CN105345242B - 核主泵电机轴套加硬层等离子喷焊工艺 - Google Patents

核主泵电机轴套加硬层等离子喷焊工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种核主泵电机轴套加硬层等离子喷焊的工艺，旨在确立一种用于核主泵电机关键部件合金四个材质的轴套表面加硬层堆焊的工艺方法，通过发明新的工件加热保温措施、确定合适等离子喷焊工艺参数，完成核主泵电机轴套大面积钴基合金加硬层的堆焊，满足设计要求，该成果在工程上具有很高的应用价值，并具有深远的社会意义。

Description

核主泵电机轴套加硬层等离子喷焊工艺
技术领域：本发明涉及一种核主泵电机轴套加硬层等离子喷焊工艺。
背景技术：反应堆冷却剂泵是核电站核岛极其关键的设备。轴套是主泵电机转子上的重要转动部件，电机转动时轴套与轴瓦进行旋转摩擦，工作条件苛刻：高温高压、与介质水接触、强中子辐射、交变载荷等，运行时间长达60年。因此轴套成型制造工艺成为主泵屏蔽电机制造环节中的关键技术。等离子喷焊是20世纪末出现并迅速发展的一项表面防护与强化技术，具有稀释率低、变形小、成型美观、质量稳定等特点，因此轴套加硬层的堆焊采用等离子喷焊的方法。但是常规堆焊产品基材通常为不锈钢材质或碳钢材质，而核主泵电机轴套为保证电机运行寿命和可靠性选择合金四个锻件为基材，此种基材采用等离子喷焊钴基合金粉末在国内属于新的应用。在钴基合金粉末的选择上与常规产品也有区别，其钴基合金粉末在司太立12钴基合金成分的基础上更为严格的限定了Fe、Ni、W等元素含量，在满足其耐磨损的使用性能基础上优化了堆焊层抗锈蚀的能力。由于基材和粉末成分的变化造成传统的等离子喷焊工艺无法满足新产品的要求。
发明内容：本发明的目的是为满足轴套整体加热的均匀性及保温温度较高的要求、提高堆焊成功率提供一种核主泵电机轴套加硬层等离子喷焊工艺。本发明的技术方案是：一种核主泵电机轴套加硬层等离子喷焊工艺：(1)轴套材质：镍-铬-铁合金，标准号ASTMB564 UNS N06600，规格：Φ410mm*465mm*41mm；填充金属粉末牌号：钴基合金焊粉Co112FY，规格：60-200目；
(2)焊接参数：焊接电流：170‐200A，焊接电压23‐26V，焊接速度50‐100mm/min，摆动频率28‐30次/min；保护气：99.999％Ar，气体流量15‐20L/min，离子气：99.999％Ar，气体流量1‐4L/min，送粉气：99.99％He，气体流量：2‐5L/min；极性：直流正接；焊接位置：平焊；送粉速度：26‐35g/min；焊道型式：螺旋；焊接层数：2层；
(3)焊接工艺过程：
a)装配，将加工到尺寸的轴套锻件清理后装配到变位机上，使用变位机上的三爪卡盘从内侧将轴套卡紧固定后，再将锁紧装置锁紧。
b)预热，第一层堆焊前，需要对轴套进行整体预热，预热温度需高于300℃，预热使用辅助加热装置实施，通过电热毯的辐射热和丙烷火焰加热两种加热方式同时对轴套进行加热；预热过程中通过变位机是轴套旋转受热；
c)焊接，按上述参数进行焊接，在焊接过程中可根据电弧和熔池情况微调电压，控制焊枪与工件间的距离；在焊接控制***中增加了弧长自动控制功能ALC，当实际电压与设定电压间的偏差大于0.1V时，自动调节焊枪高度，纠正电压的偏差，通过此功能使焊枪与工件始终保持在预期的固定距离；
d)焊接过程中的温度控制，采用辅助加热工具，采用电加热和丙烷火焰加热相结合的方式，通过电加热装置包围轴套外表面60％面积，通过电热毯的辐射热来保证轴套工件的整体温度，再通过调整火 焰加热的方向和强度实现对工件局部温度控制；
e)轴套焊后冷却方式：焊接完成后用塞拉毯整体包裹轴套，进行缓冷，直至轴套冷却至室温；
f)第二层堆焊，焊接前重新进行轴套整体预热，预热温度需高于400℃，再重复步骤c)到步骤e)进行焊接和焊后缓冷，完成第二层堆焊层的焊接。
核主泵电机轴套加硬层等离子喷焊设备：等离子喷焊焊枪(3)与送粉器(2)固定在操作机(1)横梁的滑板上，轴套(4)由固定变位机(5)转台上的卡盘从内侧卡紧固定，锁紧装置(6)将轴套端部密封锁紧，辅助加热工具的组成有两块弧形的电热毯(7)放置在隔热材料塞拉毯(8)上，将两块弧形的电热毯(7)固定在可调整的支架(9)上，轴套一侧并排固定两柄烤***架(11)，在烤***架(11)上安装两柄丙烷烤枪(10)。
本发明技术效果：
a)锁紧装置，可以有效防止轴套受热膨胀后从变位机卡盘上脱落，同时由于在锁紧装置端板的内侧粘接一层塞拉毯保温材料，可实现对轴套内腔的隔热密封，减少热量流失，提高整体保温效果；
b)辅助加热装置，通过电热毯的辐射热和丙烷火焰加热两种加热方式同时对轴套进行加热，其中电热毯的覆盖式加热，加热面积大，均匀性好，并且极大的减少轴套向空气中的热量流失，极大的提高加热效率；因此在焊前预热过程中较常规火焰或电热的单一加热方式具有加热速率快，加热的均匀性和热透性好的优点；在焊接过程中通过 电热毯的辐射热来保证轴套工件的整体温度，同时还具有消除随热空气向上流动造成冷空气从轴套下方吸入对工件温度的均匀性产生不良影响的作用；由于焊接过程中增加电弧热输入会造成工件焊接位置局部温度的迅速升高。
传统加热方式因局部温差过大造成堆焊层开裂，本工艺可根据焊枪行进位置调整辅助加热工具中的两柄丙烷烤枪的火焰角度和加热位置，对没有焊接热输入的位置通过火焰加热进行温度补偿，实现对轴套整体温度的控制，保证轴套整体温度的一致；
c)在焊接控制***中增加了弧长自动控制功能ALC，当实际电压与设定电压间的偏差大于0.1V时，自动调节焊枪高度，纠正电压的偏差，通过此功能使焊枪与工件始终保持在预期的固定距离，即保证焊道成型的稳定性，又简化了操作；
d)焊接完成后用塞拉毯整体包裹轴套，实现轴套工件缓慢冷却，代替了常规堆焊使用热处理炉随炉冷却的方法，具有操作方便，冷却效果好的优点。
附图说明
图1：轴套等离子喷焊示意图
图2：辅助加热工具示意图
具体实施方式：
一种核主泵电机轴套加硬层等离子喷焊工艺，(1)轴套材质：镍-铬-铁合金，标准号ASTM B564 UNS N06600，规格：Φ410mm*465mm*41mm；填充金属粉末牌号：钴基合金焊粉Co112FY，规 格：60-200目；
(2)焊接参数：焊接电流：170‐200A，焊接电压23‐26V，焊接速度50‐100mm/min，摆动频率28‐30次/min；保护气：99.999％Ar，气体流量15‐20L/min，离子气：99.999％Ar，气体流量1‐4L/min，送粉气：99.99％He，气体流量：2‐5L/min；极性：直流正接；焊接位置：平焊；送粉速度：26‐35g/min；焊道型式：螺旋；焊接层数：2层；
(3)焊接工艺过程：
a)装配，将加工到尺寸的轴套锻件清理后装配到变位机上，使用变位机上的三爪卡盘从内侧将轴套卡紧固定后，再将锁紧装置锁紧。
b)预热，第一层堆焊前，需要对轴套进行整体预热，预热温度需高于300℃，预热使用辅助加热装置实施，通过电热毯的辐射热和丙烷火焰加热两种加热方式同时对轴套进行加热；预热过程中通过变位机是轴套旋转受热；
c)焊接，按上述参数进行焊接，在焊接过程中可根据电弧和熔池情况微调电压，控制焊枪与工件间的距离；在焊接控制***中增加了弧长自动控制功能ALC，当实际电压与设定电压间的偏差大于0.1V时，自动调节焊枪高度，纠正电压的偏差，通过此功能使焊枪与工件始终保持在预期的固定距离；
d)焊接过程中的温度控制，采用辅助加热工具，采用电加热和丙烷火焰加热相结合的方式，通过电加热装置包围轴套外表面60％面积，通过电热毯的辐射热来保证轴套工件的整体温度，再通过调整火焰加热的方向和强度实现对工件局部温度控制；
e)轴套焊后冷却方式：焊接完成后用塞拉毯整体包裹轴套，进行缓冷，直至轴套冷却至室温；
f)第二层堆焊，焊接前重新进行轴套整体预热，预热温度需高于400℃，再重复步骤c)到步骤e)进行焊接和焊后缓冷，完成第二层堆焊层的焊接。
如图1所示的一种核主泵电机轴套加硬层等离子喷焊设备：等离子喷焊焊枪3与送粉器2固定在操作机1横梁的滑板上，轴套4由固定变位机5转台上的卡盘从内侧卡紧固定，锁紧装置6将轴套端部密封锁紧，如图2所示，辅助加热工具的组成有两块弧形的电热毯7放置在隔热材料塞拉毯8上，将两块弧形的电热毯7固定在可调整的支架9上，轴套一侧并排固定两柄烤***架11，在烤***架11上安装两柄丙烷烤枪10。
等离子喷焊焊枪与送粉器固定在操作机横梁的滑板上，将轴套通过固定在变位机转台上的卡盘从内侧卡紧固定，再通过锁紧装置将轴套端部密封锁紧，锁紧装置由固定在变位机转台上的拉杆和端板组成，在端板与轴套件用塞拉毯密封，锁紧装置可以起到固定轴套和保温密封的双重作用，辅助加热装置的电加热部分由两块弧形的电热毯放置在隔热材料塞拉毯上，将两块弧形的电热毯固定在可调整的支架上，可通过调整电热毯的支架控制电热毯到轴套的距离，实现温度的整体控制，辅助加热装置的火焰加热部分由轴套一侧固定两柄丙烷烤枪组成，烤枪放置在烤***架上，可通过调整烤***架调整火焰加热的方向和位置。

Claims (2)

1.一种核主泵电机轴套加硬层等离子喷焊工艺，其特征是：(1)轴套材质：镍-铬-铁合金，标准号ASTM B564 UNS N06600，规格：Φ410mm*465mm*41mm；填充金属粉末牌号：钴基合金焊粉Co112FY，规格：60-200目；
(2)焊接参数：焊接电流：170-200A，焊接电压23-26V，焊接速度50-100mm/min，摆动频率28-30次/min；保护气：99.999％Ar，气体流量15-20L/min，离子气：99.999％Ar，气体流量1-4L/min，送粉气：99.99％He，气体流量：2-5L/min；极性：直流正接；焊接位置：平焊；送粉速度：26-35g/min；焊道型式：螺旋；焊接层数：2层；
(3)焊接工艺过程：
a)装配，将加工到尺寸的轴套锻件清理后装配到变位机上，使用变位机上的三爪卡盘从内侧将轴套卡紧固定后，再将锁紧装置锁紧；
b)预热，第一层堆焊前，需要对轴套进行整体预热，预热温度需高于300℃，预热使用辅助加热装置实施，通过电热毯的辐射热和丙烷火焰加热两种加热方式同时对轴套进行加热；预热过程中通过变位机是轴套旋转受热；
c)焊接，按上述参数进行焊接，在焊接过程中可根据电弧和熔池情况微调电压，控制焊枪与工件间的距离；在焊接控制***中增加了弧长自动控制功能ALC，当实际电压与设定电压间的偏差大于0.1V时，自动调节焊枪高度，纠正电压的偏差，通过此功能使焊枪与工件始终保持在预期的固定距离；
d)焊接过程中的温度控制，采用辅助加热工具，采用电加热和丙烷火焰加热相结合的方式，通过电加热装置包围轴套外表面60％面积，通过电热毯的辐射热来保证轴套工件的整体温度，再通过调整火焰加热的方向和强度实现对工件局部温度控制；
e)轴套焊后冷却方式：焊接完成后用塞拉毯整体包裹轴套，进行缓冷，直至轴套冷却至室温；
f)第二层堆焊，焊接前重新进行轴套整体预热，预热温度需高于400℃，再重复步骤c)到步骤e)进行焊接和焊后缓冷，完成第二层堆焊层的焊接。
2.一种核主泵电机轴套加硬层等离子喷焊设备：其特征是：等离子喷焊焊枪(3)与送粉器(2)固定在操作机(1)横梁的滑板上，轴套(4)由固定变位机(5)转台上的卡盘从内侧卡紧固定，锁紧装置(6)将轴套端部密封锁紧，辅助加热工具的组成有两块弧形的电热毯(7)放置在隔热材料塞拉毯(8)上，将两块弧形的电热毯(7)固定在可调整的支架(9)上，轴套一侧并排固定两柄烤***架(11)，在烤***架(11)上安装两柄丙烷烤枪(10)。
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