、平焊的焊接顺序。此层下环板与斜向筋的焊缝全部焊完后，先进行焊缝外观检测和抽样PT检测，合格后进行整体局部热处理，随后再进行100%UT和100%PT,合格后再进行其它上环板、中环板与斜向筋的焊接。

分层进行跳焊顺序见示意图。焊完合格后进行后续筋板拼焊。

3.8.5.2内部质量控制

焊前检查拼装坡口间隙，坡口根部间隙为1～3mm，每焊接一层必须将焊缝表面的焊渣清理干净，必要时可采用打磨的方式清渣；

当风速过大或环境相对湿度在90%以上时，焊接处应设立可靠的防护措施，保证焊接处不受风力的影响和焊接处有所需的足够的温度。

3.8.5.3焊接外观质量过程控制

严格图纸要求对焊缝外观进行控制；在焊缝盖面时必须盖过每边坡口宽度2～4mm，且平缓过渡；盖面时先焊两边，最后焊接中间；对焊缝余高超高处和焊缝接头处，焊后必须用角磨机进行修整。所有焊角不允许偏小。

3.8.6退火消应

按设计图纸要求，下环板与斜向筋组合焊缝焊完后，此焊缝需整体局部热处理的，热处理的加热速度、恒温时间和冷却速度应按要求执行。

3.8.7焊缝探伤

3.8.7.1所有下环板与斜向筋的焊缝焊完后，先进行100%PT或者100%MT,整体进行局部热处理，完成后进行100%PT(或者100%MT)和100%UT；

3.8.7.2中环板和上环板在斜向筋板处的对接缝需做100%PT，图中其它未注明的焊缝均做抽样10%PT；

3.9机座尺寸调校

定子机座焊接完成后，检测斜向筋垂直度和下环板水平（内圈水平必须比外圈高0～+1mm，水平整体保证在5mm之内）如果垂直度和水平超标，则需要把斜向筋垂直度和下环板水平处理到范围内，可以采用火焰调校和施加外力变形处理，待处理合格后，进行下环板的内圈切边（保证半径控制在0～+5mm）和开坡口，再次测量水平，斜向筋垂直度、斜向筋上下基础板的水平及其高差，所有环板的半径等尺寸，处理使其达到设计要求后，整理出验收数据报检。

3.10防腐

3.10.1涂装要求

底漆：TH52-39厚膜环氧富锌底漆 60μm钢灰色

中间漆：TH06-24灰磷酸锌环氧底漆40μm灰色

面漆：TB95-2丙烯酸聚胺脂磁漆60μm，机座外表面锌黄色、内表面玛瑙灰

3.10.2 涂装工艺

先进行表面预处理，表面处理后进行底漆的涂装，采用高压无气喷涂进行涂装，表面干后依次涂装中间漆与面漆，各层涂料应在前一道漆膜达到表干后才能涂装下一道涂料，具体间隔时间可按涂料生产厂的规定进行。其间隔时间可根据环境条件一般不超过4～8小时。

3.11 编号验收出厂

所有制造工作完成后，按要求喷写标识牌并用油漆笔清晰填写相关内容，整理好技术、检测资料送交监理、业主，再通过监理和业主共同验收后，办理好移交手续，最后运输出厂。

4 结束语

在此工艺的指导下，目前该定子机座制造已经顺利通过验收，无论是定子机座几何尺寸还是焊缝的质量均达到设计规范要求。

参考文献

［1］史美堂. 金属材料及热处理［M］. 上海：上海科学技术出版社，1980.

［2］程方杰.  材料成型与控制实验教程［M］.成都: 冶金工业出版社, 2011.

［3］冯辛安. 机械制造装备设计［M］.北京：机械工业出版社,2004.

［4］丁凯. 金属结构类（制造与安装）［M］.北京：黄河水利出版社,2010.

［5］王建国. 电子工业出版社［M］. 北京：电子工业出版社，2012.

（作者简介：

姓名：刘冲

出生年月：1987.4

性别：男

民族：汉

籍贯（湖南省衡阳市）：

学历（位）：本科

职称：工程师

研究方向：机电安装

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