CN103025467B - 用于由球墨铸铁制造大尺寸的构件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于由球墨铸铁制造构件的方法具有下述步骤：以如下方式构造构件（1），即由多个构件部件（2，3）组成构件（1），所述构件部件彼此贴靠以形成接合部（8），以及设计并且尺寸确定为，使得所述构件部件能够由球墨铸铁铸造，而在其材料中没有关键的缺陷部位；成对地提供构件部件（2，3），其中由第一构件部件（2）的边缘部段（4）的边棱（6）和第二构件部件（3）的边缘部段（5）的边棱（7）形成接合部（8）中的一个；将第二构件部件（3）以其边缘部段（5）贴靠在第一构件部件（2）的边缘部段（4）处，使得边棱（6，7）相互贴靠；焊接边缘部段（4，5），使得焊接由边缘部段（4，5）形成的接合部（8）并且由此第一和第二构件部件（2，3）相互固定，由此第一和第二构件部件（2，3）至少部分地形成构件（1），其中在焊接时应用借助低能量的短弧进行的MSG焊接方法或者应用搅拌摩擦焊接方法，其中所述短弧借助于在焊接时熔化的电极产生并且电极的熔化物使边棱（6，7）的球墨铸铁合金化，其中借助所述搅拌摩擦焊接方法在能量输入最小的情况下焊接边缘部段（4，5），使得在焊接边缘部段（4，5）时不发生球墨铸铁的结构分解，其中在焊接边缘部段（4，5）时，应用基于镍的焊接添加剂，尤其应用SG-NiTi4或者SG-NiCu30MnTi。

Description

用于由球墨铸铁制造大尺寸的构件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于由球墨铸铁制造大尺寸的构件的方法。
背景技术
球墨铸铁是具有球状石墨的铸铁，借助所述球墨铸铁能够低成本批量地制造确定为大尺寸的构件。例如，传统上，在确定的温度范围内并且根据结构类型由球墨铸铁制造蒸汽轮机的壳体。然而，例如在蒸汽电厂中用于发电的、按照上限功率范围的蒸汽轮机的几何尺寸大至，使得在铸造球墨铸铁时出现问题。因此例如，在这种蒸汽轮机壳体中出现损害蒸汽轮机壳体的强度的不规则性和缺陷部位的可能性很高。不规则性和缺陷部位根据在构件中的位置和所涉及的部位的功能而可能是不可容忍的。由此限制由球墨铸铁制成的壳体构件的最大的许用尺寸。补救措施是，实现由多个小的、在铸造技术上不关键的部件组成的壳体构件。当然，对此的前提是，所述部件能够相互焊接地形成壳体。部件能够经由大面积的焊接连接部相互连接，为此需要适当的焊接方法。当然，没有已知下述制造方法，借助所述制造方法能够由球墨铸铁制造这种大面积的焊接连接部，而焊缝方面的特性没有相对于基本材料显著变差。
在由球墨铸铁制成的铸造构件中通常总是出现不规则性和缺陷部位。与不规则性和缺陷部位的位置和大小相关的是，所涉及的铸造构件是否必须作为次品而被丢弃。对于小的局部缺陷部位而言已知补焊方法。这种补焊方法例如是具有铁镍合金的冷焊接。然而，在传统的冷焊方法中制造其强度低于球墨铸铁强度的焊接连接部。仅由此，冷焊方法不适合于大面积的连接焊接。另一方法是热焊，然而所述热焊仅能够在500℃至600℃范围内的构件预热的情况下执行并且执行紧随其后的热处理。因此，热焊是极其耗费的并且产生构件的扭曲，使得热焊不适合于球墨铸铁的大面积连接焊接。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于由球墨铸铁制造构件的方法，其中构件具有大的尺寸并且尽管如此在所有区域中具有高强度。
根据本发明的用于由球墨铸铁制造构件的方法具有下述步骤：以如下方式构造构件，即由多个构件部件组装成构件，所述构件部件彼此贴靠以形成接合部，以及所述构件部件设计为并且尺寸确定为，使得所述构件部件能够由球墨铸铁铸造而在其材料中没有关键的缺陷部位；由球墨铸铁制造第一构件部件并且由球墨铸铁、铸钢或者锻钢制造第二构件部件；成对地提供构件部件，其中构件部件中的第一个和构件部件中的第二个设置成相邻地彼此贴靠，其中由第一构件部件的边缘部段的边棱和第二构件部件的边缘部段的边棱形成接合部之一；将第二构件部件以其边缘部段贴靠在第一构件部件的边缘部段处，使得边棱相互贴靠；焊接边缘部段，使得焊接由边缘部段形成的接合部并且由此第一和第二构件部件相互固定，由此第一和第二构件部件至少部分地形成构件，其中在焊接时应用借助低能量的短弧进行的MSG焊接方法或者应用搅拌摩擦焊接方法，其中借助于在焊接时熔化的电极产生所述短弧并且电极的熔化物使边棱的球墨铸铁合金化，其中借助所述搅拌摩擦焊接方法在能量输入最小的情况下焊接边缘部段，使得在焊接边缘部段时不发生球墨铸铁的结构分解，其中，在焊接所述边缘部段时，应用基于镍的焊接添加剂，在借助低能量的短弧焊接所述边缘部段时使用具有狭窄的熔池的焊接工艺，以便实现小的热影响区，其中所述焊接工艺是CMT工艺或者冷弧工艺。
在焊接边缘部段时应用的焊接添加剂以镍为基础地构成，尤其具有SG-NiTi4或者SG-NiCu30MnTi。通过借助焊接添加剂将焊接过程熔化的球墨铸铁合金化能够目的明确地提高焊缝的硬度、韧度和延展性。此外，镍基材料与球墨铸铁相比具有更低的熔点并且具有更高的抗腐蚀性。因此，抑制球墨铸铁的径向对称的结晶集合体(所谓的球形晶体)的分解和材料特性的由此出现的损害。优选地，能够在接合部的两侧执行搅拌摩擦焊接方法，其中这在更大的壁厚度的情况下是尤其有利的。
因此，构件由多个构件部件形成，其中在构件部件中抑制球墨铸铁中的不可接受的不规则性和缺陷部位。由此，在构造构件时原则上由于应用球墨铸铁而在构件的强度和最终大小方面不设上限。在热影响区中的硬化以及通过高的热引入而引起的基本材料基体的破坏尤其能够理解为结构变化。
根据本发明，借助于具有低能量的短弧的MGS焊接方法来组接构件部件，其中应用在焊接时熔化的电极并且将电极的熔化物使边棱的球墨铸铁合金化。通过如此执行的焊接方法实现球墨铸铁构件的大面积的连接焊接。所述焊接连接部具有有利地类似于球墨铸铁机械特性的机械特性。由此，能够将构件的尺寸确定为是大的，其中构件由小的、在铸造技术上不关键的构件部件构成。因此，在构件中的不可接受的不规则性和缺陷部位的可能性很低并且实现大尺寸的构件的可构造性。
在替选的搅拌摩擦焊接中借助于耐磨的、旋转的工具将热能引入到两个相邻靠置的边棱中，其中将工具压到边棱之间。在将边棱按压到工具上的情况下，将边棱加热直到稍微低于其熔点并且因此能够塑性地变形。在从边棱中抽出工具时，所述边棱的材料通过工具的持续旋转而搅拌并且混合。由此，在边棱处在其硬化之后形成焊缝。
优选地，铸钢和/或锻钢具有0.5至2.5的Cr或者8至15的Cr的组分，所述组分带有至少另一合金元素，使得在边缘部段焊接时在球墨铸铁中不发生硬化。铸钢和/或锻钢根据该改进形式而具有0.5％至2.5％或者8％至15％的铬含量并且尤其具有多种合金元素，所述合金元素的组分将球墨铸铁中的硬化保持得很低，因为在焊接时形成的熔化物中混合了钢和球墨铸铁。
通过将受损的部段从构件中分离出并且由新部段替换的方式，根据本发明的方法尤其能够用于修补构件。新的部段利用根据本发明的方法焊接到现有的构件中。借助根据本发明的方法能够有利地将例如铸钢或者锻件的其他材料与球墨铸铁焊接在一起。此外，根据本发明的方法适合于结构焊接。
在借助低能量的短弧焊接边缘部段时，优选使用具有狭窄的熔池的焊接工艺，以便实现小的热影响区。焊接工艺优选是CMT(冷金属过渡焊接)工艺、冷弧工艺或者与此类似的工艺。在冷弧工艺中，电压变化遵循在传统的短弧工艺中遵循电压的变化，然而在冷弧工艺中该电压用作为用于控制电流强度的命令参数。通过将电压变化用作为命令参数，能够以匹配于工艺的方式控制电流强度，由此能够控制引入到球墨铸铁中的能量。由于直接在再点燃短弧之前降低能量，冷弧方法是平缓的，由此避免在球墨铸铁中的以往取决于热的结构变化。此外，通过在再点燃之后将电流强度目的明确地置于高电位能够在电极处产生总是一样大的可熔的凸起，由此工艺过程能够均匀地且节约材料地进行。接合部优选构成为窄间隙。这有利地提高了焊接过程的生产率并且因此降低如此实现的构件的制造成本。
在根据本发明的方法中，低能量的短弧在焊接过程期间横向于焊接方向往复运动，其中往复运动的短弧优选依据其转向位置借助于应用相关联的电源的至少一条特征曲线而在其焊接熔深和/或熔化功率方面得到优化。
附图说明
下面，根据附加的示意图阐明借助根据本发明的方法制成的构件的优选的实施形式。附图示出：
图1示出构件的根据本发明的实施形式的立体图，
图2示出在借助冷弧工艺进行的制造步骤之后的构件的第一构件部件和第二构件部件的边缘部段的横截面图，并且
图3示出在制造步骤之后的根据图2的横截面，其中借助搅拌摩擦焊接方法进行焊接。
具体实施方式
如从图1至图3中可见，构件示出为蒸汽轮机低压内壳体1。壳体1由多个构件部件组成，尤其由第一构件部件2和第二构件部件3组成。构件部件2、3相互贴靠并且构成接合部8。此外，构件部件2、3设计为并且尺寸确定为，使得所述构件部件能够由球墨铸铁制造，而在其材料中没有关键的缺陷部位。替选地，构件2或3之一能够由具有0.5至2.5的Cr或者8至15的Cr的组分的钢材形成，所述组分带有至少另一合金元素。
第一构件部件2具有边缘部段4，所述边缘部段直接相邻地设置在第二构件部件3的边缘部段5的旁边。第一构件部件2的边缘部段4由边棱6限界，所述边棱对接地贴靠在对第二构件部件3的边缘部段5进行限界的边棱7上。由此，由边棱6、7形成接合部8。接合部8当前形成为狭缝接合部。
在制造壳体1时，第一构件部件2和第二构件部件3以球墨铸铁方法由球墨铸铁分开制造。在此，在构件部件2、3中形成关键缺陷部位的风险很低。在一个制造步骤中，构件部件2和3以其边缘部段4和5相互贴靠，使得构成接合部8。根据图2，接合部8借助于冷弧工艺加工，使得在接合部8处构成焊缝9。在冷弧工艺中，应用具有基于镍的(SG-NiCu30MnTi或者SG-NiTi4)焊接添加剂的熔化电极。通过所述焊接添加剂将液化的边缘部段4和5合金化，使得不发生球墨铸铁的由于径向对称的结晶集合体(所谓的球形晶体)的分解引起的结构变化。在此，协调地执行焊接方法，使得应用高的焊接熔深、狭窄的熔池以及小的热影响区。
在替选的焊接方法中，根据图3借助于搅拌摩擦焊接方法将两个构件部件2和3接合在一起。在此，借助于耐磨的、旋转的工具(未示出)将热能引入到两个相邻贴靠的边棱6、7中，其中工具沿着箭头10压到边棱6、7之间。在将边棱6、7按压到工具处的情况下，将边棱6、7加热到稍微低于其熔点并且因此边棱能够塑性地变形。在将工具从边棱6、7中抽出时，其材料通过工具的持续的旋转而被搅动和混合。由此，在边棱6、7处在其硬化之后形成焊缝9。对其替代的是，在接合部8的两侧进行搅拌摩擦焊接，其中两个工具同时地一个沿着箭头10的方向并且另一个沿着箭头11的方向压到边棱6、7之间。箭头12和13示出两个工具的相应的旋转方向。箭头14示出工具在部分间隙8中往复移动的方向。
在借助冷弧工艺进行焊接时和在搅拌摩擦焊接方法中都将由球墨铸铁制成的构件部件与由尤其是铸钢或者锻钢的钢材制成的构件部件接合在一起，其中在钢材中0.5至2.5的Cr或者8至15的Cr和其他合金元素的组分是可能的。

Claims (6)

1.用于由球墨铸铁制造构件的方法，具有下述步骤：
以如下方式构造所述构件(1)，即由多个构件部件组成所述构件(1)，所述构件部件彼此贴靠以形成接合部(8)，以及所述构件部件设计并且尺寸确定为，使得所述构件部件能够由球墨铸铁铸造，而在其材料中没有关键的缺陷部位；
由球墨铸铁制造第一构件部件(2)和由球墨铸铁、铸钢或者锻钢制造第二构件部件(3)；
成对地提供所述构件部件，其中所述构件部件中的第一构件部件(2)和所述构件部件中的第二构件部件(3)设置成相邻地彼此贴靠，其中由所述第一构件部件(2)的边缘部段(4)的边棱(6)和所述第二构件部件(3)的边缘部段(5)的边棱(7)形成所述接合部(8)中的一个；
将所述第二构件部件(3)以其边缘部段(5)贴靠在所述第一构件部件(2)的所述边缘部段(4)处，使得所述边棱(6，7)相互贴靠；
焊接所述边缘部段(4，5)，使得焊接由所述边缘部段(4，5)形成的所述接合部(8)并且由此所述第一构件部件(2)和所述第二构件部件(3)相互固定，由此所述第一构件部件(2)和所述第二构件部件(3)至少部分地形成所述构件(1)，其中在焊接时应用借助低能量的短弧进行的MSG焊接方法或者应用搅拌摩擦焊接方法，其中所述短弧借助于在焊接时熔化的电极产生并且所述电极的熔化物使所述边棱(6，7)的球墨铸铁合金化，其中借助所述搅拌摩擦焊接方法在能量输入最小的情况下焊接所述边缘部段(4，5)，使得在焊接所述边缘部段(4，5)时不发生所述球墨铸铁的结构分解，
其中，在焊接所述边缘部段(4，5)时，应用基于镍的焊接添加剂，
其特征在于，在借助低能量的短弧焊接所述边缘部段(4，5)时使用具有狭窄的熔池的焊接工艺，以便实现小的热影响区，其中所述焊接工艺是CMT工艺或者冷弧工艺。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述基于镍的焊接添加剂是SG-NiTi4或者SG-NiCu30MnTi。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述铸钢和/或所述锻钢具有0.5至2.5的Cr或者8至15的Cr的组分，所述组分带有至少另一合金元素，使得在焊接所述边缘部段(4，5)时在所述球墨铸铁中不发生硬化。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述接合部是窄间隙。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中在焊接工艺期间，低能量的所述短弧横向于焊接方向往复运动，并且依据所述短弧的往复运动的转向位置，借助于应用相关联的电源的至少一条特征曲线而优化所述短弧的焊接熔深和/或熔化功率。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述搅拌摩擦焊接在两个所述构件部件的两侧进行。
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