CN102357710A - 一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械产品表面加工工艺,具体涉及一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法,属于水电站机电技术领域。它包括以下步骤:转轮体球面金加工;转轮体表面清理;固定转轮体于变位机上,调节堆焊区至水平位置;在球面进行埋弧带极堆焊,并在焊接过程中实时调整变位机回转工作台的翻转角度,保持焊道在水平位置;堆焊表面金加工;渗透探伤和超声探伤检测。本发明的转轮体表面包覆耐磨层的方法能确保堆焊层质量的优良,使堆焊层厚度均一、过渡圆滑;堆焊后的堆焊工作层不会产生裂纹,不易剥落;堆焊层母材稀释率低,堆焊层抗磨损性能好。
Description
技术领域
本发明公开了一种机械产品表面加工工艺,具体涉及一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法,属于水电站机电技术领域。
背景技术
转轮体是贯流式机组和轴流式机组中的关键转动部件,转轮体过流部件的使用寿命直接影响到整个机组的运转效率和寿命。影响过流部件使用寿命的因素主要包括水域泥沙含量和机组运转时间等,其中,水域泥沙含量为主要影响因素。在含沙量较高的流域安装的机组,要求其过流部件需具备良好的抗泥沙磨损及腐蚀性能。
目前,水轮机转轮体多采用ZG20SiMn碳钢铸件,由于其表面硬度较低,耐磨损、耐腐蚀性能较差,在机组运行时表面容易产生空蚀破坏,需要定期进行焊补修复;而若采用全不锈钢转轮,则造价高、不具有经济性。
制造抗腐蚀、耐磨损的转轮体又兼具经济性的方法,即在转轮体铸钢件外球面堆焊不锈钢抗磨层。目前,应用于转轮体球面的堆焊方法主要有手工焊、气保焊和埋弧焊。上述几种方法存在一些天然的缺陷,比如堆焊时熔深大、母材稀释率高,堆焊层合金成分降低,堆焊层性能不佳,并易发生冷裂纹或热裂纹等焊接缺陷,从而致使转轮体抗磨层的寿命降低,转轮体工作效率也降低,相应地会增加机组运营及维护成本。
带极堆焊是一种较先进的堆焊技术,此焊接方法具有较小的母材稀释率、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能。但带极堆焊通常用于规则平面施焊,对于弧面、球面,尤其是水轮机转轮体的不规则球面外表面(它包括圆球弧面部分、上下端圆柱面、以及球面与圆柱面过渡等部分),带极堆焊工艺难度较大,堆焊层质量难以保证,易产生诸如堆焊层厚度不均、过度不圆滑等问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种耐磨层包覆性能佳、质量可靠的水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法。
为实现上述目的,本发明创造采用如下技术方案:
一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)转轮体球面金加工:车床对水轮机转轮体的球面进行金加工,使机体尺寸均匀,表面光洁;
(2)转轮体表面清理:对转轮体球面进行打磨、化学除污;
(3)调整转轮***置:将转轮体固定于焊接变位机的回转工作台上,调节回转工作台的翻转角度,使转轮体堆焊区位置为水平;
(4)堆焊:对转轮体球面焊道区域进行加热,采用奥氏体不锈钢为焊带,在球面进行埋弧带极堆焊,焊接过程中,实时调整焊接变位机回转工作台的翻转角度,保证焊道在水平位置,焊接从转轮体中部向两端展开;
(5)堆焊表面金加工:使用车床对堆焊表面进行车削加工,以满足尺寸精度要求;
(6)检测:对焊接后的堆焊层进行渗透探伤和超声探伤,分别检测堆焊层是否存在表面缝隙、内部气泡等缺陷。
进一步地,所述步骤(2)中使用砂轮机或金刚砂对转轮体球面进行打磨,使用乙醇、丙酮或汽油对转轮体球面去污。
进一步地,所述步骤(4)中先将转轮体主轴侧的端部固定于焊接变位机的回转工作台,从转轮体中部(球面直径最大处)向泄水锥侧的外端进行带极堆焊。泄水锥侧堆焊工作全部完成后,变换转轮***置,即将转轮体泄水锥侧的端部固定于焊接变位机的底盘上,从转轮体中部向主轴侧的外端进行带极堆焊。
其中,带极堆焊的具体工艺参数如下:
焊带:奥氏体H309L
焊剂:SJ304
焊层厚度:12mm
焊带规格:30mm×0.5mm
焊接电源:反极性的直流电源
焊接电流:700~800A
焊接电压:25~28V
焊接速度:200~300mm/min
带极伸出长度:30~35mm
焊道搭接量:6~8mm
焊剂至导电咀距离:1~2mm
焊接位置:水平或1~2°上坡焊
一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法,还可采用以下方案,其步骤为:
(1)转轮体球面金加工:车床对水轮机转轮体的球面进行金加工,使机体尺寸均匀,表面光洁;
(2)转轮体表面清理:对转轮体球面进行打磨、化学除污;
(3)调整转轮***置:将转轮体固定于焊接变位机的回转工作台上,调节回转工作台的翻转角度,使转轮体堆焊区位置为水平;
(4)堆焊:对转轮体球面焊道区域进行加热,先使用奥氏体不锈钢为焊带,在球面埋弧带极堆焊一过渡层,再使用马氏体不锈钢为为焊带,在球面埋弧带极堆焊一工作层,焊接过程中,实时调整焊接变位机回转工作台的翻转角度,保持焊道在水平位置,焊接从转轮体中部向两端展开;
(5)热处理:将堆焊后的转轮体置于加热炉加热,炉温为600±15℃,保温6~8小时,炉温冷却至200℃或以下时,转轮体出炉;
(6)堆焊表面金加工:使用车床对堆焊表面进行车削加工,以满足尺寸精度要求;
(7)检测:对焊接后的堆焊层进行渗透探伤和超声探伤,分别检测堆焊层是否存在表面缝隙、内部气泡等缺陷。
进一步地,所述步骤(2)中使用砂轮机或金刚砂对转轮体球面进行打磨,使用乙醇、丙酮或汽油对转轮体球面去污。
其中,步骤(4)中对转轮体表面的带极堆焊,采用马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢相结合的方式。具体而言,采用奥氏体不锈钢为过渡层,马氏体不锈钢为工作层,进行埋弧带极堆焊。
过渡层及工作层均采用带极堆焊的方法进行施焊,过渡层堆焊时须保证低的母材稀释率,控制母材熔深;工作层堆焊时保证堆焊层结合性好,无表面缺陷存在。
过渡层与工作层的带极堆焊均从转轮体中部向两端进行,具体方式与上述第一种技术方案相同,先固定转轮体主轴侧的端部于焊接变位机,完成泄水锥侧的堆焊后,调转转轮体,即固定转轮体泄水锥侧的端部于变位机上,随后完成主轴侧的堆焊。焊接顺序为:过渡层整体堆焊完成后,再进行工作层的堆焊。
进一步地,步骤(4)中过渡层带极堆焊工艺参数如下:
焊带:奥氏体H309L
焊剂:SJ304
焊层厚度:4mm
焊带规格:30mm×0.5mm
焊接电源:反极性的直流电源
焊接电流:700~800A
焊接电压:25~28V
焊接速度:200~300mm/min
带极伸出长度:30~35mm
焊道搭接量:6~8mm
焊剂至导电咀距离:1~2mm
步骤(4)中工作层带极堆焊工艺参数如下:
工作层堆焊前采用火焰或电加热块对堆焊表面预热70~100℃。
焊带:马氏体H134
焊剂:SJ315
焊层厚度:8mm
焊带规格:35mm×0.4mm
焊接电源:反极性的直流电源
焊接电流:600~750A
焊接电压:20~25V
焊接速度:200~250mm/min
带极伸出长度:30~35mm
焊道搭接量:6~8mm
焊剂至导电咀距离:1~2mm
焊接位置:水平或1~2°上坡焊
相比现有技术方案,本发明的水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法,其有益效果在于:堆焊过程中,对转轮体堆焊部位的位置进行实时调节,并通过堆焊时电流、电压及焊接速度的匹配及调整,能确保堆焊层质量的优良,使堆焊层厚度均一、过渡圆滑;堆焊后的堆焊工作层不会产生裂纹,且不会有明显的脱层缺陷,不易剥落;堆焊层母材稀释率低,堆焊层抗磨损性能好;堆焊过程为自动焊接,易于掌握,便于操控,生产效率显著提高。
附图说明
图1为转轮体泄水锥侧堆焊示意图;
图2为转轮体主轴侧堆焊示意图。
具体实施方式
实施例1
水轮机转轮体基体材料为ZG20SiMn的碳钢铸件,在转轮体球面加工不锈钢耐磨损工作层的方法如下:
(1)使用车床对水轮机转轮体的球面进行金加工,使机体尺寸均匀,表面光洁;
(2)使用砂轮机对转轮体球面进行打磨,然后用丙酮去除表面油污;
(3)调整转轮***置:如图1所示,将转轮体主轴侧11的端部固定于焊接变位机2的回转工作台20,调节回转工作台20的翻转角度,使转轮体堆焊区位置为水平;
(4)用喷枪对转轮体球面焊道区域进行火焰加热,去除水汽,在转轮体外球面按照从中部到泄水锥侧12端部的顺序(图1中箭头所示),进行埋弧带极堆焊,形成奥氏体不锈钢的工作层。带极堆焊工艺参数如下:
焊带:奥氏体H309L
焊剂:SJ304
焊层厚度:12mm
焊带规格:30mm×0.5mm
焊接电源:反极性的直流电源
焊接电流:750A
焊接电压:28V
焊接速度:300mm/min
带极伸出长度:30mm
焊道搭接量:6mm
焊剂至导电咀距离:1mm
焊接位置:水平
完成转轮体泄水锥侧12的带极堆焊后,调转转轮体,将转轮体泄水锥侧12的端部固定于焊接变位机2的回转工作台20上,调节变位机回转工作台20的翻转角度,使转轮体堆焊区位置为水平。用喷枪对转轮体主轴侧11的焊道区域进行火焰加热,去除水汽,如图2所示,在转轮体外球面按照从中部到主轴侧11端部的顺序(图2中箭头所示),进行埋弧带极堆焊,形成奥氏体不锈钢的工作层。其中,带极堆焊工艺参数与泄水锥侧12的参数一致。
(5)焊接完成后,使用立式车床对堆焊表面进行金加工,以满足尺寸精度要求;
(6)采用探伤仪对焊接后的奥氏体不锈钢工作层进行检测,包括渗透探伤和超声探伤检测。
若探伤发现堆焊层有气泡或裂缝,需进行补焊,补焊采用钨极氩弧焊(GTAW)进行操作,补焊用焊材ER309L,补焊后部位打磨圆滑过渡,再检测,直至不锈钢堆焊层完全满足使用要求为止。
实施例2
水轮机转轮体基体材料为ZG20SiMn的碳钢铸件,在转轮体球面加工不锈钢耐磨损工作层的方法如下:
(1)使用车床对水轮机转轮体的球面进行金加工,使机体尺寸均匀,表面光洁;
(2)使用砂轮机对转轮体球面进行打磨,然后用丙酮去除表面油污;
(3)调整转轮***置:如图1所示,将转轮体主轴侧11的端部固定于焊接变位机2的回转工作台20,调节回转工作台20的翻转角度,使转轮体堆焊区位置为水平;
(4)用喷枪对转轮体泄水锥侧12的焊道区域进行火焰加热,去除水汽,使用奥氏体不锈钢为焊带,从转轮体中部向泄水锥侧12的外端(图1中箭头所示)进行埋弧带极堆焊,完成泄水锥侧过渡层的堆焊。再调转转轮体,如图2所示,将转轮体泄水锥侧12的端部固定于变位机回转工作台20,从转轮体中部向主轴侧11的外端(图2中箭头所示),对转轮体主轴侧进行埋弧带极堆焊,由此,完成整个奥氏体不锈钢过渡层的带极堆焊。
过渡层整体堆焊完成后,以与过渡层相同的方式,将转轮体分为两部分,最终完成马氏体不锈钢工作层整体的堆焊。
其中,过渡层带极堆焊工艺参数如下:
焊带:奥氏体H309L
焊剂:SJ304
焊层厚度:4mm
焊带规格:30mm×0.5mm
焊接电源:反极性的直流电源
焊接电流:750A
焊接电压:28V
焊接速度:300mm/min
带极伸出长度:30mm
焊道搭接量:6mm
焊剂至导电咀距离:1mm
工作层带极堆焊工艺参数如下:
工作层堆焊前采用喷枪火焰加热,对堆焊表面预热70~100℃。
工作层堆焊过程中,保证层间温度不低于100℃。
焊带:马氏体H134
焊剂:SJ315
焊层厚度:8mm
焊带规格:35mm×0.4mm
焊接电源:反极性的直流电源
焊接电流:600A
焊接电压:20V
焊接速度:200mm/min
带极伸出长度:35mm
焊道搭接量:8mm
焊剂至导电咀距离:2mm
焊接位置:水平
(5)焊接完成后,转轮体入加热炉进行热处理,保持炉内温度为600℃,保温7个小时。待到炉冷200℃时,转轮体出炉;
(6)热处理完成后,使用立式车床对堆焊表面进行金加工,以满足尺寸精度要求;
(7)采用探伤仪对焊接后的马氏体不锈钢工作层进行检测,包括渗透探伤和超声探伤检测。
若探伤发现堆焊层有气泡或裂缝,需进行补焊,补焊时采用钨极氩弧焊(GTAW)进行补焊,补焊用焊丝ER410NiMo,补焊后部位打磨圆滑过渡。补焊后再次进行检测,直至不锈钢堆焊层完全满足使用要求为止。
可以理解的是,上述实施方式仅是本发明较有代表性的例子。虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了描述,但是,本领域普通技术人员应当了解,可以不限于上述实施例的描述,在权利要求书的范围内,可作形式和细节上的各种变化。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)转轮体球面金加工:车床对水轮机转轮体的球面进行金加工,使机体尺寸均匀,表面光洁;
(2)转轮体表面清理:对转轮体球面进行打磨、化学除污;
(3)调整转轮***置:转轮体固定于焊接变位机的回转工作台,调节回转工作台的翻转角度,使转轮体堆焊区位置为水平;
(4)堆焊:对转轮体球面焊道区域进行加热,以奥氏体不锈钢为焊带,在球面进行埋弧带极堆焊,焊接中,实时调整焊接变位机回转工作台的翻转角度,保持焊道处于水平位置,焊接从转轮体中部向两端展开;
(5)堆焊表面金加工:车床对堆焊表面进行车削加工,以满足尺寸精度要求;
(6)检测:对焊接后的堆焊层进行渗透探伤和超声探伤。
2.如权利要求1所述的一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法,其特征在于所述步骤(2)中使用砂轮对转轮体球面进行打磨。
3.如权利要求1所述的一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法,其特征在于所述步骤(2)中使用乙醇、丙酮或汽油对转轮体球面去污。
4.如权利要求1所述的一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法,其特征在于所述步骤(4)中带极堆焊采用焊带H309L,焊剂SJ304。
5.一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)转轮体球面金加工:车床对水轮机转轮体的球面进行金加工,使机体尺寸均匀,表面光洁;
(2)转轮体表面清理:对转轮体球面进行打磨、化学除污;
(3)调整转轮***置:转轮体固定于焊接变位机的回转工作台,调节回转工作台的翻转角度,使转轮体堆焊区位置为水平;
(4)堆焊:对转轮体球面焊道区域进行加热,先以奥氏体不锈钢为焊带,在球面埋弧带极堆焊一过渡层,再以马氏体不锈钢为为焊带,在球面埋弧带极堆焊一工作层,焊接中,实时调整焊接变位机回转工作台的翻转角度,保持焊道处于水平位置,焊接从转轮体中部向两端展开;
(5)热处理:堆焊后的转轮体置于加热炉加热,炉温为600±15℃,保温6~8小时,炉温冷却至200℃或以下,转轮体出炉;
(6)堆焊表面金加工:车床对堆焊表面进行车削加工,以满足尺寸精度要求;
(7)检测:对焊接后的堆焊层进行渗透探伤和超声探伤。
6.如权利要求5所述的一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法,其特征在于所述步骤(2)中使用砂轮对转轮体球面进行打磨。
7.如权利要求5所述的一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法,其特征在于所述步骤(2)中使用乙醇、丙酮或汽油对转轮体球面去污。
8.如权利要求5所述的一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法,其特征在于所述步骤(4)中带极堆焊过渡层采用焊带H309L,焊剂SJ304,工作层采用焊带H134,焊剂SJ315。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120222 |