一种大型抽水蓄能发电机整体瓶形轴焊接制造方法与流程

本发明涉及射频微波电路技术领域，特别涉及一种大型抽水蓄能发电机整体瓶形轴焊接制造方法。

背景技术：

大型抽水蓄能发电机整体瓶形轴的内径小于或等于600mm，原有主轴的形式为三段式和二段式结构，内腔空间不大，自身重量很大，且焊接时需要分段把合安装，涉及起重、对准和精细焊接，过程比较复杂。

现有技术中，如公开号为cn1657211，公开时间为2005年8月24日，名称为“空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接方法及装置”的中国发明专利文献，及一种旋转电弧窄间隙焊接方法及装置，属于焊接技术领域。其装置包括焊接电缆联接头、空心轴电机部分、电刷馈电机构、喷嘴机构及由光栅与光耦组成的测速机构。其特征在于采用空心轴电机直接驱动导电杆带动可伸入间隙的直型导电嘴运动，以及采用单一压紧弹簧使电刷与导电杆法兰台面成紧密滑动配合，并经固联在电刷上的电缆与联接头成导电连接实现焊接馈电，使穿过电机空心轴和导电杆中心孔从导电嘴偏心孔送出焊丝的端部产生旋转电弧，同时配用不同形式喷嘴机构，实现旋转电弧窄间隙焊接。本发明实用性强，实施成本低，使用效果好；其装置结构设计简单紧凑，电机驱动功率小，电刷寿命高，运行噪声低，维护方便。

再如公开号为cn204934934u，公开时间为2016年1月6日，名称为“一种大型滚轴封口焊接工装”的中国发明实用新型专利文献，公开了一种大型滚轴封口焊接工装，包括用于夹持并旋转滚轴的夹持旋转机构和分别用于焊接滚轴两端的第一焊接机构和第二焊接机构；所述夹持旋转机构包括相向设置的第一夹持座和第二夹持座；所述第一夹持座上设置有与滚轴同轴的夹持油缸，所述夹持油缸的活塞杆自由端朝向所述第二夹持座且设置有可以自由旋转的第一顶针；所述第二夹持座上设置有与滚轴同轴且可以旋转的第二顶针，所述第二顶针一端设置于所述第二夹持座上且连接旋转电机；所述第一焊接机构包括第一焊枪、第一水平滑座和第一水平滑块动；所述第二焊接机构包括第二焊枪。

但上述技术方案均是从焊接设备的结构上进行的改进，依然没有解决大尺寸整体瓶形轴焊接过程中需要分段把合安装、焊接清根、内腔加工的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种采用窄间隙自动氩弧焊和窄间隙自动埋弧焊复合焊接实现根部焊缝单面焊双面成型，焊缝内侧不清根，内腔不加工，实现小内径整体瓶形轴焊接制造成功的大型抽水蓄能发电机整体瓶形轴焊接制造方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种发电机整体瓶形轴焊接制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将准备焊接的瓶形轴段两两间进行焊接的位置加工成工成结合处具有圆弧形过渡的窄间隙坡口；

步骤2，将经过步骤1加工的瓶形轴段按照安放位置关系进行组对，使两相邻瓶形轴段的窄间隙坡口对齐形成带有圆弧形过渡区的待焊接的窄间隙坡焊缝，窄间隙坡焊缝的开口向瓶形轴段的外侧；

步骤3，采用窄间隙自动氩弧焊设备对经过步骤2组对的瓶形轴段形成的窄间隙坡焊缝进行单面焊接，首先焊接圆弧形过渡部分至设计厚度，然后再对坡口进行窄间隙自动埋弧焊式焊接，直至填满坡口。

所述步骤1，具有圆弧形过渡的窄间隙坡口是指瓶形轴段的焊接端边缘自内壁向外壁的斜坡状开口，且在靠近内壁的位置设有两个圆弧形弯曲过渡。

所述步骤2，两相邻瓶形轴段的窄间隙坡口对齐时，其内壁拼合且齐平，外壁边缘间形成所述窄间隙坡的开口。

所述圆弧形过渡区的止口间隙不大于3mm，窄间隙止口厚度不大于4mm。

所述步骤3中，焊接是在三层保护气体环境下进行的，所述保护气体为99.99%ar，第一层气体保护流量为15l/min，第二层气体保护流量为30l/min，第三层气体保护流量为12l/min。

所述步骤3中，焊接时所述窄间隙自动氩弧焊设备，峰值电流230a，基值电流190a，焊接电压11-14v，焊接速度40mm/min，送丝速度50mm/min。

所述步骤3中，所述焊接是采用上下不对称摇摆变轨焊接工艺，窄间隙自动氩弧焊设备的焊头首先按照上摆角度25°、下摆角度10°的摆动模式焊接完第一圈，然后变轨按照上摆角度10°、下摆角度25°的摆动模式焊接下一圈，完成一次不对称摇摆变轨焊接，之后重复上述不对称摇摆变轨焊接直至焊接完成。

所述窄间隙自动氩弧焊设备的焊头焊接旋转363°视为完成一圈，在363°位置焊接电流衰减至60a、焊头摇摆停止、停止焊丝送入，进入变轨区，以正常焊接速度向下层焊道焊接3°完成变轨，变轨结束恢复焊接电流和焊丝送入，继续进行下一圈焊接。

所述步骤3中，焊接圆弧形过渡部分至设计厚度时，是将组对后的瓶形轴段呈立式放置在转台上，窄间隙自动氩弧焊对准圆弧形过渡部分，转台带动组对后的瓶形轴段实现环形焊接。

所述步骤3中，对坡口进行焊接时，是将所有瓶形轴段组对并完成对圆弧形过渡部分焊接后，将已成型的瓶形轴呈卧式放置在滚轮架上，窄间隙自动埋弧焊对准坡口部分，滚轮架带动瓶形轴转动实现环形焊接。

本发明的有益效果如下：

一、本发明提供的一种大型抽水蓄能发电机整体瓶形轴焊接制造方法，将待焊接的瓶形轴段的焊接处边缘加工成具有圆弧形过渡的窄间隙坡口，可以便于后期实现窄间隙焊操作，减少焊接的难度，同时可以通过控制窄间隙坡口的坡道方向来避免拼装后还需从内部实施焊接，解决内径小、内侧不能进行焊缝清根的大型抽水蓄能发电机整体瓶形轴焊接制造技术，采用窄间隙自动氩弧焊和窄间隙自动埋弧焊复合焊接的方式，实现单面焊双面成型，内侧焊缝不进行清根，采用双r独特的圆弧形过渡的窄间隙坡口设计，首先采用窄间隙自动氩弧焊进行焊接，焊接坡口至设计厚度，之后采用窄间隙埋弧焊填满坡口，实现窄间隙自动氩弧焊向窄间隙自动埋弧焊的焊接型式过渡，本发明改变了原有主轴结构形式，采用窄间隙自动氩弧焊和窄间隙自动埋弧焊将三段主轴焊为一个整体，从而实现大型抽水蓄能发电机整体轴（避免分多段把合安装）的制造，实现减轻机组重量，有效提高转轴临界转速。

二、本发明提供的一种大型抽水蓄能发电机整体瓶形轴焊接制造方法，依据瓶形轴的尺寸设计坡口型式，其中埋弧段与氩弧焊段交接处采用双r过渡，保证窄间隙自动氩弧焊后坡口型式满足窄间隙自动埋弧焊坡口型式；利用坡口加工时一并加工的止口做定位，保证装配精度；窄间隙自动氩弧焊焊接：首先将第一段和第二段在转胎上进行瓶形轴立式装配，采用窄间隙自动氩弧焊，焊接根部坡口实现单面焊双面成型，焊接坡口至设计厚度。

三、本发明提供的一种大型抽水蓄能发电机整体瓶形轴焊接制造方法的制造方法，采用窄间隙自动氩弧焊第一道及下熔合线焊缝钨极不需摆动，焊上熔合线时作为焊头的钨极需摆动；钨极采用上下不对称摇摆技术：上摆角度25°，下摆角度10°焊接上层焊道，在363°位置变轨，即钨极从上层焊道开始向下焊道变轨，在363°位置焊接电流衰减至60a、钨极摇摆停止、停止焊丝送入，进入变轨区，以正常焊接速度向下层焊道焊接3°完成变轨，变轨结束恢复焊接电流和焊丝送入；钨极摇摆上摆角度10°，下摆角度25°焊接下层焊道，下层焊道焊接至363°后再次变轨；实现了焊接过程中无接头，每层上下层焊道起弧收弧区错开6°。

附图说明

图1为本发明瓶形轴段组对拼接一种优选方案示意图；

图2为本发明窄间隙坡焊缝一种优选方案示意图；

图3为本发明组对后的瓶形轴段呈立式放置的一种优选方案示意图；

图4为本发明组对后的瓶形轴段呈卧式放置的一种优选方案示意图。

图5为本发明焊接变轨示意图。

具体实施方式

以下通过几个具体实施例来进一步说明实现本发明目的的技术方案，需要说明的是，本发明的技术方案包含但不限于以下实施例。

实施例1

如图1至5，一种发电机整体瓶形轴焊接制造方法，包括以下步骤：

步骤1，将准备焊接的瓶形轴段两两间进行焊接的位置加工成工成结合处具有圆弧形过渡的窄间隙坡口；

步骤2，将经过步骤1加工的瓶形轴段按照安放位置关系进行组对，使两相邻瓶形轴段的窄间隙坡口对齐形成带有圆弧形过渡区的待焊接的窄间隙坡焊缝，窄间隙坡焊缝的开口向瓶形轴段的外侧；

步骤3，采用窄间隙自动氩弧焊设备对经过步骤2组对的瓶形轴段形成的窄间隙坡焊缝进行单面焊接，首先焊接圆弧形过渡部分至设计厚度，然后再对坡口进行窄间隙自动埋弧焊式焊接，直至填满坡口。

这是本发明的一种最基本的实施方案。将待焊接的瓶形轴段的焊接处边缘加工成具有圆弧形过渡的窄间隙坡口，可以便于后期实现窄间隙焊操作，减少焊接的难度，同时可以通过控制窄间隙坡口的坡道方向来避免拼装后还需从内部实施焊接，解决内径小、内侧不能进行焊缝清根的大型抽水蓄能发电机整体瓶形轴焊接制造技术，采用窄间隙自动氩弧焊和窄间隙自动埋弧焊复合焊接的方式，实现单面焊双面成型，内侧焊缝不进行清根，采用双r独特的圆弧形过渡的窄间隙坡口设计，首先采用窄间隙自动氩弧焊焊枪进行焊接，焊接坡口至设计厚度，之后采用窄间隙埋弧焊填满坡口，实现窄间隙自动氩弧焊向窄间隙自动埋弧焊的焊接型式过渡，本发明改变了原有主轴结构形式，采用窄间隙自动氩弧焊和窄间隙自动埋弧焊将三段主轴焊为一个整体，从而实现大型抽水蓄能发电机整体轴（避免分多段把合安装）的制造，实现减轻机组重量，有效提高转轴临界转速。

实施例2

如图1至5，一种发电机整体瓶形轴焊接制造方法，包括以下步骤：

步骤1，将准备焊接的瓶形轴段两两间进行焊接的位置加工成工成结合处具有圆弧形过渡的窄间隙坡口；

步骤2，将经过步骤1加工的瓶形轴段按照安放位置关系进行组对，使两相邻瓶形轴段的窄间隙坡口对齐形成带有圆弧形过渡区的待焊接的窄间隙坡焊缝，窄间隙坡焊缝的开口向瓶形轴段的外侧；

步骤3，采用窄间隙自动氩弧焊设备对经过步骤2组对的瓶形轴段形成的窄间隙坡焊缝进行单面焊接，首先焊接圆弧形过渡部分至设计厚度，然后再对坡口进行窄间隙自动埋弧焊式焊接，直至填满坡口；

所述步骤1，具有圆弧形过渡的窄间隙坡口是指瓶形轴段的焊接端边缘自内壁向外壁的斜坡状开口，且在靠近内壁的位置设有两个圆弧形弯曲过渡；

所述步骤2，两相邻瓶形轴段的窄间隙坡口对齐时，其内壁拼合且齐平，外壁边缘间形成所述窄间隙坡的开口；

所述圆弧形过渡区的止口间隙不大于3mm，窄间隙止口厚度不大于4mm。

这是本发明的一种优选的实施方案。将待焊接的瓶形轴段的焊接处边缘加工成具有圆弧形过渡的窄间隙坡口，可以便于后期实现窄间隙焊操作，减少焊接的难度，同时可以通过控制窄间隙坡口的坡道方向来避免拼装后还需从内部实施焊接，解决内径小、内侧不能进行焊缝清根的大型抽水蓄能发电机整体瓶形轴焊接制造技术，采用窄间隙自动氩弧焊和窄间隙自动埋弧焊复合焊接的方式，实现单面焊双面成型，内侧焊缝不进行清根，采用双r独特的圆弧形过渡的窄间隙坡口设计，首先采用窄间隙自动氩弧焊焊枪进行焊接，焊接坡口至设计厚度，之后采用窄间隙埋弧焊填满坡口，实现窄间隙自动氩弧焊向窄间隙自动埋弧焊的焊接型式过渡，本发明改变了原有主轴结构形式，采用窄间隙自动氩弧焊和窄间隙自动埋弧焊将三段主轴焊为一个整体，从而实现大型抽水蓄能发电机整体轴（避免分多段把合安装）的制造，实现减轻机组重量，有效提高转轴临界转速；依据瓶形轴的尺寸设计坡口型式，其中埋弧段与氩弧焊段交接处采用双r过渡，保证窄间隙自动氩弧焊后坡口型式满足窄间隙自动埋弧焊坡口型式；利用坡口加工时一并加工的止口做定位，保证装配精度；窄间隙自动氩弧焊焊接：首先将第一段和第二段在转胎上进行瓶形轴立式装配，采用窄间隙自动氩弧焊，焊接根部坡口实现单面焊双面成型，焊接坡口至设计厚度。

实施例3

如图1至5，一种发电机整体瓶形轴焊接制造方法，包括以下步骤：

步骤1，将准备焊接的瓶形轴段两两间进行焊接的位置加工成工成结合处具有圆弧形过渡的窄间隙坡口；

步骤2，将经过步骤1加工的瓶形轴段按照安放位置关系进行组对，使两相邻瓶形轴段的窄间隙坡口对齐形成带有圆弧形过渡区的待焊接的窄间隙坡焊缝，窄间隙坡焊缝的开口向瓶形轴段的外侧；

步骤3，采用窄间隙自动氩弧焊设备对经过步骤2组对的瓶形轴段形成的窄间隙坡焊缝进行单面焊接，首先焊接圆弧形过渡部分至设计厚度，然后再对坡口进行窄间隙自动埋弧焊式焊接，直至填满坡口；

所述步骤1，具有圆弧形过渡的窄间隙坡口是指瓶形轴段的焊接端边缘自内壁向外壁的斜坡状开口，且在靠近内壁的位置有两个圆弧形过渡弯曲；

所述步骤2，两相邻瓶形轴段的窄间隙坡口对齐时，其内壁拼合且齐平，外壁边缘间形成所述窄间隙坡的开口；

所述圆弧形过渡区的焊缝厚度不大于3mm，窄间隙坡焊缝厚度不大于4mm；

所述步骤3中，焊接是在三层保护气体环境下进行的，所述保护气体为99.99%ar，第一层气体保护流量为15l/min，第二层气体保护流量为30l/min，第三层气体保护流量为12l/min；

所述步骤3中，焊接时所述窄间隙自动氩弧焊设备，峰值电流230a，基值电流190a，焊接电压11-14v，焊接速度40mm/min，送丝速度50mm/min；

所述步骤3中，所述焊接是采用上下不对称摇摆变轨焊接工艺，窄间隙自动氩弧焊设备的焊头首先按照上摆角度25°、下摆角度10°的摆动模式焊接完第一圈，然后变轨按照上摆角度10°、下摆角度25°的摆动模式焊接下一圈，完成一次不对称摇摆变轨焊接，之后重复上述不对称摇摆变轨焊接直至焊接完成；

所述窄间隙自动氩弧焊设备的焊头焊接旋转363°视为完成一圈，在363°位置焊接电流衰减至60a、焊头摇摆停止、停止焊丝送入，进入变轨区，以正常焊接速度向下层焊道焊接3°完成变轨，变轨结束恢复焊接电流和焊丝送入，继续进行下一圈焊接；

所述步骤3中，焊接圆弧形过渡部分至设计厚度时，是将组对后的瓶形轴段呈立式放置在转台上，窄间隙自动氩弧焊对准圆弧形过渡部分，转台带动组对后的瓶形轴段实现环形焊接；

所述步骤3中，对坡口进行焊接时，是将所有瓶形轴段组对并完成对圆弧形过渡部分焊接后，将已成型的瓶形轴呈卧式放置在滚轮架上，窄间隙自动氩弧焊对准坡口部分，滚轮架带动瓶形轴转动实现环形焊接。

这是本发明的一种优选的实施方案。将待焊接的瓶形轴段的焊接处边缘加工成具有圆弧形过渡的窄间隙坡口，可以便于后期实现窄间隙焊操作，减少焊接的难度，同时可以通过控制窄间隙坡口的坡道方向来避免拼装后还需从内部实施焊接，解决内径小、内侧不能进行焊缝清根的大型抽水蓄能发电机整体瓶形轴焊接制造技术，采用窄间隙自动氩弧焊和窄间隙自动埋弧焊复合焊接的方式，实现单面焊双面成型，内侧焊缝不进行清根，采用双r独特的圆弧形过渡的窄间隙坡口设计，首先采用窄间隙自动氩弧焊焊枪进行焊接，焊接坡口至设计厚度，之后采用窄间隙埋弧焊填满坡口，实现窄间隙自动氩弧焊向窄间隙自动埋弧焊的焊接型式过渡，本发明改变了原有主轴结构形式，采用窄间隙自动氩弧焊和窄间隙自动埋弧焊将三段主轴焊为一个整体，从而实现大型抽水蓄能发电机整体轴（避免分多段把合安装）的制造，实现减轻机组重量，有效提高转轴临界转速；依据瓶形轴的尺寸设计坡口型式，其中埋弧段与氩弧焊段交接处采用双r过渡，保证窄间隙自动氩弧焊后坡口型式满足窄间隙自动埋弧焊坡口型式；利用坡口加工时一并加工的止口做定位，保证装配精度；窄间隙自动氩弧焊焊接：将已进行窄间隙自动氩弧焊的第一段和第二段组焊体与第三段在转胎上进行瓶形轴立式装配，采用窄间隙自动氩弧焊，焊接根部坡口实现单面焊双面成型，焊接坡口至设计厚度；采用窄间隙自动氩弧焊第一道及下熔合线焊缝钨极不需摆动，焊上熔合线时作为焊头的钨极需摆动；钨极采用上下不对称摇摆技术：上摆角度25°，下摆角度10°焊接上层焊道，在363°位置变轨，即钨极从上层焊道开始向下焊道变轨，在363°位置焊接电流衰减至60a、钨极摇摆停止、停止焊丝送入，进入变轨区，以正常焊接速度向下层焊道焊接3°完成变轨，变轨结束恢复焊接电流和焊丝送入；钨极摇摆上摆角度10°，下摆角度25°焊接下层焊道，下层焊道焊接至363°后再次变轨；实现了焊接过程中无接头，每层上下层焊道起弧收弧区错开6°。

实施例4

如图1至5，一种发电机整体瓶形轴焊接制造方法，包括以下步骤：

（a）将发电机整体瓶形轴分为三段，将准备焊接的三段轴加工成双r圆弧过渡坡口型坡口并组对；

（b）电机整体瓶形轴呈立式放置，转胎带动瓶形轴转动，采用窄间隙自动氩弧焊对根部坡口进行横焊焊接，进行单面焊双面成型，焊接坡口至设计厚度。

（c）电机整体瓶形轴呈卧式放置，滚轮架带动瓶形轴转动，采用窄间隙自动氩弧焊对根部坡口进行平焊焊接，填满坡口。

设计出适合窄间隙自动氩弧焊和窄间隙自动埋弧焊复合焊接实现根部焊缝单面焊双面成型的坡口型式。

止口区域焊缝厚度不大于4mm，止口间隙不大于3mm。峰值电流230a，基值电流190a，焊接电压11-14v，焊接速度40mm/min，送丝速度50mm/min。

采用三层保护气体，保护气体为99.99%ar，第一层气体保护流量为15l/min，第二层气体保护流量为30l/min，第三层气体保护流量为12l/min。

采用上下不对称摇摆技术，上摆角度25°，下摆角度10°焊接上层焊道，在363°位置变轨，即钨极从上层焊道开始向下焊道变轨，在363°位置焊接电流衰减至60a、钨极摇摆停止、停止焊丝送入，进入变轨区，以正常焊接速度向下层焊道焊接3°完成变轨，变轨结束恢复焊接电流和焊丝送入。钨极摇摆上摆角度10°，下摆角度25°焊接下层焊道，下层焊道焊接至363°后再次变轨。实现了焊接过程中无接头，每层上下层焊道起弧收弧区错开6°。

对窄间隙自动氩弧焊清理后，在窄间隙自动氩弧焊的基础上检查坡口尺寸满足要求后，采用窄间隙自动埋弧焊进行平焊焊接。

第一道及下熔合线焊缝钨极不需摆动，焊上熔合线时钨极需摆动。

实施例5

以astma668d抽水蓄能发电机轴为例，对本发明大型抽水蓄能发电机整体瓶形轴焊接制造技术进行具体说明：

（1）母材：astma668d锻件，内腔直径600mm，焊缝厚度200mm，总长9862mm，重量65吨。

（2）窄间隙自动氩弧焊焊接材料：焊丝￠1.2awser70s-g；保护气体99.99%ar。

（3）窄间隙自动埋弧焊焊接材料：焊丝￠4.0awsem12k；焊剂f7p6-em12k。

（4）双r圆弧过渡坡口型坡口（r1=8mm，r2=11mm）。

（5）表面清理：焊接前将坡口及两侧50mm范围内的油污、水分及氧化物等清理干净。

（6）窄间隙自动氩弧焊焊接位置：横焊

窄间隙自动埋弧焊焊接位置：平焊

（7）窄间隙自动氩弧焊焊接过程中如发现钨极烧损需及时进行更换，正常情况下，2小时更换一次钨极。

（8）外观检查：焊缝单面焊双面成型，焊缝根部表面成型良好。

（9）探伤检查：ut和mt探伤无缺陷。

（10）焊接评定力学性能检验：大于母材强度的下限值，检验结果合格。

（11）焊接评定弯曲检验：试样按标准进行弯曲试验达到180°，未见裂纹，检验结果合格。

再如，（1）母材：astma668e锻件，内腔直径580mm，焊缝厚度330mm，总长9934mm，重量114吨。

（2）窄间隙自动氩弧焊焊接材料：焊丝￠1.2awser70s-g；保护气体99.99%ar。

（3）窄间隙自动埋弧焊焊接材料：焊丝￠4.0awsem12k；焊剂f7p6-em12k。

（4）双r圆弧过渡坡口型坡口（r1=7.8mm，r2=11mm）。

（5）表面清理：焊接前将坡口及两侧50mm范围内的油污、水分及氧化物等清理干净。

（6）窄间隙自动氩弧焊焊接位置：横焊

窄间隙自动埋弧焊焊接位置：平焊

（7）窄间隙自动氩弧焊焊接过程中如发现钨极烧损需及时进行更换，正常情况下，2小时更换一次钨极。

（8）外观检查：焊缝单面焊双面成型，焊缝根部表面成型良好。

（9）探伤检查：ut和mt探伤无缺陷。

（10）焊接评定力学性能检验：大于母材强度的下限值，检验结果合格。

（11）焊接评定弯曲检验：试样按标准进行弯曲试验达到180°，未见裂纹，检验结果合格。