小型汽輪機(jī)不銹鋼轉(zhuǎn)子成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子成型方法，具體是一種小型汽輪機(jī)不銹鋼轉(zhuǎn)子成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著各項(xiàng)節(jié)能減排政策的相繼有力出臺(tái)，行業(yè)內(nèi)對(duì)汽輪機(jī)組的轉(zhuǎn)速、溫度、壓力及輸出功率等運(yùn)行參數(shù)亦在不斷的提升，而作為汽輪機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的最主要部件之一-轉(zhuǎn)子，其性能的高低直接決定了這些提升的運(yùn)行參數(shù)能否落到實(shí)處。
[0003]合金含量較高的不銹鋼材料具有韌性、高溫強(qiáng)度、蠕變及持久等優(yōu)良性能，其能夠可靠地適應(yīng)苛刻的工況環(huán)境。因而，以不銹鋼制造成型的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子所具備的高性能，能夠有利于上述汽輪機(jī)組運(yùn)行參數(shù)提升要求的順利實(shí)現(xiàn)。故而，以不銹鋼材質(zhì)制造汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，近年來得到了汽輪機(jī)制造商的重視，并且有些制造商付諸以實(shí)施、在部分汽輪機(jī)組上得到了應(yīng)用。
[0004]縱觀已應(yīng)用于汽輪機(jī)組的不銹鋼轉(zhuǎn)子，因其成型材質(zhì)所存在的導(dǎo)熱性差、易磨損等特性，使得不銹鋼轉(zhuǎn)子易與巴氏合金的軸瓦之間產(chǎn)生粘著失效，進(jìn)而導(dǎo)致汽輪機(jī)組的軸系異常，這在一定程度上增大了不銹鋼轉(zhuǎn)子在汽輪機(jī)組上的應(yīng)用難度。針對(duì)此問題，一般的，通過在不銹鋼轉(zhuǎn)子的易磨損部位堆焊耐磨層就能可靠解決。
[0005]然而，若不銹鋼轉(zhuǎn)子應(yīng)用于小型汽輪機(jī)組的話，則應(yīng)用于小型汽輪機(jī)組的不銹鋼轉(zhuǎn)子因匹配小型汽輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)特性而具有尺寸小、剛性差的特性，在此特性的基礎(chǔ)上若進(jìn)行耐磨層堆焊，則存在以下技術(shù)難點(diǎn):1.如何在不銹鋼轉(zhuǎn)子的較小堆焊尺寸內(nèi)控制堆焊層的稀釋率，以滿足化學(xué)成分的要求？ 2.熱處理過程及堆焊過程如何控制不銹鋼轉(zhuǎn)子的整體變形？ 3.如何保證不銹鋼轉(zhuǎn)子上耐磨層堆焊質(zhì)量的穩(wěn)定性？這些技術(shù)難點(diǎn)目前國(guó)內(nèi)、外尚無成功解決的先例，這也就直接限制了不銹鋼轉(zhuǎn)子在小型汽輪機(jī)組上的應(yīng)用，使得高性能的不銹鋼轉(zhuǎn)子存在較大的應(yīng)用局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)上述不銹鋼轉(zhuǎn)子的高性能特性以及其在小型汽輪機(jī)上應(yīng)用的技術(shù)難點(diǎn)，自主研發(fā)一種易操作、有效克服技術(shù)難點(diǎn)、可靠性高、穩(wěn)定性好的小型不銹鋼轉(zhuǎn)子成型方法，從而將高性能的不銹鋼轉(zhuǎn)子可靠地應(yīng)用于小型汽輪機(jī)。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種小型汽輪機(jī)不銹鋼轉(zhuǎn)子成型方法，包括下列步驟:
0.采用不銹鋼材質(zhì)制造毛坯轉(zhuǎn)子，在毛坯轉(zhuǎn)子的徑向和軸向方向分別留足加工余量;
2).將毛坯轉(zhuǎn)子進(jìn)行粗加工，確保粗加工轉(zhuǎn)子上形成滿足設(shè)計(jì)要求的各坡口結(jié)構(gòu)及倒角結(jié)構(gòu)；根據(jù)成品轉(zhuǎn)子使用時(shí)的易磨損區(qū)域，在粗加工轉(zhuǎn)子上確定好待焊部位；
3).對(duì)粗加工轉(zhuǎn)子上所確定的待焊部位進(jìn)行無損檢驗(yàn)，確保待焊部位無缺陷；將無損檢驗(yàn)合格的粗加工轉(zhuǎn)子豎直起吊至自動(dòng)旋轉(zhuǎn)焊接設(shè)備上； 4).對(duì)焊接設(shè)備上所吊粗加工轉(zhuǎn)子的某一待焊部位進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150?250°C，保證該待焊部位的坡口結(jié)構(gòu)被均勻加熱，直至該待焊部位及附近區(qū)域的預(yù)熱溫度達(dá)150?250°C后保溫；
5).以手工氬弧焊法，對(duì)加熱至設(shè)定溫度的粗加工轉(zhuǎn)子待焊部位進(jìn)行焊接，若該待焊部位的焊接表面為粗加工轉(zhuǎn)子上的徑向面時(shí)，以平焊位進(jìn)行堆焊，若該待焊部位的焊接表面為粗加工轉(zhuǎn)子上的軸向面時(shí)，以橫焊位進(jìn)行堆焊；在待焊部位的焊接表面堆焊滿一層后，進(jìn)行拋光打磨處理，待處理完畢后，再進(jìn)行下一層的堆焊，以此形成多層多道的堆焊焊縫，直至堆焊至設(shè)定厚度，然后將堆焊完畢的部位經(jīng)350?450°C的后熱處理、并以包覆緩冷；
6).依照步驟4和步驟5)的焊接處理方式，以就近原則依次焊接處理粗加工轉(zhuǎn)子上的各待焊部位，直至整個(gè)粗加工轉(zhuǎn)子上的所有待焊部位全部焊接處理完畢；
7).將焊接處理完畢的粗加工轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)入去應(yīng)力爐內(nèi)，去應(yīng)力爐內(nèi)的粗加工轉(zhuǎn)子呈自由狀態(tài)的豎直起吊；對(duì)去應(yīng)力爐內(nèi)的粗加工轉(zhuǎn)子進(jìn)行溫度為640?700°C的熱處理，熱處理完畢后，使去應(yīng)力轉(zhuǎn)子隨爐冷卻；
8).對(duì)去應(yīng)力轉(zhuǎn)子的各堆焊部位的表面進(jìn)行粗加工處理，并進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn)處理；進(jìn)行精加工處理，直至成品。
[0008]步驟4)中的堆焊設(shè)備上所吊裝的粗加工轉(zhuǎn)子以3?lOr/min進(jìn)行勻速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)的粗加工轉(zhuǎn)子的底部圓周跳動(dòng)偏差小于1mm。
[0009]步驟5)中的焊接所選用焊絲為CrMo (V)鋼材料。
[0010]步驟5)中的焊接順序?yàn)橛蓛?nèi)向外的螺旋焊接，焊接速度為45?75mm/min，焊接電流為90?160A、電壓8?15V。
[0011]步驟5)中的堆焊層的層間溫度為200?300°C，且后一道堆焊層的焊縫搭接量為前一道堆焊層的焊縫寬度的1/3?1/2，各堆焊層的焊縫高度為0.8?3.0mm。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明專門針對(duì)小型汽輪機(jī)的不銹鋼轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特性而設(shè)計(jì)，依靠自動(dòng)旋轉(zhuǎn)焊接設(shè)備的輔助，從而在平穩(wěn)的焊接環(huán)境下，以手工氬弧焊法輕松、靈活、可靠地在不銹鋼轉(zhuǎn)子的易磨損部位形成焊接變形及焊縫質(zhì)量可控的堆焊耐磨層，所成型堆焊耐磨層有效地適應(yīng)了不銹鋼轉(zhuǎn)子在應(yīng)用時(shí)的高速轉(zhuǎn)磨環(huán)境，可靠性高，穩(wěn)定性好，進(jìn)而使高性能的不銹鋼轉(zhuǎn)子在小型汽輪機(jī)上的應(yīng)用可靠地變成可能，為小型汽輪機(jī)組設(shè)計(jì)向高轉(zhuǎn)速、高溫、高壓、復(fù)雜工況的發(fā)展提供了提升空間和有力保障。
【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0014]圖1是經(jīng)本發(fā)明步驟I)所成型毛坯轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是經(jīng)本發(fā)明步驟2)所成型粗加工轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明步驟3-6)中粗加工轉(zhuǎn)子在自動(dòng)旋轉(zhuǎn)焊接設(shè)備上裝配的一種狀態(tài)示意圖。
[0017]圖4是本發(fā)明步驟3-6)中粗加工轉(zhuǎn)子在自動(dòng)旋轉(zhuǎn)焊接設(shè)備上裝配的另一種狀態(tài)示意圖。
[0018]圖5是本發(fā)明步驟5、6)中粗加工轉(zhuǎn)子上待焊部位為徑向面時(shí)的堆焊過程示意圖。
[0019]圖6是本發(fā)明步驟5、6)中粗加工轉(zhuǎn)子上待焊部位為軸向面時(shí)的堆焊過程示意圖。
[0020]圖7是經(jīng)本發(fā)明步驟6)所成型粗加工轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖8是經(jīng)本發(fā)明步驟8)所成型成品轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明為應(yīng)用于小型汽輪機(jī)的不銹鋼轉(zhuǎn)子成型方法，其具體包括下列步驟:
0.采用不銹鋼材質(zhì)制造毛坯轉(zhuǎn)子；在毛坯轉(zhuǎn)子制造成型時(shí)，在圓周方向(即徑向)的各尺寸單邊上各預(yù)留約1mm的加工余量，在長(zhǎng)度方向(即軸向)的一端預(yù)留約50mm的加工余量、另一端預(yù)留約80mm的加工余量，從而使毛坯轉(zhuǎn)子的徑向和軸向方向上分別留足加工余量(如圖1所示)。
[0023]2).在焊接處理前，先對(duì)毛坯轉(zhuǎn)子進(jìn)行粗加工處理，具體的:對(duì)毛坯轉(zhuǎn)子的軸頸部(圖2中的D部)、油擋部(圖2中的E部)、推力盤部(圖2中的A、B、C部)等部位分別進(jìn)行坡口加工，坡口的深度約為5?15_ (具體視加工要求而定)，在坡口兩側(cè)的加工余量處加工出約3mm的凹槽、并對(duì)其進(jìn)行倒角處理，進(jìn)而確保粗加工所成型轉(zhuǎn)子上形成滿足設(shè)計(jì)要求的各坡口結(jié)構(gòu)及倒角結(jié)構(gòu)；根據(jù)成品轉(zhuǎn)子使用時(shí)的易磨損區(qū)域(即軸頸部D，油擋部E，推力盤部A、B、C)，在粗加工轉(zhuǎn)子上確定好待焊部位，在粗加工轉(zhuǎn)子上所確定的待堆焊部位為軸頸部、油擋部和推力盤部。
[0024]為了使粗加工轉(zhuǎn)子能夠在下述自動(dòng)旋轉(zhuǎn)焊接設(shè)備上可靠裝夾裝配，在前述粗加工轉(zhuǎn)子的端部加工出裝夾結(jié)構(gòu)，具體的:在加工余量預(yù)留較長(zhǎng)的一端加工出法蘭盤，在加工余量預(yù)留較短的一端加工出頂尖孔(如圖2所示)。
[0025]3).對(duì)步驟2)的粗加工轉(zhuǎn)子上所確定的待焊部位進(jìn)行無損檢驗(yàn)，具體為:在待焊部位(即軸頸部位、油擋部位、推力盤部位)分別進(jìn)行著色或磁粉探傷，進(jìn)而確保粗加工轉(zhuǎn)子上的待焊部位無缺陷。
[0026]根據(jù)步驟2)中在粗加工轉(zhuǎn)子上所加工出的裝夾結(jié)構(gòu)，將無損檢驗(yàn)合格的粗加工轉(zhuǎn)子豎直起吊至自動(dòng)旋轉(zhuǎn)焊接設(shè)備(現(xiàn)有設(shè)備)上，本實(shí)施例以法蘭盤端為先、頂尖孔端為后進(jìn)行裝夾，以此裝夾好的粗加工轉(zhuǎn)子上的推力盤部A部朝上；裝夾好的粗加工轉(zhuǎn)子的軸線與焊接設(shè)備的平臺(tái)垂直(如圖3所示)。
[0027]4).對(duì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)焊接設(shè)備上所吊的粗加工轉(zhuǎn)子的推力盤待焊部位A部進(jìn)行預(yù)熱，具體的:采用現(xiàn)有的焊接加熱設(shè)備對(duì)推力盤部A部進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度的范圍為150?2500C (例如160°C、200°C或250°C等)；再啟動(dòng)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)焊接設(shè)備，使其輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)所吊的粗加工轉(zhuǎn)子沿其軸線進(jìn)行勻速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向(俯視)，轉(zhuǎn)速在3?10r/min的范圍內(nèi)合理選擇(例如4r/min、6r/min或9r/min等等,最終目的是保證預(yù)熱部位被均勻加熱)，旋轉(zhuǎn)時(shí)的粗加工轉(zhuǎn)子的底部圓周跳動(dòng)偏差應(yīng)小于1_，進(jìn)而保證推力盤部A部的