CN102913288A - 汽轮机低压转子及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽轮机低压转子，该汽轮机低压转子由至少两个转子锻件分段焊接而成，各转子锻件分段体积相当较小，重量较轻，因此不需要价格昂贵的特大型熔炼设备、炉外精炼设备、大型锻造设备和热处理设备，可以有效降低汽轮机转子降低制造成本。由于各转子锻件分段重量和尺寸较小，其制造和热处理后材料内在组织易保证、组织均匀，内在质量无损检测可靠性高，转子质量易于保证。如果某一转子锻件分段出现质量问题，可以只更换存在质量问题的转子锻件分段，转子的维修周期短，维修成本低。再有，这种焊接转子选材灵活，可以根据设计要求，在不同部位采用强度等级和/或材料性能不同的材料组合，充分发挥不同性能的材料，节约贵重金属。

Description

汽轮机低压转子及其焊接方法

技术领域

本发明涉及汽轮机制造领域，特别涉及一种汽轮机低压转子及该汽轮机低压转子的焊接方法。

背景技术

汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。蒸汽在汽轮机中，以不同方式进行能量转换，便构成了不同工作原理的汽轮机。　由转动部分和静止部分两个方面组成。转子包括主轴、叶轮、动叶和联轴器等，静子包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等部件。

汽轮机转子是汽轮机能量转换的重要部件，现有汽轮机转子主要为锻造件，汽轮机转子锻件要求冶金质量好、材质均匀，具有高强度、高塑性、高韧性、中心脆性转变温度低，晶粒细小，超声波探伤要求非常严格。对于重量小于100吨的转子来讲，整体锻造难度教小。当转子重量超过100吨，整体制造时锻件需要大型的冶炼炉、精炼炉、锻造、热处理装备，需要投入大量资金进行基本建设和大型设备研制；特大型真空熔炼炉、炉外精炼、电渣重熔、大型钢锭浇注、大型锻件锻造技术和大型锻件热处理的工艺技术难度极高，成材率低；而且当汽轮机转子尺寸较大时，其无损检查的灵敏度页容易下降，因此锻造加工难度相对较大。

汽轮机低压转子位于汽轮机的低压部分，蒸汽进入低压部分后推动转子和叶片做功，低压进汽温度一般低于400℃,半速核电温度更低，次末级和末级叶轮处温度约100℃左右，因此低压部分转子/轴要求有良好的韧性和较高的强度，因此对于大质量的低压汽轮机转子来说其锻造加工难度更加的大。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种加工工艺简单、制造周期短、生产成本低的汽轮机低压转子。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种汽轮机低压转子，该汽轮机低压转子由至少两个转子锻件分段组成，相邻两个转子锻件分段之间焊接。

优选地，所述转子锻件的组分按重量百分比包括：C：≤0.35、Si：≤0.35、Mn：0.15～0.90、Mo：0.25～0.95、Cr：1.50～2.40、Ni：1.00～3.75、V：≤0.15、P：≤0.015、S：≤0.015，其余为Fe。

优选地，所述相邻两个转子锻件分段之间通过1.0%Ni、2.25%Cr-Mo、12%Cr-1Ni-Mo或2.5%Ni合金钢焊丝进行焊接。

优选地，所述汽轮机低压转子为火电汽轮机低压转子或核电汽轮机低压转子。

本发明还公开了一种上述汽轮机低压转子的焊接方法，其包括如下步骤：

1）在锻造好的各转子锻件分段上加工焊接坡口；

2）沿汽轮机转子轴向方向，将各转子锻件分段依次叠放在一水平转台上，在相邻两个转子锻件分段连接处设置氩弧焊焊枪，通过水平转台带动各转子锻件分段旋转，同时由氩弧焊焊枪对相邻转子锻件分段进行焊接，使各转子锻件分段焊接为一整体转子结构；

3）采用热处理炉进行热处理。

优选地，步骤2）完成后，将焊接的整体转子结构进行翻转，将其两端支撑在滚轮支架上，并在各转子锻件分段焊接处设置相应的埋弧焊，通过驱动装置带动该整体转子结构旋转，同时由埋弧焊对相邻两个转子锻件分段之间的焊缝进行再次焊接。

优选地，步骤3）中热处理温度为500℃-680℃。

如上所述，本发明的汽轮机低压转子及其焊接方法具有以下有益效果：该汽轮机低压转子由至少两个转子锻件分段焊接而成，各转子锻件分段体积相当较小，重量较轻，因此不需要价格昂贵的特大型熔炼设备、炉外精炼设备、大型锻造设备和热处理设备，可以有效降低汽轮机转子降低制造成本。由于各转子锻件分段重量和尺寸较小，其制造和热处理后材料内在组织易保证、组织均匀，内在质量无损检测可靠性高，转子质量易于保证。如果某一转子锻件分段出现质量问题，可以只更换存在质量问题的转子锻件分段，转子的维修周期短，维修成本低。再有，这种焊接转子选材灵活，可以根据设计要求，在不同部位采用强度等级和/或材料性能不同的材料组合，充分发挥不同性能的材料，节约贵重金属。

附图说明

图1为本发明第一实施例的结构示意图。

图2为本发明第二实施例的结构示意图。

图3为本发明第三实施例的结构示意图。

图4为各转子锻件分段在水平转台上焊接时的结构示意图。

图5为汽轮机低压转子在滚轮支架上焊接时的结构示意图。

图6为低压焊接转子进行热处理时的结构示意图。

图7为对低压焊接转子焊缝表面进行加工时的结构示意图。

图8为对低压焊接转子焊缝进行NDT检验的结构示意图。

元件标号说明

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图8。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种汽轮机低压转子，该汽轮机低压转子1由两个转子锻件分段11、12焊接而成，转子锻件分段11、12之间为焊缝15。根据汽轮机低压转子1的重量和结构的不同，组成汽轮机低压转子1的转子锻件分段数量也会相应变化，如图2所示，作为本发明的第二个实施例，该汽轮机低压转子1由四个转子锻件分段11、12、13、14 焊接而成。再如图3所示，作为本发明的第三个实施例，该汽轮机低压转子1由六个转子锻件分段焊接而成。这种结构的汽轮机低压转子可作为火电汽轮机低压转子或核电汽轮机低压转子。

由于汽轮机低压转子的工作温度一般低于400℃,对于半速核电温度更低，次末级和末级叶轮处温度约100℃左右，因此对汽轮机低压转子往往要求有良好的韧性和较高的强度。为此本发明还公开了一种用于汽轮机低压转子锻件的合金材料，该合金材料的组分按重量百分比包括：C：≤0.35、Si：≤0.35、Mn：0.15～0.90、Mo：0.25～0.95、Cr：1.50～2.40、Ni：1.00～3.75、V：≤0.15、P：≤0.015、S：≤0.015，其余为Fe。

作为一种优选方式，该合金材料的组分按重量百分比包括：C：0.23、Si：0.27、Mn：0.6、Mo：0.45、Cr：2.1、Ni：3.25、V：0.13、P：0.01、S：≤0.008，其余为Fe。经检测，采用上述组分的合金材料制成的汽轮机低压转子具有非常良好的韧性和较高的强度，而且更加容易焊接，焊接后两个相邻转子锻件分段之间的连接也更加的牢固。作为一种优选方式，相邻两个转子锻件分段之间通过1.0%Ni、2.25%Cr-Mo、12%Cr-1Ni-Mo或2.5%Ni合金钢焊丝进行焊接。

该汽轮机低压转子由至少两个转子锻件分段焊接而成，各转子锻件分段体积相当较小，重量较轻，因此不需要价格昂贵的特大型熔炼设备、炉外精炼设备、大型锻造设备和热处理设备，可以有效降低汽轮机转子降低制造成本。由于各转子锻件分段重量和尺寸较小，其制造和热处理后材料内在组织易保证、组织均匀，内在质量无损检测可靠性高，转子质量易于保证。如果某一转子锻件分段出现质量问题，可以只更换存在质量问题的转子锻件分段，转子的维修周期短，维修成本低。再有，这种焊接转子选材灵活，可以根据设计要求，在不同部位采用强度等级和/或材料性能不同的材料组合，充分发挥不同性能的材料，节约贵重金属。

为了提高焊接的效率，本发明还公开了一种上述单缸式汽轮机焊接转子的焊接方法,下面以实施例二为例，对该汽轮机低压转子的焊接方法进行详细介绍。首先在在锻造好的各转子锻件分段11、12、13、14上加工焊接坡口，然后如图4所示，沿汽轮机转子轴向方向将各转子锻件分段依次叠放在一水平转台2上，为方便连接，可在水平转台2上设置一装配支架3，在进行转子锻件分段叠放时，可首先将转子锻件分段11放置在装配支架3上，装配支架3可对转子锻件分段11进行固定，然后再将转子锻件分段12放置在转子锻件分段11，同时在两个转子锻件分段11、12连接处设置氩弧焊焊枪4，然后通过水平转台带动转子锻件分段11、12旋转，同时由氩弧焊焊枪4对转子锻件分段11、12进行焊接。待转子锻件分段11、12焊接完成后，再将转子锻件分段13放置在转子锻件分段12上，在转子锻件分段12、13连接处设置氩弧焊焊枪4，同样通过旋转水平转台对转子锻件分段12、13进行焊接，然后在重复上述步骤，对转子锻件分段13、14进行焊接，这样整个汽轮机低压转子即可初步焊接完成。

为了保证焊接质量，汽轮机低压转子在采用氩弧焊初步焊接完成后，通常需要采用埋弧焊对各转子锻件分段进行进一步的焊接。焊接时如图5所示，将初步焊接的好的整体转子结构进行翻转，将其两端支撑在滚轮支架5上，并在各转子锻件分段焊接处设置相应的埋弧焊6，通过驱动装置带动该整体转子结构旋转，同时由埋弧焊6对相邻两个转子锻件分段之间的焊缝进行再次焊接。在进行埋弧焊焊接时，可逐段对各分段进行焊接，也可以一次性将各分段同时进行焊接。

焊接完成后如图6所示，将焊接好的汽轮机低压转子竖直的放置在装配支架3上，然后将整个汽轮机低压转子放置在热处理炉7内，通过热处理炉7对低压汽轮机转子焊缝处进行热处理，热处理温度与转子锻件材料的实际化学成分、实际力学性能以及所选择焊接材料有关，一般在500℃-680℃之间选择，热处理完成后应保证整个低压汽轮机转子需要有良好的韧性和较高的强度。

为了进一步检验焊缝处焊接的质量，如图7所示，可将该汽轮机低压转子再次翻转放置在滚轮支架5上，在该汽轮机低压转子的两侧设置旋转装置9，在各转子锻件分段处设置加工刀具8，然后通过旋转装置9带动该汽轮机低压转子旋转，使加工刀具8对焊缝处进行加工，使焊缝处变得更加的光滑、美观。最后再如图8所示，通过NDI检测仪10对焊缝进行NDI检验，确定焊缝的质量是否合格。

采用上述焊接方法可有效加快汽轮机低压转子的焊机速度，提高生产效率，各转子锻件分段只需进行一次焊接及对焊缝处的一次热处理即可完成焊接，生产过程非常简单，可使生产周期缩短，使生产成本降低。而且不会对转子锻件分段的材料特性造成影响，进而可有效保证汽轮机低压转子的质量。综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种汽轮机低压转子，其特征在于，该汽轮机低压转子由至少两个转子锻件分段组成，相邻两个转子锻件分段之间焊接。

2.根据权利要求1所述的汽轮机低压转子，其特征在于，所述转子锻件的组分按重量百分比包括：C：≤0.35、Si：≤0.35、Mn：0.15～0.90、Mo：0.25～0.95、Cr：1.50～2.40、Ni：1.00～3.75、V：≤0.15、P：≤0.015、S：≤0.015，其余为Fe。

3.根据权利要求1所述的汽轮机低压转子，其特征在于，所述相邻两个转子锻件分段之间通过1.0%Ni、2.25%Cr-Mo、12%Cr-1Ni-Mo或2.5%Ni合金钢焊丝进行焊接。

4.根据权利要求1所述的汽轮机低压转子，其特征在于，所述汽轮机低压转子为火电汽轮机低压转子或核电汽轮机低压转子。

5.一种汽轮机低压转子的焊接方法，其特征在于，其包括如下步骤：

a)在锻造好的各转子锻件分段上加工焊接坡口；

b)沿汽轮机转子轴向方向，将各转子锻件分段依次叠放在一水平转台上，在相邻两个转子锻件分段连接处设置氩弧焊焊枪，通过水平转台带动各转子锻件分段旋转，同时由氩弧焊焊枪对相邻转子锻件分段进行焊接，使各转子锻件分段焊接为一整体转子结构；

c)采用热处理炉进行热处理。

6.根据权利要求5所述的低压转子的焊接方法，其特征在于：步骤2）完成后，将焊接的整体转子结构进行翻转，将其两端支撑在滚轮支架上，并在各转子锻件分段焊接处设置相应的埋弧焊，通过驱动装置带动该整体转子结构旋转，同时由埋弧焊对相邻两个转子锻件分段之间的焊缝进行再次焊接。

7.根据权利要求5所述的低压转子的焊接方法，其特征在于：步骤3）中热处理温度为500℃-680℃。

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