CN103658940B - 大型水轮机导叶的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种降低大型水轮机导叶制造成本和提高水轮机导叶质量的制造工艺方法。本发明中的导叶长轴、短轴、瓣体均为铸件，其中瓣体为空心结构，除长轴轴身外其余均为不锈钢材料。三段导叶瓣体和长轴分别进行分装配，再与短轴进行总装配，可以在总装配时调整角度来补偿分装配焊接时引起的焊接变形。本发明可以利用奥氏体不锈钢焊材的塑、韧性和抗冷裂性能，防止焊接坡口根部开裂而不易修复问题，改善了焊缝的组织和力学性能，保证了焊缝的质量。
Description
技术领域：
本发明涉及一种大型水轮机导叶的制造工艺。
背景技术：
对于大型水轮机导叶而言,空心的焊接结构导叶可以比实心整铸导叶降低重量和材料成本,经济效益可观。目前采用的钢板焊接结构导叶，瓣体采用钢板制造，长短轴为铸件，瓣体钢板由若干块单独成形，通过焊接完成水轮机导叶毛坯件的制造,再通过机械加工的方式达到图纸尺寸及公差要求的导叶成品。这种结构的活动导叶的瓣体钢板弯曲成形对设备能力要求高，成形精度较差，影响活动导叶的整体装配精度。且焊接时，钢板瓣体容易产生变形，导致活动导叶瓣体加工余量不足或钢板减薄现象，从而降低活动导叶的质量和稳定性。
发明内容：
本发明的目的是提供一种铸焊结构水轮机导叶的制造工艺方法，本发明可以降低水轮机运行过程中的汽蚀和磨蚀现象，而在导叶长轴的轴身部位采用价格相对低廉的低合金钢材料，节省不锈钢材料，从而降低导叶的整体成本。本发明的技术方案是：1)瓣体备料：瓣体采用空心铸件分瓣结构，材质为ZG06Cr13Ni4Mo，加工瓣体型线和U型大钝边焊接坡口；
2)长轴备料:长轴轴肩和轴身均采用铸件,轴肩材质为ZG06Cr13Ni4Mo,轴身材质为ZG20SiMn,加工出外形轮廓和焊接坡口；
3)短轴备料：短轴采用铸件，材质为ZG06Cr13Ni4Mo，加工U型大钝边焊接坡口；
4)安装防止焊接变形加强板：在空心的铸造导叶瓣体内轮廓按照实际型线装配加强板，并进行焊接固定；
5)三段导叶瓣体进行分装配：三段导叶瓣体按照预留的X、Y轴线为基准线装配成整体；
6)三段导叶瓣体分装配进行焊接：采用熔化极气体保护焊方法，使用型号为AWSA5.9ER316L焊丝进行打底焊，打底焊2层，然后使用型号为AWSA5.9ER410NiMo焊丝进行填充，焊接时在导叶瓣体两面交替施焊，防止焊接变形造成导叶直线度超差；
7)长轴轴肩和轴身进行分装配：按照加工的配合面，将轴身端部嵌入长轴轴肩；
8)长轴轴肩和轴身分装配进行焊接：采用熔化极气体保护焊方法，使用型号为AWSA5.9ER309L焊丝在轴身侧进行隔离层焊接，隔离层厚度不小于5mm，使用AWSA5.9ER316L焊丝进行填充；
9)整体装配：将三段导叶瓣体分装配、长轴轴肩和轴身分装配、短轴按照预留的X、Y轴线为基准线装配成整体，检查尺寸符合图纸要求；
10)整体焊接：采用熔化极气体保护焊方法焊接长、短轴与瓣体间的焊缝；使用型号为AWSA5.9ER316L焊丝进行打底焊，打底焊2层，使用型号为AWSA5.9ER410NiMo焊丝进行填充；焊接时在导叶瓣体两面交替施焊，防止焊接变形造成导叶直线度超差；
11)消除应力退火处理：将导叶放置在退火炉台车上，用耐火砖垫稳，按专用退火规范进行消除应力处理；
12)对导叶尺寸进行检查，完成导叶的最终加工。
技术效果：
本发明中的导叶瓣体为空心，相对于整体铸造导叶，大大降低了导叶的重量，减少了不锈钢材料的用量，降低了导叶的制作成本。
本发明从根本上解决了焊接结构导叶焊接变形过大问题，降低了制造的难度，提高了焊接结构导叶的质量和稳定性。使用本发明的工艺方法，安装防止瓣体焊接角变形加强板，可以有效控制焊缝金属收缩时焊缝表面区域下榻，引起后序加工余量不足问题。焊接时在瓣体两侧进行交替施焊，控制导叶焊接后的直线度。三段瓣体和长轴分别进行分装配，再与短轴进行总装配，可以在总装配时调整角度来补偿分装配焊接时引起的焊接变形。
本发明在U型大钝边坡口的焊接过程中，使用型号为AWSA5.9ER316L的奥氏体不锈钢焊材进行打底焊，可以利用奥氏体不锈钢焊材的塑、韧性和抗冷裂性能，防止焊接坡口根部开裂而不易修复问题。
本发明在长轴轴肩和轴身的异种钢焊接过程中，先使用不锈钢焊材AWSA5.9ER309L进行隔离层施焊，避免了由于碳迁移在熔合区形成脆硬的马氏体组织，改善了焊缝的组织和力学性能，保证了焊缝的质量。
本发明是水轮机导叶制造方法上的新方法，在水轮机过流部位均采用马氏体不锈钢材料，可以降低水轮机运行过程中的汽蚀和磨蚀现象，而在导叶长轴的轴身部位采用价格相对低廉的低合金钢材料，节省不锈钢材料，从而降低导叶的整体成本。
附图说明：
图1是大型铸焊结构水轮机导叶结构示意图。
图2是U型大钝边坡口焊接示意图。
图3是长轴轴肩和轴身异种钢焊接示意图。
具体实施方式：
本发明是一种降低大型水轮机导叶制造成本和提高水轮机导叶质量的制造工艺方法。本发明的具体实施方式为：
1)瓣体备料：瓣体采用空心铸件分瓣结构，材质为ZG06Cr13Ni4Mo，加工瓣体型线和U型大钝边焊接坡口；
2)长轴备料:长轴轴肩和轴身均采用铸件,轴肩材质为ZG06Cr13Ni4Mo,轴身材质为ZG20SiMn,加工出外形轮廓和焊接坡口；
3)短轴备料：短轴采用铸件，材质为ZG06Cr13Ni4Mo，加工U型大钝边焊接坡口；
4)安装防止焊接变形加强板：在空心的铸造导叶瓣体内轮廓按照实际型线装配加强板，并进行焊接固定；
5)三段导叶瓣体进行分装配：三段导叶瓣体按照预留的X、Y轴线为基准线装配成整体；
6)三段导叶瓣体分装配进行焊接：采用熔化极气体保护焊方法，使用型号为AWSA5.9ER316L焊丝进行打底焊，打底焊2层，然后使用型号为AWSA5.9ER410NiMo焊丝进行填充，焊接时在导叶瓣体两面交替施焊，防止焊接变形造成导叶直线度超差；
7)长轴轴肩和轴身进行分装配：按照加工的配合面，将轴身端部嵌入长轴轴肩；
8)长轴轴肩和轴身分装配进行焊接：采用熔化极气体保护焊方法，使用型号为AWSA5.9ER309L焊丝在轴身侧进行隔离层焊接，隔离层厚度不小于5mm，使用AWSA5.9ER316L焊丝进行填充；
9)整体装配：将三段导叶瓣体分装配、长轴轴肩和轴身分装配、短轴按照预留的X、Y轴线为基准线装配成整体，检查尺寸符合图纸要求；
10)整体焊接：采用熔化极气体保护焊方法焊接长、短轴与瓣体间的焊缝；使用型号为AWSA5.9ER316L焊丝进行打底焊，打底焊2层，使用型号为AWSA5.9ER410NiMo焊丝进行填充；焊接时在导叶瓣体两面交替施焊，防止焊接变形造成导叶直线度超差；
11)消除应力退火处理：将导叶放置在退火炉台车上，用耐火砖垫稳，按专用退火规范进行消除应力处理；
12)对导叶尺寸进行检查，完成导叶的最终加工。
图1所示为大型铸焊结构水轮机导叶结构示意图。大型铸焊结构水轮机导叶由短轴1、长轴轴肩2、轴身3、瓣体4、加强板5组成。
图2所示为U型大钝边坡口焊接示意图。采用熔化极气体保护焊方法，使用AWSA5.9ER316L焊丝6进行打底焊，打底焊2层，然后使用AWSA5.9ER410NiMo焊丝7进行填充。
图3所示为长轴轴肩和轴身异种钢焊接示意图。采用熔化极气体保护焊方法，使用AWSA5.9ER309L焊丝8在轴身侧进行隔离层焊接，隔离层厚度不小于5mm，使用AWSA5.9ER316L焊丝9进行填充。
Claims (1)
1.一种大型水轮机导叶的制造工艺，其特征是：
1)瓣体备料：瓣体采用空心铸件分瓣结构，材质为ZG06Cr13Ni4Mo，加工瓣体型线和U型大钝边焊接坡口；
2)长轴备料:长轴轴肩和轴身均采用铸件,轴肩材质为ZG06Cr13Ni4Mo,轴身材质为ZG20SiMn,加工出外形轮廓和焊接坡口；
3)短轴备料：短轴采用铸件，材质为ZG06Cr13Ni4Mo，加工U型大钝边焊接坡口；
4)安装防止焊接变形加强板：在空心的铸造导叶瓣体内轮廓按照实际型线装配加强板，并进行焊接固定；
5)三段导叶瓣体进行分装配：三段导叶瓣体按照预留的X、Y轴线为基准线装配成整体；
6)三段导叶瓣体分装配进行焊接：采用熔化极气体保护焊方法，使用型号为AWSA5.9ER316L焊丝进行打底焊，打底焊2层，然后使用型号为AWSA5.9ER410NiMo焊丝进行填充，焊接时在导叶瓣体两面交替施焊，防止焊接变形造成导叶直线度超差；
7)长轴轴肩和轴身进行分装配：按照加工的配合面，将轴身端部嵌入长轴轴肩；
8)长轴轴肩和轴身分装配进行焊接：采用熔化极气体保护焊方法，使用型号为AWSA5.9ER309L焊丝在轴身侧进行隔离层焊接，隔离层厚度不小于5mm，使用AWSA5.9ER316L焊丝进行填充；
9)整体装配：将三段导叶瓣体分装配、长轴轴肩和轴身分装配、短轴按照预留的X、Y轴线为基准线装配成整体，检查尺寸符合图纸要求；
10)整体焊接：采用熔化极气体保护焊方法焊接长、短轴与瓣体间的焊缝；使用型号为AWSA5.9ER316L焊丝进行打底焊，打底焊2层，使用型号为AWSA5.9ER410NiMo焊丝进行填充；焊接时在导叶瓣体两面交替施焊，防止焊接变形造成导叶直线度超差；
11)消除应力退火处理：将导叶放置在退火炉台车上，用耐火砖垫稳，按专用退火规范进行消除应力处理；
12)对导叶尺寸进行检查，完成导叶的最终加工。
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