專利名稱：超超臨界汽輪機12%Cr鋼高中壓轉子軸頸堆焊方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種堆焊方法，特別是涉及一種超超臨界汽輪機12%Cr鋼高中壓轉子 軸頸堆焊方法。
背景技術：
發(fā)展大型超超臨界機組是我國目前發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術的必然選擇，是提高機組 熱效率、改善環(huán)保狀況和優(yōu)化我國火電裝機結構最現(xiàn)實、最有效的途徑。12%Cr鋼高中壓轉 子作為超超臨界機組的核心部件，其制造過程中要克服一系列難題，尤其是軸頸磨損問題， 超超臨界汽輪機轉子用的改良型12%Cr鋼和新型12%Cr鋼應用于要求高溫強度的高中壓轉 子時，由于其導熱系數(shù)小，轉子在軸頸和軸承座貫通部位的表面容易燒結，即被稱作機械磨 損的燒熔現(xiàn)象，引起軸系異常震動，危及機組安全。此前，我國的12%Cr鋼高中壓轉子均為 從國外直接購買或從國外購買轉子毛坯后再委托國外公司進行軸頸的堆焊工作，嚴重制約 了我國電力技術的自主發(fā)展。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決超超臨界機組的核心部件12%Cr鋼高中壓轉子軸頸與 軸瓦巴氏合金形成的摩擦副不相配，容易在轉子軸頸和軸承表面部位發(fā)生機械粘著磨損的 問題，進而提供了一種超超臨界汽輪機12%Cr鋼高中壓轉子軸頸堆焊方法。本發(fā)明的技術方案是一種超超臨界汽輪機12%Cr鋼高中壓轉子軸頸堆焊方法， 該方法的步驟如下步驟一、按圖紙的坡口形狀、尺寸和光潔度要求對毛坯轉子的第一軸頸 和第二軸頸分別進行坡口車削加工，以車削基準面為基準確定第一軸承中心線，以第一軸 承中心線為中心車削長度為432mm的環(huán)形凹槽一，車削厚度20mm，環(huán)形凹槽一的兩側加工 有坡口，得到第一待堆焊面；以車削基準面B為基準確定第二軸承中心線b，以第二軸承中 心線b為中心向第二軸頸的左側車削長度為202. 5mm的環(huán)形凹槽二，車削厚度為20mm，環(huán)形 凹槽二的左側加工有坡口，向第二軸頸的右側車削長度為215. 5mm的環(huán)形凹槽三，車削厚 度為20mm，軸肩外壁內側車削厚度為16. 5mm，軸肩與第二軸頸連接處的車削圓滑過渡，得 到第二待堆焊面；
步驟二、將經步驟一車削后的毛坯轉子的第一待堆焊面及第二待堆焊面分別進行著色 探傷，確定第一待堆焊面及第二待堆焊面的坡口表面無任何影響焊接質量的缺陷；
步驟三、將經步驟二著色探傷后無影響焊接質量缺陷的毛坯轉子裝配到轉子堆焊專用 設備的轉動系統(tǒng)上，該設備保證轉子堆焊過程中回轉同軸；
步驟四、對裝配好的毛坯轉子的第一待堆焊面及第二待堆焊面的外表面進行預熱，預 熱溫度為260°C 320°C，升溫速度小于或等于25°C /h，保溫時間16h 18h ；
步驟五、對經步驟四預熱后溫度達到260°C 320°C范圍的第一待堆焊面及第二待堆 焊面的坡口進行堆焊，選用EB2R焊絲和F55P4焊劑組合，采用埋弧自動焊方法多層堆焊，起 弧參數(shù)起弧時間為0. 2S，起弧電流為500A，起弧電壓為40V ；收弧參數(shù)電流衰減時間為4S，填弧坑時間為0. 4S，焊劑滯后停止；打底層焊接工藝參數(shù)焊接電流為300A 330A，電 弧電壓為26V 27V，焊接速度為250mm/min 260mm/min，跨步距離為8. 0mm 10. 0mm，跨 步速度為150mm/min 200mm/min ；堆焊高度為20mm，其中工作厚度和加工余量各為10mm， 接頭搭接長度為2mm 3mm，每層堆焊層高為3mm 4mm，將上述工藝參數(shù)輸入到轉子堆 焊專用設備的控制界面后，使焊槍中心線與第一待堆焊面和第二待堆焊面的表面成5° 15°夾角，調整焊槍導電嘴到第一待堆焊面或第二待堆焊面的距離為20mm 30mm，實施堆 焊，底層堆焊結束后，在電弧不停止的條件下，直接調整轉子堆焊專用設備中的工藝參數(shù) 焊接電流為360A 400A，電弧電壓為28V 30V，焊接速度為280mm/min 300mm/min，跨 步距離為10mm 12mm，進行2 6層的堆焊，層間溫度控制在260°C 380°C，得到第一堆 焊面和第二堆焊面；
步驟六、將經步驟五堆焊后的毛坯轉子進行去應力熱處理，熱處理工藝參數(shù)升溫速度 小于或等于15°C /h，保溫溫度為640°C 670°C，保溫時間為6h，然后將毛坯轉子放入熱處 理爐中進行冷卻，以小于或等于10°C /h的速度冷卻至150°C，而后爐冷；
步驟七、將經步驟六去應力熱處理后的毛坯轉子的第一堆焊面和第二堆焊面分別按設 計圖樣尺寸進行車削精加工。
本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明在12%Cr鋼高中壓轉子的軸頸部位使用堆焊方法防 止了軸頸的粘著和燒結失效現(xiàn)象的發(fā)生，確保超超臨界汽輪機組軸系的平穩(wěn)運轉，保證超 超臨界發(fā)電機組安全運行。保證了我們國家超超臨界機組核心部件和核心技術的自主研 制生產，促進國內發(fā)電技術的發(fā)展，擺脫國外公司的控制和制約，減少對國外公司的技術依 賴，提升我們國家自主生產制造發(fā)電設備的能力，拓展了我國發(fā)電設備制造行業(yè)自主發(fā)展 的空間。轉子軸頸堆焊的生產制造成本是委托國外公司堆焊成本的5 10%，并縮短了生 產制造周期，增加了經濟效益。


圖1是本發(fā)明中毛坯轉子經步驟一后的結構示意圖；圖2是本發(fā)明中毛坯轉子經 步驟七后的結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式是通過以下步驟實 現(xiàn)的
步驟一、按圖紙的坡口形狀、尺寸和光潔度要求對毛坯轉子1 (12%Cr鋼轉子，材質 14CrlO. 5MolWlNiVNbN，化學成分見表1，14表示含碳量，元素符號后面的數(shù)字代表的是該 元素的近似含量)的第一軸頸1-1和第二軸頸1-2分別進行坡口車削加工，以車削基準面A 為基準確定第一軸承中心線a，以第一軸承中心線a為中心車削長度為432mm的環(huán)形凹槽 一，車削厚度20mm，環(huán)形凹槽一的兩側加工有坡口，得到第一待堆焊面1-1-1 ；以車削基準 面B為基準確定第二軸承中心線b，以第二軸承中心線b為中心向第二軸頸1-2的左側車 削長度為202. 5mm的環(huán)形凹槽二，車削厚度為20mm，環(huán)形凹槽二的左側加工有坡口，向第二 軸頸1-2的右側車削長度為215. 5mm的環(huán)形凹槽三，車削厚度為20mm，軸肩1-3外壁內側 車削厚度為16. 5mm，軸肩1_3與第二軸頸1_2連接處的車削圓滑過渡，得到第二待堆焊面1-2-1 ；
步驟二、將經步驟一車削后的毛坯轉子1的第一待堆焊面1-1-1及第二待堆焊面1-2-1 分別進行著色探傷，確定第一待堆焊面1-1-1及第二待堆焊面1-2-1的坡口表面無任何影 響焊接質量的缺陷；
步驟三、將經步驟二著色探傷后無影響焊接質量缺陷的毛坯轉子1裝配到轉子堆焊專 用設備(ZGD-5010型轉子堆焊機)的轉動系統(tǒng)上，該設備保證轉子堆焊過程中回轉同軸；
步驟四、對裝配好的毛坯轉子1的第一待堆焊面1-1-1及第二待堆焊面1-2-1的外 表面進行預熱，預熱溫度為260°C 320°C，升溫速度小于或等于25V /h，保溫時間16h 18h ；
步驟五、對經步驟四預熱后溫度達到260°C 320°C范圍的第一待堆焊面1-1-1及第二 待堆焊面1-2-1的坡口進行堆焊，選用EB2R焊絲和F55P4焊劑組合(EB2R焊絲的化學成分 見表2，EB2R/F55P4組合熔敷金屬化學成分見表3，此為ASME標準中焊絲和焊縫的化學成 分)，采用埋弧自動焊方法多層堆焊，起弧參數(shù)起弧時間為0. 2S，起弧電流為500A，起弧電 壓為40V ；收弧參數(shù)電流衰減時間為4S，填弧坑時間為0. 4S，焊劑滯后停止。打底層焊接工 藝參數(shù)焊接電流為300A 330A，電弧電壓為26V 27V，焊接速度為250mm/min 260mm/ min,跨步距離為8. Omm 10. Omm,跨步速度為150mm/min 200mm/min ；堆焊高度20mm，其 中工作厚度和加工余量各為10mm，接頭搭接長度為2mm 3mm，每層堆焊層高為3mm 4mm。 將上述工藝參數(shù)輸入到轉子堆焊專用設備(ZGD—5010型轉子堆焊機)的控制界面后，使焊 槍中心線與第一待堆焊面1-1-1和第二待堆焊面1-2-1的表面成5° 15°夾角，調整焊 槍導電嘴到第一待堆焊面1-1-1或第二待堆焊面1-2-1的距離為20mm 30mm，實施堆焊。 底層堆焊結束后，在電弧不停止的條件下，直接調整轉子堆焊專用設備中的工藝參數(shù)焊接 電流為360A 400A，電弧電壓為28V 30V，焊接速度為280mm/min 300mm/min，跨步距 離為IOmm 12mm，進行2 6層的堆焊，層間溫度控制在260°C 380°C。得到第一堆焊 面2-1和第二堆焊面2-2，首層堆焊采用小的焊接規(guī)范，可以降低稀釋率，最大限度地保留 堆焊層的性能；
步驟六、將經步驟五堆焊后的毛坯轉子1進行去應力熱處理，熱處理工藝參數(shù)升溫速 度小于或等于15°C /h，保溫溫度為640°C 670°C，保溫時間為6h，然后將毛坯轉子1放入 熱處理爐中進行冷卻，以小于或等于10°C /h的速度冷卻至150°C，爐冷；
步驟七、將經步驟六去應力熱處理后的毛坯轉子1的第一堆焊面2-1和第二堆焊面2-2 分別按設計圖樣尺寸進行車削精加工。
具體實施方式
二 結合圖1和圖2說明本實施方式，它還包括步驟八，所述步驟八 將經步驟七車削精加工后的毛坯轉子1的第一堆焊面2-1和第二堆焊面2-2進行無損探傷 檢驗。(超聲檢驗沒有線性缺陷和密集圓形缺陷顯示，可以有Φ <3. Omm的單個圓形缺陷； 表面滲透檢驗沒有線性缺陷，可以有Φ < 1.0mm的圓形缺陷)，其它步驟和參數(shù)與具體實 施方式一相同。
具體實施方式
三結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式在步驟五的堆焊過 程中，堆焊工作間歇的時間段內，將堆焊尚未完成的毛坯轉子1的第一待堆焊面1-1-1和第 二待堆焊面1-2-1在溫度260°C 320°C下保溫。因堆焊工作量大，一個工作日不能完成毛 坯轉子1 一端軸頸的堆焊工作，晚上停止堆焊工作，第二個工作日再繼續(xù)進行堆焊，通過對毛坯轉子1的保溫，可防止堆焊處出現(xiàn)裂紋，進而提高堆焊質量。其它步驟和參數(shù)與具體實 施方式一或二相同。
具體實施方式
四結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式在步驟五的堆焊工 作完成后，將毛坯轉子1在溫度300°C 360°C保溫2小時，保證堆焊后的毛坯轉子1的第 一堆焊面2-1處轉子軸頸和第二堆焊面2-2處轉子軸頸溫度均勻，然后再按步驟六進行去 應力熱處理，其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
五結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的步驟一中，毛坯 轉子1的第一軸頸1-1的直徑為490. 06mm，第一軸承中心線a至車削基準面A的尺寸為 874. 0mm，車削后的第一待堆焊面1_1_1的直徑為450. 06mm，毛坯轉子1的第二軸頸1_2的 直徑為450. 14，軸肩1-3的直徑為475mm，軸肩的右端面至車削基準面B的尺寸為1099mm， 第二軸承中心線b至車削基準面B的尺寸為829. Omm,車削后的第二待堆焊面1_2_1的直徑 為410. 14，軸肩1-3的直徑為475mm ；在步驟七中，堆焊完成后的第一堆焊面2_1車削精加 工后直徑為470. 06mm，第二堆焊面2_2車削精加工后直徑為430. 14mm，其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一、二、三或四相同。表一
權利要求
一種超超臨界汽輪機12%Cr鋼高中壓轉子軸頸堆焊方法，其特征在于該方法的步驟如下步驟一、按圖紙的坡口形狀、尺寸和光潔度要求對毛坯轉子(1)的第一軸頸(1-1)和第二軸頸(1-2)分別進行坡口車削加工，以車削基準面(A)為基準確定第一軸承中心線(a)，以第一軸承中心線(a)為中心車削長度為432mm的環(huán)形凹槽一，車削厚度20mm，環(huán)形凹槽一的兩側加工有坡口，得到第一待堆焊面(1-1-1)；以車削基準面(B)為基準確定第二軸承中心線(b)，以第二軸承中心線(b)為中心向第二軸頸(1-2)的左側車削長度為202.5mm的環(huán)形凹槽二，車削厚度為20mm，環(huán)形凹槽二的左側加工有坡口，向第二軸頸(1-2)的右側車削長度為215.5mm的環(huán)形凹槽三，車削厚度為20mm，軸肩(1-3)外壁內側車削厚度為16.5mm，軸肩(1-3)與第二軸頸(1-2)連接處的車削圓滑過渡，得到第二待堆焊面(1-2-1)；步驟二、將經步驟一車削后的毛坯轉子(1)的第一待堆焊面(1-1-1)及第二待堆焊面(1-2-1)分別進行著色探傷，確定第一待堆焊面(1-1-1)及第二待堆焊面(1-2-1)的坡口表面無任何影響焊接質量的缺陷；步驟三、將經步驟二著色探傷后無影響焊接質量缺陷的毛坯轉子(1)裝配到轉子堆焊專用設備的轉動系統(tǒng)上，該設備保證轉子堆焊過程中回轉同軸；步驟四、對裝配好的毛坯轉子(1)的第一待堆焊面(1-1-1)及第二待堆焊面(1-2-1)的外表面進行預熱，預熱溫度為260℃～320℃，升溫速度小于或等于25℃/ h，保溫時間16h～18h；步驟五、對經步驟四預熱后溫度達到260℃～320℃范圍的第一待堆焊面(1-1-1)及第二待堆焊面(1-2-1)的坡口進行堆焊，選用EB2R焊絲和F55P4焊劑組合，采用埋弧自動焊方法多層堆焊，起弧參數(shù)起弧時間為0.2S，起弧電流為500A，起弧電壓為40V；收弧參數(shù)電流衰減時間為4S，填弧坑時間為0.4S，焊劑滯后停止；打底層焊接工藝參數(shù)焊接電流為300 A～330A，電弧電壓為26 V～27V，焊接速度為250 mm/min～260mm/min，跨步距離為8.0 mm～10.0mm，跨步速度為150 mm/min～200mm/min ；堆焊高度為20mm，其中工作厚度和加工余量各為10mm，接頭搭接長度為2mm～3mm，每層堆焊層高為3 mm～4mm，將上述工藝參數(shù)輸入到轉子堆焊專用設備的控制界面后，使焊槍中心線與第一待堆焊面(1-1-1)和第二待堆焊面(1-2-1)的表面成5°～15°夾角，調整焊槍導電嘴到第一待堆焊面(1-1-1)或第二待堆焊面(1-2-1)的距離為20 mm～30mm，實施堆焊，底層堆焊結束后，在電弧不停止的條件下，直接調整轉子堆焊專用設備中的工藝參數(shù)焊接電流為360 A～400A，電弧電壓為 28 V～30V，焊接速度為280 mm/min～300mm/min，跨步距離為10 mm～12mm，進行2～6層的堆焊，層間溫度控制在260℃～380℃，得到第一堆焊面(2-1)和第二堆焊面(2-2)；步驟六、將經步驟五堆焊后的毛坯轉子(1)進行去應力熱處理，熱處理工藝參數(shù)升溫速度小于或等于15℃/h，保溫溫度為640℃～670℃，保溫時間為6h，然后將毛坯轉子(1)放入熱處理爐中進行冷卻，以小于或等于10℃/h的速度冷卻至150℃，爐冷；步驟七、將經步驟六去應力熱處理后的毛坯轉子(1)的第一堆焊面(2-1)和第二堆焊面(2-2)分別按設計圖樣尺寸進行車削精加工。
2.根據(jù)權利要求1所述的超超臨界汽輪機12%Cr鋼高中壓轉子軸頸堆焊方法，其特征 在于它還包括步驟八，所述步驟八將經步驟七車削精加工后的毛坯轉子(1)的第一堆焊 面(2-1)和第二堆焊面(2-2 )進行無損探傷檢驗。
3.根據(jù)權利要求1所述的超超臨界汽輪機12%Cr鋼高中壓轉子軸頸堆焊方法，其特征在于在步驟五的堆焊過程中，堆焊工作間歇的時間段內，將堆焊尚未完成的毛坯轉子(1) 的第一待堆焊面(1-1-1)和第二待堆焊面(1-2-1)在溫度260°C 320°C下保溫。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的超超臨界汽輪機12%Cr鋼高中壓轉子軸頸堆焊方法， 其特征在于在步驟五的堆焊工作完成后，將毛坯轉子(1)在溫度30(TC 360°C下保溫2 小時。
5.根據(jù)權利要求1、2或3所述的超超臨界汽輪機12%Cr鋼高中壓轉子軸頸堆焊方法， 其特征在于在步驟一中，毛坯轉子(1)的第一軸頸(1-1)的直徑為490. 06mm，第一軸承 中心線(a)至車削基準面(A)的尺寸為874mm，車削后的第一待堆焊面(1-1-1)的直徑為 450. 06mm,毛坯轉子(1)的第二軸頸(1_2)的直徑為450. 14，軸肩(1_3)的直徑為475mm，軸 肩的右端面至車削基準面(B)的尺寸為1099mm，第二軸承中心線(b)至車削基準面(B)的 尺寸為829. 0mm，車削后的第二待堆焊面(1-2-1)的直徑為410. 14，在步驟七中，堆焊完成 后的第一堆焊面(2-1)車削精加工后直徑為470. 06mm，第二堆焊面(2-2)車削精加工后直 徑為 430. 14mm。
全文摘要
超超臨界汽輪機12%Cr鋼高中壓轉子軸頸堆焊方法，涉及一種堆焊方法，特別是涉及一種超超臨界汽輪機12%Cr鋼高中壓轉子軸頸堆焊方法。本發(fā)明為解決超超臨界汽輪機12%Cr鋼高中壓轉子軸頸和軸承表面部位發(fā)生機械粘著磨損的問題，堆焊方法如下一、對毛坯轉子的第一軸頸和第二軸頸分別進行坡口車削加工；二、對車削面進行著色探傷；三、將毛坯轉子裝配到堆焊專用設備上；四、對轉子軸頸的待堆焊表面進行預熱；五、對待堆焊表面實施堆焊；六、對轉子去應力熱處理；七、對堆焊后的轉子進行車削精加工；八、對精加工后的轉子進行無損探傷檢驗。本發(fā)明適用于對超超臨界汽輪機12%Cr鋼高中壓轉子進行堆焊。
文檔編號B23K9/235GK101837501SQ20101017747
公開日2010年9月22日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權日2010年5月20日
發(fā)明者劉立輝, 劉長江, 宋雪梅, 張仁軍, 張旭磊, 李全華, 焦俊鋒, 王舜, 王金剛, 陳麗娟, 馬曉梅 申請人:哈爾濱汽輪機廠有限責任公司