1、水轮机机组锥管修复方案一、概述1.1、磨损情况根据现场检测，2F 机锥管损伤极为严重，锥管上部与座环连接处不锈钢段已被冲刷掉，背面的护板部分暴露，从锥 管上部至锥管中部约 1.9 米高的范围内磨损严重，上部磨损严重程度较多，向下磨损逐步减少，但在锥管中部有多处较 大沉坑，已将母材冲穿， 进入门上部磨出 1215MM 深的倒角。1.2、方案选择若整体更换锥管，需要将二次混凝土完全打掉，由于锥管下部有四个支脚，四个搭 检修平台的箱体，除需要将二期混凝土打全部打掉外必须将部分一期混凝土打掉，才能将锥管取出。新的锥管分为至少三瓣，在机坑内安装，拼 焊 ，安装新的锥管后重新灌浆。由于空间限制一二期混凝土
2、的去除和灌浆都极为困难，修复周期很长；因此我公司推荐以焊接为主部分镶焊不锈钢板的修复方案，此方案只需要对混凝土少量处理，下图为座环及锥管示意图。箱体 支脚1.3、方案简介将锥管上段第一个环形筋板以上部分割除，用新的 S135 钢板镶焊。镶焊钢板分为6 瓣，割除钢板时注意保护钢 板背面的拉锚， 镶焊时 先预装，在背面有拉 锚的位置开孔，镶焊后，在开孔处将锥管与原拉 锚焊在一起， 锥管其余部分参照 1F 机方案堆焊，打磨处理；中间磨损严重处，局部镶焊处 理；最后在钻孔处及其它锥管与混凝土脱壳处灌浆处理。由于锥管上段背面有护板，不用处理混凝土即可将锥管第一个环形筋板以上部分割除，其余部分采用堆焊工艺
3、。1.4、修复目标修复后锥管的厚度，圆度等几何尺寸基本符合原图要求；整个修复的锥管按 ASME 标准探伤，无超标缺陷；修复 过程中采用多种措施减少焊接应力产生，机组运行过程中不产生有害变形；通过灌浆使锥管与混凝土壁充分贴合，不会产生有害的振动。1.5、施工前的检测为保证修复质量、制订确实可行的方案，施工前 对锥管进行全面的测量；1.5.1 中心测量1)、采用吊 钢琴线方式检查原锥管与机组中心线的偏差值及方位，为以后锥管镶焊，打磨提供基准。2)、测量的基准为座环顶盖把合止口。1.5.2 焊接部位和焊量的确定1)、锥管上部用 25mm 厚的 S135 钢板镶焊。2）、在锥管下部 1900 mm 处
4、，划出等高的环线，在环线上均匀划出 12 个点，用碳弧气刨吹出 12 个孔（要求将钢板吹透），测量此处的壁厚并记录，同样用 12 个 25 mm 长的焊条插入作为焊接厚度标识。3）、用线连接锥管上部和下部标识焊条，由于 锥管的母线为直线，可以通 过此方法确定锥管缺肉量，每隔 100 mm 测量需堆焊厚度并在测量处记录，按记录用不同厚度的螺母点焊在记录位置，作为堆焊 厚度标记。二、锥管修复方案如下：2F 锥管修复方案参照了 1F 的修复方案和 1F 锥管执行情况，根据自身损坏更严重的情况制订的， 锥管的上端磨损 极为严重，决定将 锥管上端面起，约 370mm（具 尺寸按实际情况定）高的环形锥管割
5、掉，制作新的锥管并镶焊， 锥 管下段采用堆焊方案， 锥管下段部分磨损严重，穿孔处，局部镶焊。2.1 焊接材料根据原图锥管设计材料为 S135 不锈钢板，由于此钢板为马氏体不锈钢，焊接性能较差，对预热 、保温、 焊接环境的湿度要求较高，大面积焊接后的应力较高，在机坑内采用与母材相同的焊料风险较大，根据多年焊接经验，我单位决定采用 E309 奥氏体不锈钢焊料，此种焊料的韧性高，焊接性能好，焊接应力较小，焊层 的硬度小于母材，能够满足使用要求。2.1.1 焊料：AWS A237、E309L 3.2mm或 4.0mm不锈钢电焊条。ER309L 1.2mm不锈钢焊丝2.1.2 手工电弧焊焊接工艺规范焊接
6、方法 电流极性 焊条直径(mm) 焊接电流(A) 焊接电压(V) 焊接速度 cm/minSMAW DC-RP 4.0 120-180 18-25 6-15SMAW DC-RP 3.2 80-140 18-24 6-152.4.2.7 气体保护焊焊接工艺规范焊接方法 电流极性 焊丝直径(mm) 焊接电流(A) 焊接电压 (V) 焊 接速度 cm/minGMAW DC-RP 1.2 140-300 20-34 6-252.2 修复过程2.2.1 将锥管上部与座环连接处的不锈钢段冲掉的残余部分吹掉，高度约 370 mm（在锥管第一个环筋之上）, 吹割时注意保护背面的护板和背面的拉锚。见下图：2.2.
7、2 装镶焊钢板1）、用 S135 不 锈钢板圈制直径为 2476 的圆锥环， 锥度按原锥管锥度，高度370mm，分割为 6 段，配割好钢板后，预制焊接坡口，坡口深度与钢板厚度一致，如下图：2）、装镶焊钢板并在背面有拉锚处开孔，将 镶焊钢板与护板开塞焊孔。3）、采用钢琴线吊中心，重新复检，镶焊钢板与原锥 管中心的偏差，并调整合格。4)、镶焊钢板定位焊接，将与 护板及余下的锥管的带环焊缝焊 接，只 焊接一层底层即可，立焊缝段焊牢固，塞焊孔满焊，与背面的拉 锚满焊 ，重新复检镶焊钢板的几何尺寸，合格后进行后序。2.2.3 上述工作完成后焊接锥管，2.2.3.1 堆焊从上部分开始焊接，先不与镶焊钢板焊
8、接。2.2.3.2 按 1.5.2 条确定锥管的焊接量堆焊锥管,初步确定堆焊量从上部至下部高度约 1.9 米，堆 焊从上部 18mm 过渡到 6mm。2.2.3.3 距镶焊钢上端 0100mm、600700mm、距 锥 管最上端 17001800mm 先堆焊上、中、下三个环形区域，每个区域 100mm 高。2.2.3.4 铲磨堆焊区域并用圆弧样板和钢板尺检查锥管形状。2.2.3.5 机组吊钢琴线，分别检查这三个堆焊铲磨后环带的中心是否满足要求，并通过测量三个环带的高度差和直径计算堆焊环带的锥度是否符合图纸要求。2.2.3.6 三个环带合格后，对距锥管上平面 1900mm 范围内的锥管其余部分进
9、行堆焊，距上平面 15001700 mm 范围按堆焊标记逐步过渡至 3mm，确保锥管内壁光滑，其余部位可按标记和拉线方式确定堆焊量并堆焊，堆焊时注意保证铲磨余量。2.2.3.7 吊钢琴线重新检查锥管的中心和尺寸并根据测量尺寸计算锥管锥度。2.2.3.8 堆焊焊料采用 E309 1.2 的焊丝，焊接规范见前述，焊接时采用防止变形及减少应力产生的方法，操作施工如退步焊接，分段焊接等方法，每 焊一层要求用风铲清理。2.2.3.9 预热 90后，用 ER309L 1.2焊丝或 E309L3.2不锈钢电焊条进行多层窄道焊。焊 前焊条必须按焊条使用 说明书进行烘干，放入保温筒随用随取。除第一 层和盖面层焊
10、道外，其余焊层应用风铲进 行锤击，以 释放焊接应 力，先 试焊一段，测量焊接区域的温度应低于 150C，当母材温度接近此温度时必须更换焊接位置，同一区域焊接时间小于 20 分钟，分段 焊接可分为上下及 圆围分段，分段距离尽可能长。2.2.3.10 堆焊过程中，要经常敲击锥管，通 过焊接前后的声音对比， 检查锥管背面与混凝土贴合。2.2.3.11 焊接过程要求控制焊接速度，并用红外线测温仪检测温度，避免对混凝土产生影响。2.2.3.12 对锥管部份母材冲刷穿透的部分用碳弧气刨吹割出圆孔，用 S135 钢板镶焊。2.2.3.13 粗磨堆焊层，PT 探 伤。2.2.3.14 补焊缺陷2.2.3.15
11、 通过锺击法检查，锥管与混凝土的贴合情况，如锥管背面脱壳严重，通 钻孔检查确认脱壳程度。2.2.3.16 粗磨堆焊层，PT 探 伤。2.2.3.17 补焊缺陷2.2.3.18 精磨铲磨堆焊区域并用圆弧样板和钢板尺检查锥管形状2.2.3.19 重新进行 PT 探伤。2.2.3.20 进入门上部磨出 15mm 深的倒角,需堆焊处理。1）用钢板尺寸靠在进入门处，与锥管段贴紧， 检查进入门上部磨损量。2）用与锥管相同的焊接材料和工艺焊接磨损部位。3）铲磨堆焊部位的周边。4）开关进入门检查进入门的灵活性及与锥管的间隙。5）铲磨堆焊部位。6）检查进入门与锥管的内锥面的一致性。7）对堆焊铲磨区域进行 PT
12、探伤。2.2.3.21 焊接打磨焊缝。2.2.3.22 对焊缝按 ASME 标准进行 UT+PT 探伤。2.2.3.23 在机坑内搭好施工平台，并作好防火措施。2.2.3.24 做好通风排烟措施。2.2.3.25 准备补焊锥管下部分，2.2.3.26 先将锥管清理，对锥管进行 PT 探伤，标注缺陷部位。2.2.3.27 先用砂轮或碳弧气刨清理缺陷，用同样方式对深坑或拼焊缝缺陷进行清理。2.2.3.28 补焊和堆焊深坑，缺陷处。2.2.3.29 焊前对堆焊区域进行加热，加热以去除水份为主，注意控制加热温度和时间，避免 对锥管背面的混凝土 产生影响。2.2.3.30 锥管上部分焊接后，如座环修复工
13、装及材料准备完后，可暂停施工，先修复座环，座 环修复后再修复 锥管，但修复座 环前须将 锥管圆锥环装焊好。2. 2.4 镶焊圆锥环2.2.4.1 先将镶焊锥环与背面护板上部吹出 35mm 焊接坡口，用 E309L 焊条将其焊在一起。2.2.4.2 装座环下环板和座环锥面镶焊段(座环修复方案)。2.2.4.3 用样板检查下环板的装焊位置，如下图2.2.4.4 将吹割坡口打磨平整，在 50mm 范围内按 ASME 标准进行 PT 探伤。2.2.4.5 焊接顺序1）将下环板与锥管镶钢板焊在一起。2）将锥管立焊缝满 1）和 2）步交替进行。3）下环板与座环锥面下部镶焊钢板焊在一起。4）检查锥镶焊钢板与
14、锥管余下部分的打底焊缝，如有裂缝，将其吹掉。5）反复锺击镶焊钢板、下环板以消除应力。6）焊接锥镶焊钢板与锥管余下部分的焊缝。2.2.4.5 焊接镶焊块，底层焊料采用 A237，其余采用 E309 焊条， 焊接时采用分段，锤击等方式减少焊接应力，防止 变形。2.2.4.6 焊接打磨焊缝。2.2.4.7 对焊缝按 ASME 标准进行 UT+PT 探伤。三、检验31、尺寸形状检验31.1 用内径千分尺分段检查锥管内径并记录，允 许尺寸大于设计尺寸（具体尺寸侍施工前测量后与业主协商）31.2 距锥管上平面间隔 400 分别制圆弧样板分段检查锥管的圆度。要求样板与母体的间隙小于 2mm.31.3 机组吊
15、钢琴线，检查锥管中心，分上中下三段，分段测量 8 个点，并通过测量高度差计算锥管锥度。32、探伤全面对锥管进行着色和超声波探伤，标准按 ASME 进行。33、其它33.1 用挠尺检查锥管的波浪度，要求符合通流部件标准。33.2 通过锤击检查锥管与混凝土的贴合情况。四、结束修复周期预计 8595 天，修复后基本能符合图纸，满足使用要求。2F 机组座环修复方案一、概述座环锥面磨损严重，锥面与上下环板磨出两中环带深度 1015mm，座环下环板几乎全部磨蚀深度超过 2/3，座环 与底环把合面的内圆被冲刷掉 3040mm（单边）如下图二、方案简介根据业主要求，座环要求基本恢复图纸尺寸，修复过程尽可能减少
16、焊量，控制 变形，座环修复主要分三个部分：2.1 座环锥面及底环把合面内圆缺肉量较大，采用镶焊不锈钢圈方式。2.2 锥面中间磨损较小采用局部焊接，上部磨损严重的环带补焊并加装不锈钢立圈。2.3 座环锥面下部冲刷严重的环带采用堆焊方式，下环板整体切除重新下料镶焊三、修复目标锥面与上环板之间的磨损带锥面锥面与下环板之间的磨损带修复后座环的几何尺寸基本符合原图要求；整个修复的焊缝按 ASME 标准探伤，无超标缺陷；修复过程中采用多种措施减少焊接应力产生，机组运行过程中不产生有害变形；通过灌浆使座环锥面及下环与混凝土壁充分贴合，不会产生有害的振动。四、施工前的检测为保证修复质量、制订确实可行的方案，施
17、工前 对座环进行全面的测量；4.1 中心测量4.1.1 采用吊钢琴线方式检查原锥管与机组中心线的偏差值及方位，为以后下环板镶焊，打磨提供基准。4.1.2 测量的基准为座环顶盖把合止口。4.2 测量座环与底环把合面的平面度及内圆磨损情况4.2.1 按下图检查座环情况 4.2.2 制作专用的测量装置检查座环把合平面的平面度（见附件）专用测量装置示意图）。4.2.3 初步检查把合平面内圆尺寸如下与底环把合面的平面把合平面内圆内圆的内圆方位 +x -y -x +y设计值 R1505 R 1505 R1505 R1505 R1505 R1505 R1505 R1505实测值 R1544 R1530 R1
18、528 R1540 R1535 R1539 R1535 R153942.4 座环的磨损情况见下图4.3 制作样板检查座环锥面的磨损量。样板以底环把合平面及止口为基准，通过样板可方便测量座环锥面及下环板的缺肉情况，并为下环板的装焊打磨提供检查手段。下 图为样 板使用示意图。原图座环锥面钢板厚度为 36mm。五、座环的修复工艺由于座环修复的准备时间较长，锥管的修复工作前期进行，侍准备好后， 锥管的修复工作暂停， 进行座环的修复，座环修复后，机 组将进 行安装，当水轮机导水机构及转轮安装后，再进 行锥管的后期修复工作。5.1 修复的前准备5.1.1 准备好各种镶焊钢板并成形。5.1.2 锥管段的镶焊
19、圆锥段装焊完毕，为测量装置的安装提供基础。5.1.3 制作好专门的测量装置，此装置的底座将安装在锥管镶焊段。5.2 焊接材料座环的修复含三材料，Q235 、304 不锈钢板，S135 不锈钢板，需要采用不同的焊料5.2.1 焊接材料的使用A042L、E308L 、E309L、 A237、 3.2mm或 4.0mm不锈钢电焊条。ER308L ER309L 1.2mm 不锈钢焊丝CE50-6 1.2mm焊丝J5073.2mm或 4.0mm电焊条。1）S135 不锈钢 板之间， S135 与 304 不锈钢 板之间，采用 A237 打底焊接，其余采用 309L 焊料。2）Q235 钢板表面深坑用 C
20、E50-6 1.2mm焊丝或 J507 焊条补焊，表面用 308L 盖面。3）Q235 钢板之间用 J507 焊条4）304 不锈钢板与 Q235 钢板采用 A237 打底 A042 焊接。5.2.2 手工电弧焊焊接工艺规范焊接方法 电流极性 焊条直径(mm) 焊接电流(A) 焊接电压(V) 焊接速度 cm/minSMAW DC-RP 4.0 120-180 18-25 6-15SMAW DC-RP 3.2 80-140 18-24 6-155.2.3 气体保护焊焊接工艺规范焊接方法 电流极性 焊丝直径(mm) 焊接电流(A) 焊接电压 (V) 焊 接速度 cm/minGMAW DC-RP 1
21、.2 140-300 20-34 6-255.3 座环的修复5.3.1 座环的修复与锥管修复部分有一些交叉，下图为修复部位示意图。下图为座环修复顺序示意图，修复严格按图示顺序焊接。修复顺序示意图5.3.2 座环的修复工艺：以下焊接均须遵守以下规范：焊前预热 90后，用焊丝或电焊条进行多层窄道焊 。焊前焊条必须按焊条使用说明书进行烘干，放入保温筒随用随取。除第一层和盖面 层焊道外，其余 焊层应用风铲进行锤击，以 释放焊接应力，先试焊一段，测量焊接区域的温度应低于 150C，当母材温度接近此温度时必须更换焊接位置，同一区域 焊接时间小于 20 分钟，分段焊接可分为上下及圆围分段，分段距离尽可能 长
22、,焊后对拼接焊缝进行加热，对所有焊接区域焊后用石棉布保温1）下环板（镶焊钢板）、座环锥面、 锥管镶焊钢装配在一起，注意装配前将 锥管镶焊钢板与护板上部分焊接在一起（见修复顺序图），装配后测量装配尺寸、用样板检查下环板的装配情况，合格后进行定位 焊接，定位 焊接后再次复 检尺寸。2）将下环板（镶焊钢板）与锥管圆锥镶钢板焊在一起。焊接镶焊块，底层焊料采用 A237，其余采用 E309 焊条， 焊接时采用分段，锤击等方式减少焊接应力，防止变形。3）将锥管镶焊钢的立焊缝满 2）和 3）步交替进行。锥管立焊缝，底层焊料采用 A237，其余采用 E309 焊条， 焊接时采用分段，锤击等方式减少焊接应力，防
23、止变 形，此序与 2）序交替进 行已减少变形。4）座环锥面下部的磨损环带堆焊，并将座环锥面与下环板焊在一起。座环锥面下部的磨损环带堆焊，此条焊缝，底 层焊料采用 J507 焊料或 CE50-6 1.2mm焊丝，表面采用 ER308L 焊修丝，焊接时采用分段，锤击等方式减少焊接应力，防止变形。下 环板与座环锥面用 A237 焊条打底焊接， E309L 焊条焊接其余焊缝。5）检查锥镶焊钢板与锥管余下部分的打底焊缝，如有裂缝，将其吹掉。由于座环镶焊钢板与锥管镶焊钢板的焊接量较大，一般情况原锥镶焊钢板与锥管余下部分的打底焊缝会产生裂缝，应先将其完全吹开，对焊缝进行 PT 探伤。6）反复锺击镶焊钢板、下
24、环板以消除应力。用二锺反复锤击焊缝区域，以减少应力。7）装专用测量工具检测座环与底环把合平面的平面度并记录。见后测量工具检查示意图，测量后将没量工具拆掉。8）吹割打磨座环与底环把合面的内圆以底环把合平面的 3700 为基准，在底 环把合面上划出 3070（暂订）的圆线，以此圆线为准，将内圆吹刨掉（留 35mm）,再用砂轮机打磨平整。9）装毛坯底环，将底环与座环搭焊牢固。将毛坯底环运至现场与座环把合,底环与座环之间加装 5mm 垫片，检测底环与座环、垫片的把合间隙，经业主和安装单位认可后，将底 环 与座环搭焊在一起以加强座环的刚性减少座环的焊接变形，搭焊块为 1632 块如下图10）补焊接座环锥
25、面上部的焊缝。先补焊座环锥面中部的深坑和缺陷，深坑底部用 J507 焊条，表面用 E308L 焊条焊接，焊后修磨，对焊接区域进行 PT 探伤，合格后再 焊接 锥面上部与上环板的焊缝， 焊料采用 J507焊条。11）装把合面内圆镶焊圈。把合面内圆镶焊圈用 304 钢板圈制，预制坡口，分六段，先将其装配在把合面内 圆上，如缝隙较大，需补焊或打磨，以保证两者的间隙小于 2mm。镶焊圈装配后先进行定位焊接，并将其与毛坯底环分段焊在一起。12）焊把合面内圆镶焊圈的下部焊缝。复检把合面内圆镶焊圈的尺寸 ，合格后焊下部焊缝，焊接采用 A237 不锈钢焊条打底，A042 不锈钢焊条焊接。13）装加强圈，并焊接
26、。在座环锥面与底环把合面钢板之间加装加强圈，加强圈采用 20mm 厚的 304 不锈钢钢板圈制分为六段，焊接采用 A237 不锈钢焊条打底，A042 不锈钢焊条焊接。14)拆毛坯底 环。将毛坯底环的搭焊块吹割掉，根据间隙变化评估检查座环与底环把合面的变形情况15）焊镶焊圈上部焊缝。焊把合面内圆镶焊圈的上部焊缝，焊接采用 A237 不锈钢焊条打底，A042 不锈钢焊条焊接，焊 接要求清根焊透。16）焊接圆锥镶焊钢板与锥管余下部分的焊缝。焊接镶焊块，底层焊料采用 A237，其余采用 E309 焊条， 焊接时采用分段，锤击等方式减少焊接应力，防止变形17）打磨，探伤。粗磨焊缝，对焊缝进行 PT 探伤
27、。18）重新专用测量工具。仔细测量座环的底环把合平面的平面度，将平面区域分为 32 段，详细记录。19）修磨底环把合平面。A、先粗磨 镶焊 圈上平面并用刀口尺寸 检查与母材的平面度，偏差小于 0.5mm。B、用纸片砂轮将平面上的高点打磨。C、用测量装置检查平面，并记录。D、反复 B，C 序直至整个把合面的平面度小于 0.5mmE、用铸铁制作 专用检验平台，涂红丹，研磨把合平面，用刮刀研刮平面高点。F、用测 量装置 检查平面，并记录。G、反复 E，F 序直至整个把合面的平面度小于 0.2mm。20）焊接打磨焊缝。精磨焊缝21）对焊缝按 ASME 标准进行 UT+PT 探伤。六、检验6.1 尺寸形状检验1）用内径千分尺分段检查座环内径并记录，允许尺寸大于设计尺寸（具体尺寸侍施工前测量后与业主协商）2）检查座环的底环把合平面的高程，座环下环板的高程，并记录。3）机组吊钢琴线，检查座环中、分段 测量 8 个点。6.2 对焊缝按 ASME 标准进行 UT+PT 探伤。6.3 采用锤击法，或开孔法检查座环与混凝土的贴合情况。七、灌浆参照锥管方式灌浆，灌浆后封堵灌浆孔。八、配底环装配用垫片根据实测尺寸配合底环装配用垫片。九、结束语修复周期预计 8595 天，修复后基本能符合图纸，满足使用要求。
