电力变压器拼板式下节油箱的焊接变形控制.docx

大型电力变压器拼板式下节油箱的焊接变形控制大型电力变压器平底拼焊式结构上下节油箱焊后变形主要体现在：（1）箱体两端或四角上翘变形、箱沿内缩变形上，（2）箱体两端或四角箱沿上翘或向下变形，箱沿内缩或外扩（影响内径尺寸和上下节油箱紧固），通过对该种结构油箱的系统分析研究并结合焊接结构基础理论来指导生产，使油箱焊接变形得到了很好的控制，提高了产品的生产质量并有效地缩短了产品的制作工期。关键词：大型变压器下节油箱、焊接变形控制1 引言拼板式结构下节油箱，在110KV及以上电压等级大型电力变压器设计中，属常用设计结构形式，但在焊接制作中却存在容易引发变形的问题，我们从焊接工艺学上类似焊接结构的成功焊接中得出启发，并结合在生产中的一些见解来指导生产并进行了生产验证，可以说实现了对该种结构油箱的焊接变形的有效控制。2 分析及措施2.1油箱典型结构形式大型电力变压器拼板式结构下节油箱的焊接综合了焊接多方面的知识和领域，油箱的典型结构如图1所示： 图12.2 变形分析与采取措施平底拼焊式结构下节油箱焊后主要出现箱底（底为40mm钢板）两端或四角上翘变形、箱沿内缩变形等，所以从点装到焊接过程中，都必须严格遵照合理的生产工艺进行生产，通过对多台的生产，我们总结了以下几点防变形焊接经验：一、 设计上： 下节：（1）四角处的箱壁加强板设置位置不要离角距离过大，靠近角处大约250mm左右就开始设置加强板，起到四角刚性设计的目的。（2）一般千斤顶个数为24个，因千斤顶位置焊缝集中，焊接量大，焊接时引起箱沿、箱底变形明显，所以设计时尽可能减少千斤顶的设计个数，因考虑安装因素对箱体变形的影响，千斤顶的设计位置由箱体外观上均布设置，改为以器身中心为基准向两侧设计布置。并且，在布置箱体两侧空腔内箱壁加强板时，要使其中的12个加强板正顶着（隔着箱壁）箱壁外侧的千斤顶底板。（3）40mm箱底外底面上，箱体两侧相对两千斤顶之间焊覆一定宽度的20（16）mm钢板（长度两端可与箱沿平齐）。考虑尽量减小箱底焊后变形，还可采取将箱底钢板厚度稍增加一些的设计。上节：对上节箱盖上加强筋上定位处内侧加装焊接12的加强筋，增强加强筋受力程度（以往产品发现在抽负压时曾有过变形）。二、工艺措施上：下节;（1）箱壁下料：为不使箱壁点装和焊接后，将箱底两端拉起上翘，与箱底焊接的侧壁，其立面的中间部位应取负偏差，但最大不超过-5mm。(2)箱沿反变形撑出：安装时准确调整箱壁在箱沿上的座落位置，调整好后将箱壁定位焊牢;而后用顶杠（一般均隔使用23根）在箱体内将箱沿纵向向外撑出：箱体长度6mm时撑出约5mm7mm的焊接反变形量；箱体长度6mm时撑出约12mm15mm的焊接反变形量，以备抵消焊后箱沿内缩的变形量。图2.图2（3）点装顺序：箱底点装后，进行加强板位置划线，确定位置后点装加强板，以及千斤顶（除顶板外）全部点装牢固(且加密定位焊点)后再进行焊接。如图示3： 图3上节：上节油箱箱壁多瓦楞箱壁，一般厚度为（810mm）下料时要保证箱壁的高度要一致。压形后会出现弯曲，必须在平台上整形，用线绳测量长轴边缘确保平直并用槽钢标直，防止将箱沿箱盖捡起变形。箱沿反变形支撑：点装时调整箱壁在箱沿点座落的位置，调整好后将箱壁定位焊牢，而后用顶杠（一般用89无缝管23根）在长轴取23点在箱体内将箱沿纵向方向支撑，防止箱沿外扩或内缩，保证油箱宽度尺寸，以免影响上下节装配，以备抵消焊后箱沿的变形量。点装顺序：点装前要先将平台清理干净，然后将标好的箱沿放于平台上，分清高低压以防用错密封面。在四周用压钉压紧，紧贴于平台。如图示4： 图4一般表轴方向间隔500mm，端头处应200300mm。压紧后将标制的槽钢去掉（分好中心基准）再将标好的箱壁分好中心线，并用灰线做好标识。箱沿去掉标制的槽钢后将焊点磨平，用灰标识点装尺寸，一般10mm加箱壁厚度便于焊接和点装时作为调节箱壁的基准依据。再将箱壁开好吊装孔，一般是借用管接开孔位置，重新检查箱壁高度尺，连续测三个位置或直接用线绳测量箱壁边缘，要平直（如不平，出弯曲会影响点装和影响箱沿或箱盖变形）。检查完箱壁尺寸后，依据箱沿的灰线基准用行车和撬棍千斤顶或自制工装进行点装。一般先点大片箱壁，或以顺时针方向顺序确定箱壁与灰线对齐用电焊点焊牢固，图12。焊点不要太大以免影响后面焊缝美观度，最好是（40mm50mm）细长段焊缝。将箱壁点装好以后，测量箱壁内径长度尺寸和宽度尺寸（分别在长轴方向和短轴方向测三点）以及对角线尺寸。测量完内径尺寸后，开始点装箱盖，箱盖一般受原材料宽度尺寸限制需要拼接。将箱盖分好长度宽度中心线，以后为点装基准，并用灰线标识好。箱壁四周的边线与箱沿一样作为点装尺寸，将箱盖中心与箱壁中心对正。整个点装过程尽量不用大锤敲击，以免留下锤印，影响产品外观质量。箱盖点装完后将箱沿四周用压钉压紧，使箱沿紧贴于平台之上，检查确实压紧后用顶杠将箱沿中心两个上定位位置顶高约（1015mm）点装箱盖上部加强筋和上定位。依据图纸尺寸，将加强筋和上定位点焊牢固，然后再点装其它各类升高座和支架。图5。 图5焊接顺序方面：下节：a.焊接箱沿与箱壁对接焊缝，焊脚尺寸符合工艺要求（焊高一般应不低于10mm）。焊接箱沿时，若一人焊接应遵循从中间向两端焊接的顺序；或由两人焊接应分布在两侧，同时从中间按顺时针或逆时针方向进行焊接。焊完箱沿与箱壁对接焊缝，再焊加强板焊缝。b.下节箱体开口朝上平放后，在箱体横向中部位置间隔约1.8mm2.3mm（约中间两个千斤顶位置）垫两根20mm的方钢或圆钢（两端均露出箱底），用压具将箱底两端紧固于焊接平台上，相邻压具间隔500mm左右，同时在箱体每一侧的中间两个千斤顶的内侧各顶起一只机械千斤顶，对箱底进行反变形撑起，以抵消箱体焊后两端上翘变形量。开口处仍用顶杠（一般均使用23根）在箱体内将箱沿纵向向外撑出：箱体长度6mm时撑出约5mm7mm的焊接反变形量；箱体长度6mm时撑出约12mm15mm的焊接反变形量，以备抵消当箱体内部焊缝焊接时箱沿产生内缩的变形量。图6开始焊接箱底时，为防止箱底焊后两端部上翘变形，箱体两端部的箱底与箱壁焊缝先不焊，待空腔覆板焊接完后再焊（焊前覆板上、下两边沿错开单面坡口，即：上边沿外侧开坡口，下边沿内侧开坡口，以在焊接强度满足的条件下，尽量减小焊接量）；空腔覆板船形焊缝可用埋弧自动焊接或CO2自动焊进行焊接，这在提高焊缝质量的同时，对减小箱体的焊接变形也具有较为明显的效果。图7图6 图7为防止箱底、箱沿焊接变形，箱体两端的箱体外围加强板与箱底的焊缝先不焊，待箱沿护框焊完后再焊。点装箱沿护框后，因护框的焊接量较大，它的焊接引起的箱体箱沿与箱底的上翘变形影响较大，采取护框拐角处先不焊，待其余护框焊缝焊完后最后焊接的措施，目的是不使护框过早地形成一个整体后通过加强板来牵制箱沿、箱底，护框焊接要应用1.0mm的气保焊丝或4.0mm的手弧焊条进行小电流焊接。（）千斤顶的焊接：实际生产中，焊千斤顶引起的箱底局部上翘和箱沿局部下凹变形影响最大，防变形可采取如下措施：a.焊前，加强板以及千斤顶（除顶板外）全部点装牢固于箱体上后再进行焊接，待箱体倒扣后装顶板，先焊顶板下面的连接焊缝，上面的连接焊缝可待上、下节油箱捆绑且用螺栓紧固后再焊接。b.将箱底紧固于平台上，在千斤顶位置用机械千斤顶撑住箱沿，再焊接千斤顶焊缝。c.将千斤顶组焊完后，整个点装到箱体上，再焊接千斤顶底板与箱壁、箱沿的焊缝，焊接时如同上述用机械千斤顶撑住箱沿。（）此外：a.焊前箱底、箱沿最好先用如喷砂（丸）等方法以消除钢板因轧制或焊接时的残余应力。b.焊接过程中，除采取合理的焊接顺序外，还应采取间歇焊接措施，禁忌焊速过快导致焊接热输入过于集中。c.焊接方式尽量采用热输入量较低的CO2气体保护焊。d.焊接过程中每道焊缝焊完，都要用榔头击打焊缝周边区域（时效处理）。e.待箱体全部焊完且彻底冷却后，再拆除固定压具及其它防变形工装。上节：因为焊接顺序的先后也是油箱变形的一个重要因素a.焊接箱沿与箱壁垂直焊缝，焊脚尺寸符合工艺要求（焊高一般不低于10mm）焊接箱沿时，若一个人焊接应遵循从中间向两端焊接的顺序或间隔一段距离进行一段距离的断焊。减少焊接热量的持续注入而引起变形。由两人焊接应分别在两侧，同时从中间按顺时针或逆时针方向进行焊接。焊完箱沿与箱壁对接焊缝，再焊接箱壁与箱盖的对接焊缝，最后焊接箱盖加强筋及各类升高座及附件管接头。图示8 图8b.上节油箱点装完后用压具将箱沿压紧固于焊接平台上，压具间隔500mm左右，同时（用89无缝管23根）将箱沿内侧取3点向外撑出，根据油箱长度尺寸确定向外撑出的变形量。将自撑出的顶杠两端焊于箱沿之上，以备抵消箱体内侧焊线焊接时箱沿产生内缩的变形量。c.为减少焊接变形量，外侧焊线使用气体保护焊进行焊接，对减小箱体的焊接变形也具有较为明显的效果。（）箱盖的焊接在实际生产中，在焊接低压法兰和升高座时，箱盖会出现应力过于集中出现上拱或下陷，所以焊接附件时应等待上部加强彻底冷却后，加强筋拼接处应在内侧对应处加焊稍厚的加强筋。（）焊接前箱沿与箱盖里侧应先喷砂处理或用磨光打磨，便于焊接。焊接过程中，除采用合理的焊接顺序外还应采用间歇焊，防止焊接热量过于集中。焊接方式尽量采用输入热量较低的CO2气体保护焊。焊完一道焊缝后应用大锤敲击周围，以达到适效应力的效果。最后应等箱体焊线焊完且冷却后再拆除固定压钉及其余防变形的工装。 结束语 经过大批量生产并跟踪验证，以上方法对防止此类结构变压器下节油箱焊后产生箱沿、箱底变形有明显效果，箱体变形尺寸偏差符合用户要求。另外，变压器在吊运和安装过程中，也应十分注意避免引起如开关端侧等箱体局部区域的永久性变形。参考文献：田锡唐 焊接结构 机械工业出版社 1981