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百万机组水轮机埋件蜗壳瓦块下料和压制研究
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摘要：近年来，随着水电站发展，单机组容量越来越大，蜗壳新材料780MPa高强钢随之投入使用，蜗壳材料板厚亦加大。其坡口型式较多且复杂，坡口质量要求较高，拟采用改造的半自动切割机进行坡口切割。对半径较小的蜗壳瓦块采用大型卷板机难以进行压制及卷制成型，蜗壳瓦块成型质量直接影响到蜗壳后期装配质量。为解决蜗壳难以卷制成型的问题，需采用有效的压制工装进行压制成型，满足蜗壳瓦块成型质量。由此780MPa级别钢材的超厚板下料和压制成型技术将为今后国产780MPa级别超厚钢材大批量应用奠定基础，更好地为我国后续高水头机组的流道设计制造提供系统可借鉴的参考资料。
关键字：蜗壳瓦块；超厚板；780MPa；下料；压制；
1引言
作为世界首台单机容量百万机组的白鹤滩水电站，其水轮机埋件蜗壳额定水头202m，蜗壳材料为SX780CF，单台蜗壳共34节管节，仅单节蜗壳瓦块上的纵缝和环缝存在22种坡口型式，且每小段内坡口为渐变型式，在坡口制备上存在较大难度。蜗壳最小卷板半径为1500mm，最大宽度为2500mm，最大板厚97mm，瓦块长宽尺寸大部分未超过2m。根据公司现有的最大卷板设备140卷板机特性计算（在卷板半径3米和卷板宽度2米情况下，SX780CF材料最大卷板厚度为83mm），且140卷板机两下辊中心调整范围为1100-1560mm（其两辊中心距离已超过部分瓦块的外形尺寸），对此部分蜗壳瓦块无法采用140卷板机进行卷制成型。为满足瓦块下料和压制成型质量要求，拟采用改造的半自动切割机和高强钢压制成型模具进行制造施工。其下料和压制成型成功案例具有较大的推广价值。
2概况
作为世界首台单机容量百万机组的白鹤滩水电站，其水轮机埋件蜗壳额定水头202m，蜗壳材料为SX780CF，蜗壳材料为SX780CF，材料要求低碳(≤0.09%)、低碳当量(≤0.52)、低焊接裂纹敏感型指数(≤0.25%),但同时又具备780MPa级的高强度和良好的低温冲击韧性。仅单节蜗壳瓦块上的纵缝和环缝存在22种坡口型式，且每小段内坡口为渐变型式，在坡口制备上存在较大难度。单台蜗壳共34节管节，瓦块最小卷板半径为1500mm，最大宽度为2500mm，最大板厚97mm，瓦块长宽尺寸大部分未超过2m。
质量目标：蜗壳下料和压制成型满足白鹤滩精品工程要求。下料质量要求：下料坡口度数公差控制在±2.5°，坡口钝边0—+1mm；压制成型质量满足以下要求：采用1.5米长弧度样板检测，与瓦块之间间隙不得超过1.5mm；瓦块表面不得存在肉眼所见明显压痕，且其深度不得超过0.5mm。而蜗壳高强度SX780CF材料超厚板的渐变坡口下料和压制成型在水电行业并无前期经验可借鉴。
3背景技术
蜗壳瓦块传统下料方法为由技术人员对瓦块数控编程后采用数控等离子切割机下料，坡口采用传统半自动切割机或自动坡口机进行切割，对于本项目单节蜗壳瓦块上存在22种渐变式坡口的情况，其难以满足质量要求，为此需寻求一种可靠有效的坡口切割方式。
蜗壳瓦块压制采用传统模具装置进行产品压制，由于下模装置与产品接触面不均匀而造成受力不均匀，部分位置容易受压过度，产生较大压痕以致产品成型难以满足要求，且产品受滑动摩擦作用，在产品压制成型过程中，产品与下模装置的滑动摩擦力随着压制过程中变形愈加增大，造成产品表面压痕及划伤过深。对于复杂的渐变的不同的曲面半径产品，其压制模具难以实现压制效果，而且金属结构件由于其特殊的结构，独立的特性，其数量一般较少，其压制模具本身的加工制造成品将超过产品的价值，增加了大量施工成本。为此发明一种简便、易操作、有效的产品压制成型模具装置显得尤为重要，同时可有效的控制制造成本。
4瓦块下料技术研究
根据设计提供的蜗壳图纸，其蜗壳瓦块上的纵缝和环缝存在22种坡口型式，且每小段内坡口型式均不一样，不同坡口之间要求渐变式的过渡，采用传统坡口切割技术难以满足质量要求。
图1：蜗壳瓦块下料坡口图
4.1下料工艺
瓦块下料图绘制瓦块数控喷粉下料瓦块坡口划线半自动切割机改造瓦块坡口切割瓦块坡口切割检查
4.2瓦块下料图绘制
技术人员通过对蜗壳设计图纸进行分解，绘制出蜗壳瓦块下料图纸，并编制瓦块数控下料程序。将坡口型式数字化标识，便于在瓦块实体上进行坡口划线标识，利于下料人员控制质量。
图2：蜗壳瓦块下料图
4.3瓦块数控喷粉下料
蜗壳钢板吊装至下料平台后，采用等离子数控切割机先喷粉，模拟走刀切割；检查喷粉后尺寸是否合格，合格后进入正式火焰切割下料，下料切割后，做好相关检查记录。
4.4瓦块坡口划线
瓦块下料切割合格后吊装至坡口切割平台；然后根据蜗壳瓦块下料图进行坡口划线，标识清楚、
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