“走进科技,你我同行” 展示“焊接无处不在”的魅力——2022年5月全国科技活动周(二)

发布时间:2022-05-22  阅读次数:367

2022年全国科技活动周焊接科普成果推广之二


 

焊接——在大国重器

重型机器中的闪亮应用

作者:浦跃奋

 

 

 

重型机器是国之重器,是工业重要的基础,也是国家工业能力的重要标志,焊接工艺和技术则是重型机器制造的重要保障。上海重型机器厂有限公司在重型机器制造方面有着骄人的业绩和辉煌的历史,在产品制造和企业发展进程中,焊接工艺和技术与时俱进,所取得的成果也是重型机器行业的科技创新的一个缩影,值得介绍和铭记。

上海重型机器厂始建于1934年,2004年改制为上海重型机器厂有限公司(以下简称上重公司),是国家机械工业大型骨干企业,拥有国家认定的企业技术中心。

 

上重公司焊接技术发展历程,与产品技术的发展息息相关。

上重公司经过几十年的发展,公司的主要产品从电站制粉设备(中速磨、钢球磨、风扇磨)、重型机械装备(冶金设备、锻压设备、水泥矿山设备等)、特种装备(雷达天线、舰船装备、航天配套设备等),到产业链涉及电力、重工、冶金和军工等领域。焊接技术也得到了积累、应用和发展,从开始的手工电弧焊、电渣焊、到现在埋弧自动焊、二氧化碳气保护焊、氩弧焊(MIG/MAG焊)和碾磨堆焊等,多种焊接方法和技术在上重公司被广泛应用。

特别值得一提的是,从上世纪60年代的我国首台120MN自由锻造水压机的诞生(俗称万吨水压机),到如今的各类压机、汽轮机转子和立辊轧机机架等其它的重要的机械产品的交付,所采用的电渣焊工艺功不可没。此工艺在重机行业一直延续至今,是重型机器制造中的核心焊接工艺技术。上重公司的电渣焊的技术路线,在国内处于领先地位,乃至到国外,像日本等国家,与中国合作制造的冶金行业的转炉托圈,首选的必要条件,应具备电渣焊焊接技术方法。

另外,上重公司的能源设备磨煤机产品从上世纪80年代起,在引进技术的基础上,根据中国国情,经过了消化吸收和二次技术创新,自主开发设计出了一系列新型磨煤机,技术和性能达到世界先进水平.其中碾磨堆焊,是中国市场的开拓者。目前产品国内投运量占有率超过60%,同时出口到印度、泰国、印尼、越南、巴西、土耳其、巴基斯坦等多个国家。至今,累计制造HP中速磨煤机5000多台,为国内外近300家电厂的50MW-1000MW及以上机组配套使用。其运行可靠性强,维修简单,维修费用低,更受用户的欢迎。上重公司生产的磨煤机连续十一年获得电力可靠性指标发布会公布的磨煤机运行可靠性指标第一名,被国家电力公司推荐为300MW、600MW、1000MW及以上火电机组配套产品,先后获得“国家重点新产品”、“上海名牌产品”以及“上海市科技进步奖”等称号。
 

在全国科技活动周期间,上重公司在此介绍电渣焊技术在12000tf自由鍛造水压机中的应用,和碾磨堆焊技术在能源设备磨煤机中的应用,展示焊接技术的应用对国之重器的重型机器发展所取得的成果。

 

 

电渣焊技术在12000tf

自由鍛造水压机中的应用

 

 

 

上重公司的120MN自由鍛造水压机和165MN自由鍛造油压机是焊接中,电渣焊的成功典范。电渣焊是利用电流通过液体熔渣产生的电阻热量为热源,将工件和填充金属熔合成焊缝的垂直位置的焊接方法。

电渣焊适用于焊接厚度较大的焊缝、不宜采用埋弧自动焊或电弧焊的某些曲线或曲面焊缝、受现场施工或起重设备的限制且须在垂直位置焊接的焊缝、大面积的堆焊、某些焊接性差的金属(如高碳钢、铸铁)的焊接等。壁厚大于50mm的各类箱形、圆筒形,大断面及其它类型的重型构件,采用电渣焊结构在技术经济上是较合适的,采用板-焊,锻-焊或铸-焊结构取代整锻,整铸结构,从而使设计的零件可以不受铸、锻设备吨位级的限制。在60年代初制造成的120MN万吨水压机就是一个突出的例子。

 

1.120MN自由鍛造水压机的下横梁焊接。

120MN水压机的案例下横梁,由于重量很大,国际上采用 “铸钢件分块组合式结构”,即用5~7块一百吨左右铸钢件经过机械加工后,再用大螺丝紧固组合在一起,重达540余吨,生产时需特大型炼钢,铸造设备及车间。上重公司的12000tf自由鍛造水压机下横梁,采用钢板焊接结构,梁体仅重260T左右,节约了大量金属,大大降低了成本,生产周期也大为缩短。并且,开创了在没有特大型炼钢及铸造设备条件下采用拼焊结构的方法生产特大型机器零部件的范例。下横梁梁体构架及柱套部分全部采用80mm钢板电渣焊接而成,每条焊缝长约4m,焊接时间约4~6h(T字接头焊接较慢)。然后再盖上厚120mm的上、下盖板。盖板与构架之间的全部焊缝也采用电渣焊接,下横梁共有近200条电渣焊缝,焊缝总长500m,最长电渣焊缝(上盖板与构架纵焊缝)长10m。4条焊缝同时焊接,一次焊成,是目前世界上已焊成的最长电渣焊焊缝。

钢板越厚,焊缝越长,采用电渣焊焊接越经济合理。


 

2.大断面结构焊接

 

 

立辊轧机机架,材料ZG35钢,净重180t,约300t钢水才能整体铸造。因当时上重公司铸造无此能力,故改为11个铸件,结构较复杂,由左,右牌坊及前、后之上、下横梁组成,机架上、下横梁分段处为空心断面。为适应电渣焊工艺需要,在焊接接头部分将其空心断面铸成矩形断面,形成长宽高均符合工艺要求的焊接断面坡口。先焊接接头I,然后再翻身焊接,均采用多熔嘴电渣焊。其熔嘴与熔嘴板的排列尺寸及引弧底板尺寸必须一致。机架电渣焊焊成后其最大焊缝厚度为960mm,长2m。焊后要进行正火-回火热处理。目前,上重公司已制造的整体机架的净重已达到的350t,钢水用量达500t。


 

3.锻焊结构焊接


 

 

汽轮发电机转子,大型核电站及火电站的汽轮机转子往往需要500~600t或更大的钢锭锻造。这种特大型钢锭生产设备复杂,质量难以保证。近年来,国际上制造锻焊结构的大型转子,有采用双极串联宽间隙、厚板极电渣熔焊方法,将数个直径Ф1500mm的钢锭拼焊成大型锻件。我国也用类似方法拼接大型锻件,并能保证焊接接头的化学成分、金相组织、力学性能和母材基本一致。

 

4.大型水压机工作缸焊接
 

120MN自由鍛造水压机和165MN自由鍛造油压机中的工作缸,均采用锻-焊结构,材质为25钢.采用丝极电渣焊将三段拼焊而成,由于缸体各段长度与直径尺寸相近,故二条电渣焊环缝不必采取反变形措施。但为了减少缸体轴线方向上的总变形量,二条电渣焊缝引弧位置应交叉180度。由于缸体壁厚大于200mm,为减少冒口部分的切割量,采用了斗式引弧板引弧。
 

5.结束语

 

1962年120MN自由鍛造水压机建成后,上重公司大型锻件从无到有,一直以来为我国大型装备大锻件提供了有力的支持,如秦山一期核电工程蒸发器和稳压器大型锻件、国内首台560吨加氢反应器锻件、国内首支600MW火电低压转子等。在中国制造中,创造了多个中国第一的奇迹。

165MN自由锻造油压机是当时世界上锻造能力、锻造水平最高的自由锻造油压机。压机建成后,上重公司为中国核电、火电、水电、石化等装备提供所需的大型锻件,堪称世界一流。

165MN油压机,2009年获得了 上海市科技进步一等奖,2009年获得了中国机械工业科学技术特等奖和2008年中国(上海)国际工业获你博览会金奖等。
 

120MN自由鍛造压机的成果展示

 

 

 

165MN自由鍛造压机成果展示