大型全焊接结构水轮机球阀的焊接制造工艺方法与流程

本发明涉及一种大型全焊接结构水轮机球阀的焊接制造工艺方法。

背景技术：

大型水轮机球阀阀体分为两瓣或多瓣，以往均采用把合方式组成整体，对密封质量要求很高，对于大型全焊接结构水轮机球阀，活门装入阀体后通过焊接的方式将阀体连接为一个整体，国内无相关制造经验。全焊接结构的球阀具有重量轻、整体性能好、密封可靠等优点，但制造工艺比较复杂，且该类球阀多应用于水轮发电机组压力管道中，焊缝质量要求高。焊缝形式一般采用双面坡口填充焊，结构焊缝中局部最大焊缝厚度可超过300mm，焊前要将活门装入阀体，需多次转动活门才能满足阀体不同位置的焊接，焊量大，操作难度大，焊缝质量及尺寸精度难以保证，采用传统的装配焊接技术无法完成生产制造。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种大型全焊接结构水轮机球阀的焊接制造工艺方法，通过合理的备料工序、焊接制造工艺、焊接顺序，配以转动方案，减小焊接变形，降低残余应力，避免焊接裂纹，提高工件质量。本发明的技术方案是：

1)阀体(1)、活门(2)备料：按图纸要求，使用铸造和加工的方法制造两瓣的阀体(1)和整体的活门(2)，阀体(1)把合成整体后加工合缝处双面u型焊接坡口；

2)阀体(1)、支座(3)分装焊：按图纸要求将阀体(1)和支座(3)装配到一起，并进行焊接固定；

3)阀体(1)、活门(2)涂耐高温漆：对装焊支座(3)的阀体(1)和活门(2)单件进行喷砂、清理，涂耐高温漆进行防护，并进行低温热处理；

4)整体装配加工：按图纸要求将阀体(1)与活门(2)装配在一起，同加工阀体(1)与活门(2)配合表面，保证阀体(1)与活门(2)之间的同轴度精度；

5)安装旋转及固定工具：在阀体(1)与活门(2)配合表面处安装旋转及固定工具，活门(2)端部安装工具转臂(4)，用于焊接过程中活门(2)的旋转与固定；

6)旋转活门(2)及焊接：球阀立放，法兰面朝下，用支墩垫稳，旋转活门(2)至焊接位置并固定，焊前预热至100℃以上，在阀体(1)的对称位置采用熔化极气体保护焊进行立焊焊接，先于大坡口侧焊接，焊缝一次焊2～3层，小坡口侧清根，内外交替施焊，旋转活门(2)，焊接其余位置，分多次转动活门(2)循环焊接至焊满，对不等厚度连接部位随焊过渡；

7)中间探伤：焊接厚度达394mm的四个法兰角(5)采取焊至1/2厚、3/4厚时增加两次ut探伤；

8)消除应力退火处理：将球阀以立放位置吊放在退火炉上，用支墩分别垫稳阀体(1)和活门(2)，按专用退火规范进行消除应力处理；

9)对球阀焊缝质量和尺寸公差进行检查，完成球阀的最终加工。

技术效果：

大型全焊接结构水轮机球阀体积大，宽4870mm，高3820mm，总重84.95t，阀体与活门装配难度大，阀体组对的定位与同轴度要求高，在活门轴与阀体轴孔之间需支撑工具轴套，装配后的吊运过程需保持阀体组对的定位与同轴度。

本发明适用于大型全焊接结构水轮机球阀。对于大型水轮机球阀，传统工艺无法保证焊接质量和尺寸公差。按照以往的工艺方法，球阀阀体为分为多瓣结构，拼焊成1/2圆后，通过法兰面把合成整体。但随着水面高程和机组功率的大幅提高，管道内水压增大，对密封要求增大，如按照传统的工艺方法，焊接质量、尺寸公差和通流面质量均难以保证。

本发明是大型全焊接结构水轮机球阀装配焊接工艺方法上的革新，是制造方法本质上的改变。使用本发明的工艺方法，球阀整体装配焊接尺寸可以有效保证。设计制作工具轴套，使其满足生产过程中活门在阀体内的转动要求，同时起到活门转动后定位的作用，保证焊接的可达性、对称性和安全性。

本发明采用活门及阀体单件装焊前在内、外表面涂耐高温漆进行防护，并将单件进行低温热处理，使涂装表面漆膜固化，有效避免了整体焊接退火后通流面死角区域表面无法进行涂漆保护。

本发明的旋转并焊接的工艺方法代替传统的焊接工艺方法，使焊接可达性及操作性大大提高，有效控制焊接变形，中间探伤保证了球阀焊缝的质量，保证了球阀关键尺寸稳定性，大型全焊接结构水轮机球阀装配焊接质量明显提升。

附图说明

图1为大型全焊接结构水轮机球阀的机构示意图。

图2为大型全焊接结构水轮机球阀的工艺方法原理图。

具体实施方式

本发明提供一种保证大型全焊接结构水轮机球阀的公差以及质量的一种装配焊接制造工艺方法。本发明的技术方案为：

1)阀体1、活门2备料：按图纸要求，使用铸造和加工的方法制造两瓣阀体1和整体活门2，阀体1把合成整体后加工合缝处双面u型焊接坡口；

2)阀体1、支座3分装焊：按图纸要求将阀体1和支座3装配到一起，并进行焊接固定；

3)阀体1、活门2涂耐高温漆：对装焊支座3的阀体1和活门2单件进行喷砂、清理，涂耐高温漆进行防护，并进行低温热处理；

4)整体装配加工：按图纸要求将阀体1与活门2装配在一起，同加工阀体1与活门2配合表面，保证阀体1与活门2之间的同轴度精度；

5)安装旋转及固定工具：在阀体1与活门2配合表面处安装旋转及固定工具，活门2端部安装工具转臂4，用于焊接过程中活门2的旋转与固定；

6)旋转活门2及焊接：球阀立放，法兰面朝下，用支墩垫稳，旋转活门2至焊接位置并固定，焊前预热至100℃以上，在阀体1的对称位置采用熔化极气体保护焊进行立焊焊接，先于大坡口侧焊接，焊缝一次焊2～3层，小坡口侧清根，内外交替施焊，旋转活门2，焊接其余位置，分多次转动活门2循环焊接至焊满，对不等厚度连接部位随焊过渡；

7)中间探伤：焊接厚度达394mm的四个法兰角5采取焊至1/2厚、3/4厚时增加两次ut探伤；

8)消除应力退火处理：将球阀以立放位置吊放在退火炉上，用支墩分别垫稳阀体1和活门2，按专用退火规范进行消除应力处理；

9)对球阀焊缝质量和尺寸公差进行检查，完成球阀的最终加工。

如图1所示为大型全焊接结构水轮机球阀结构示意图，整个球阀由阀体1、活门2和支座3组成。

如图2所示为本发明工艺方法原理示意图。为保证阀体1焊缝可操作性，在焊接过程，旋转转臂4，实现对阀体1焊缝的焊接。法兰角5进行中间探伤。

需用装备：

●熔化极气保焊机

●水准仪

●样冲

●铅坠

●直尺

●500mm高支墩

●工具转臂4

●工具轴套

●转动挡块

●销块

●退火炉

●吊车

具体工艺步骤：

●阀体1备料：阀体1为两瓣结构，采用铸件，材质为zg20simn，把合成整体后加工合缝处双面u型焊接坡口；

●活门2备料：活门2采用整体铸件，材质为zg20simn，加工外形轮廓；

●阀体1、支座3分装焊：按图纸要求将阀体1和支座3装配到一起，并进行焊接固定；

●阀体1、活门2涂耐高温漆：对装焊支座3的阀体1和活门2单件进行喷砂、清理，涂700℃铝粉有机硅耐高温油漆进行防护，并将阀体1、活门2进行低温热处理，使涂装表面漆膜固化；

●整体装配加工：将阀体1与活门2装配在一起，同加工阀体1与活门2配合表面，保证阀体1与活门2之间的同轴度精度；

●安装旋转及固定工具：在阀体1与活门2配合表面处安装旋转及固定工具，转动摩擦面嵌入铜瓦，防止抱死，活门2端部安装工具转臂4，用于焊接过程中活门2的旋转与固定；

●旋转活门2及焊接：球阀立放，法兰面朝下，用支墩垫稳，通过吊车起吊工具转臂4端部，旋转活门2使其通水口法线与水平线成45°角，用销块和挡块卡主工具轴套，实现固定活门2，焊前预热至100℃以上，在阀体1的对称位置采用熔化极气体保护焊进行立焊，先于大坡口侧进行焊接，焊缝一次焊2～3层，小坡口侧清根，内外交替施焊，将活门2旋转90°，焊接其余位置，分多次转动活门2循环焊接，将小坡口侧焊缝焊至坡口深度的1/2，再将大坡口侧焊至坡口深度的3/4，而后将小坡口侧焊满，最后将大坡口侧焊满，对不等厚度连接部位随焊过渡；

●中间探伤：焊接厚度达394mm的四个法兰角5采取焊至1/2厚、3/4厚时增加两次ut探伤；

●消除应力退火处理：将球阀以立放位置吊放在退火炉上，用支墩分别垫稳阀体1和活门2，按专用退火工艺规范进行消除应力处理；

●对球阀焊缝质量和尺寸公差进行检查，完成球阀的最终加工。

本发明是大型全焊接结构水轮机球阀装配焊接工艺方法上的革新，是制造方法本质上的改变。本发明焊接辅助工具轴套、活门2及阀体1单件装焊前涂耐高温漆、边转动边立焊的工艺方案是首次应用，是根据本球阀结构独创的。使用本发明的工艺方法，使焊接可达性及操作性大大提高，有效控制焊接变形，中间探伤保证了球阀焊缝的质量，保证了球阀关键尺寸稳定性，大型全焊接结构水轮机球阀装配焊接质量明显提升。