專(zhuān)利名稱(chēng)：使用激光堆焊緩沖材料和電焊來(lái)由球墨鑄鐵焊接制造大尺寸的零件的方法
使用激光堆焊緩沖材料和電焊來(lái)由球墨鑄鐵焊接制造大尺
寸的零件的方法 用于由球墨鑄鐵制造大尺寸的零件的方法本發(fā)明涉及一種用于由球墨鑄鐵制造大尺寸的零件的方法。球墨鑄鐵是具有球墨的鑄鐵，借助所述鑄鐵能夠低成本地批量制造大尺寸的零件。例如，通常由球墨鑄鐵制成汽輪機(jī)的殼體。然而，例如汽輪機(jī)使用在用于發(fā)電的蒸汽發(fā)電廠中，在上部功率區(qū)間中的汽輪機(jī)的幾何尺寸大到使得在球墨鑄鐵的澆鑄中會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，因此，例如，在這種汽輪機(jī)殼體中出現(xiàn)不規(guī)則性和缺陷位置的概率很高，其影響汽輪機(jī)殼體的強(qiáng)度。這種不規(guī)則性和缺陷位置根據(jù)在零件中的位置和所涉及的位置的功能而會(huì)是無(wú)法容忍的。由此，向上限制由球墨鑄鐵組成的殼體零件的最大許可的大小。作為補(bǔ)救，提供一種殼體零件，其由多個(gè)小的、澆鑄技術(shù)上不關(guān)鍵的部分組成。為此的前提當(dāng)然是能夠?qū)⑦@些部分彼此焊接以形成殼體。這些部分可以通過(guò)大面積的焊接連接彼此連接，為此適合的焊接方法是必需的。當(dāng)然，并未已知借助其能夠建立球墨鑄鐵的這種大面積的焊接連接的方法。在由球墨鑄鐵制造的澆鑄零件中，通常總是出現(xiàn)不規(guī)則性和缺陷位置。所涉及的澆鑄零件是否必須作為廢品棄掉與不規(guī)則性和缺陷位置的位置和大小有關(guān)。對(duì)于小的局部缺陷位置已知修復(fù)焊接方法。這種修復(fù)焊接方法例如是借助鐵鎳合金的冷焊接。然而，在冷焊接方法中，建立強(qiáng)度在球墨鑄鐵強(qiáng)度之下的焊接連接。因此，冷焊接方法對(duì)于大面積的連接焊接件來(lái)說(shuō)并不適合。另一方法是熱焊接，而其僅可以在500°C至600°C的范圍中的零件預(yù)熱中和隨后的熱后處理中執(zhí)行。因此熱焊接是極其復(fù)雜的并且產(chǎn)生零件的扭曲，使得熱處理對(duì)于球墨鑄鐵的大面積的連接焊接是不適合的。本發(fā)明的目的是，提供一種用于由球墨鑄鐵制造零件的方法，其中零件具有大的尺寸并且仍然具有高的強(qiáng)度。用由球墨鑄鐵制造零件的根據(jù)本發(fā)明的方法具有如下步驟設(shè)計(jì)零件，使得由多個(gè)零件部件組成零件，這些零件部件彼此靠置而構(gòu)成結(jié)合部，以及確定尺寸和構(gòu)建，使得這些零件部件在其由球墨鑄鐵組成的材料中能夠沒(méi)有關(guān)鍵的缺陷位置來(lái)澆鑄；由球墨鑄鐵制造零件部件；成對(duì)地提供零件部件，其中將零件部件中的第一個(gè)和零件部件中的第二個(gè)設(shè)置成臨近地彼此靠置，在零件部件中，由第一零件部件的邊緣區(qū)段的邊緣棱和第二零件部件的邊緣區(qū)段的邊緣棱形成結(jié)合部中的一個(gè)；通過(guò)堆焊將緩沖材料涂敷到第一零件部件的邊緣棱上并且涂敷到第二零件部件的邊緣棱上；第二零件部件借助其邊緣區(qū)段靠置于第一零件部件的邊緣區(qū)段，使得邊緣棱借助其緩沖材料彼此靠置；焊接邊緣區(qū)段，使得焊接由邊緣區(qū)段所形成的結(jié)合部并且由此將第一零件部件和第二零件部件彼此固定，由此，第一零件部件和第二零件部件至少部分地形成零件；其中選擇緩沖材料，使得在焊接邊緣區(qū)段時(shí)阻止在零件部件的球墨鑄鐵材料中的結(jié)構(gòu)變化，因此零件由多個(gè)零件部件形成，其中在零件部件中阻止在球墨鑄鐵中的不可接受的不規(guī)則性和缺陷位置。由此，在零件的設(shè)計(jì)中，由于球墨鑄鐵的使用而原則上不設(shè)置關(guān)于零件強(qiáng)度的上限。結(jié)構(gòu)變化尤其理解為在熱影響區(qū)中的硬化以及通過(guò)高的熱引入導(dǎo)致的基本材料損壞。根據(jù)本發(fā)明，以?xún)杉?jí)焊接過(guò)程將零件部件接合，其中首先在準(zhǔn)備為焊縫棱 (Schwei^nahtflanken)的邊緣棱上涂敷緩沖材料。緩沖材料具有高的鎳含量并且匹配于球墨鑄鐵以及焊接邊緣區(qū)段的方法。通過(guò)兩級(jí)過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)球墨鑄鐵零件的大面積的連接焊接件。該焊接連接件具有機(jī)械特性，所述特性有利地類(lèi)似于球墨鑄鐵的特性。由此可以較大地確定零件尺寸，其中零件由小的、澆鑄技術(shù)不關(guān)鍵的零件部件構(gòu)成。因此，在零件中的不可接受的不規(guī)則性和缺陷位置的概率是小的并且能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸的零件的可制性。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法可以用于零件的修理，其方式為將損壞的區(qū)段從零件中分離出并且通過(guò)新的區(qū)段來(lái)代替。新的區(qū)段應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法焊入到已存在的零件中。優(yōu)選含鎳地和/或多層地涂敷緩沖材料。由此形成各個(gè)之前涂敷的層或在零件部件的材料中的熱影響區(qū)的退火效應(yīng)。對(duì)于堆焊，優(yōu)選使用激光粉末堆焊方法。特別優(yōu)選的是，激光粉末堆焊方法用于將緩沖材料堆焊到第一零件部件上，并且，低能量的保護(hù)氣體焊接方法用于將緩沖材料堆焊堆焊到第二零件部件上，使得在邊緣區(qū)段上未形成熱影響區(qū)。 由此，可以將緩沖材料以對(duì)零件部件的材料的影響最小的方式涂敷到零件部件上，由此實(shí)現(xiàn)在粉末材料的堆焊的熱影響區(qū)中的有利的機(jī)械特性。焊接邊緣區(qū)段時(shí)，優(yōu)選使用具有高的焊入深度和狹窄的焊接熔池以及小的熱影響區(qū)的焊接方法。焊接方法是電子束焊接方法。選擇粉末材料的厚度和電子束焊接方法以及激光粉末堆焊方法的參數(shù)，使得通過(guò)電子束焊接方法引起的焊接的熱影響區(qū)設(shè)置在粉末材料中。下面根據(jù)示意性附圖闡明具有根據(jù)本發(fā)明的方法制造的零件的優(yōu)選實(shí)施形式。其中

圖1示出零件的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形式的立體圖，圖2示出在第一制造步驟之后的穿過(guò)零件的第一零件部件的邊緣區(qū)段的橫截面， 以及圖3示出在第二制造步驟之后零件的第一零件部件和第二零件部件的邊緣區(qū)段的橫截面。如從圖1中可見(jiàn)，零件示為汽輪機(jī)-低壓-內(nèi)殼體1。殼體1由多個(gè)零件部件、尤其第一零件部件2和第二零件部件3組成。零件部件2、3彼此靠置并且形成結(jié)合部8。此外，確定尺寸和構(gòu)建零件部件2、3，使得其可以在其由球墨鑄鐵構(gòu)成的材料中沒(méi)有關(guān)鍵的缺陷位置地來(lái)制造。第一零件部件2具有邊緣區(qū)段4，該邊緣區(qū)段直接臨近地設(shè)置在第二零件部件3的邊緣區(qū)段5旁邊。邊緣棱6形成第一零件部件2的邊緣區(qū)段4的邊界，該邊緣棱齊平地靠置于邊緣棱7，邊緣棱7形成第二零件部件3的邊緣區(qū)段5的邊界。由此形成邊緣棱6、7的接合部8。在殼體1的制造中，第一零件部件2和第二零件部件3單獨(dú)地以球墨鑄鐵方法由球墨鑄鐵制造。在此，在零件部件2、3中構(gòu)建關(guān)鍵的缺陷位置的危險(xiǎn)較低。在第一制造步驟中，提供第一零件部件2。借助激光粉末堆焊方法將第一粉末材料層9涂敷到所述第一零件部件2的邊緣棱6上。之后，通過(guò)激光粉末堆焊方法將第二粉末材料層10涂敷到第一粉末材料層9上。第一粉末材料層9的熱影響區(qū)11設(shè)置在第一零件部件2的邊緣區(qū)段4中。 第二粉末材料層10的熱影響區(qū)12設(shè)置在第一粉末材料層9中。第二零件部件3的邊緣區(qū)段5的邊緣棱7同樣如邊緣棱6那樣設(shè)有第一粉末材料層9和第二粉末材料層10。在第二制造步驟中，零件部件2和3借助其邊緣區(qū)段4和5彼此靠置，使得產(chǎn)生接合部8。接合部 8借助電子束焊縫13焊接，其中電子束焊縫13的熱影響區(qū)14設(shè)置在緩沖材料層中。
權(quán)利要求
1.用于由球墨鑄鐵制造零件的方法，具有如下步驟設(shè)計(jì)所述零件(1)，使得由多個(gè)零件部件(2，；3)組成所述零件(1)，所述零件部件彼此靠置而構(gòu)成結(jié)合部(8)，以及所述零件部件被確定尺寸和構(gòu)建為使得所述零件部件能夠在其材料中沒(méi)有關(guān)鍵的缺陷位置地由球墨鑄鐵來(lái)澆鑄； 由球墨鑄鐵制造所述零件部件0，3)；成對(duì)地提供所述零件部件0，3)，其中將零件部件中的第一個(gè)( 和零件部件中的第二個(gè)C3)設(shè)置成臨近地彼此靠置，其中由所述第一零件部件O)的邊緣區(qū)段(4)的邊緣棱 (6)和所述第二零件部件( 的邊緣區(qū)段( 的邊緣棱(7)形成所述結(jié)合部(8)中的一個(gè)； 通過(guò)堆焊將緩沖材料(9，10)涂敷到所述第一零件部件O)的所述邊緣棱(6)上并且涂敷到所述第二零件部件(3)的所述邊緣棱(7)上；所述第二零件部件( 借助其邊緣區(qū)段( 靠置于所述第一零件部件( 的所述邊緣區(qū)段G)，使得所述邊緣棱(6，7)借助其緩沖材料(9，10)彼此靠置，焊接所述邊緣區(qū)段G，5)，使得焊接由所述邊緣區(qū)段(4，幻形成的所述結(jié)合部( 并且由此將所述第一和所述第二零件部件(2，；3)彼此固定，由此，所述第一和第二零件部件(2， 3)至少部分地形成所述零件(1)，其中選擇所述緩沖材料(9，10)，使得在所述邊緣區(qū)段(4， 5)的焊接中阻止在所述零件部件0，3)的球墨鑄鐵材料中的結(jié)構(gòu)變化， 其中將激光粉末堆焊方法用于堆焊， 其中焊接方法是電子束焊接方法(13)，其中選擇粉末材料的厚度和電子束焊接方法以及激光粉末堆焊方法的參數(shù)，使得通過(guò)電子束焊接方法引起的焊接件(1 的熱影響區(qū)(14)設(shè)置在緩沖材料(9，10)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中含鎳地和/或多層地涂敷所述緩沖材料(9，10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中激光粉末堆焊方法用于將所述緩沖材料(9) 堆焊到所述第一零件部件(4)上，并且，低能量的保護(hù)氣體焊接方法用于將所述緩沖材料 (10)堆焊到所述第二零件部件( 上，使得在邊緣區(qū)段(4，幻上并不形成熱影響區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中在焊接所述邊緣區(qū)段(4，幻時(shí)，使用具有高的焊入深度和狹窄的焊接熔池以及小的熱影響區(qū)(14)的焊接方法。
全文摘要
一種用于由球墨鑄鐵制造零件的方法具有如下步驟設(shè)計(jì)零件(1)，使得由多個(gè)零件部件(2，3)組成零件(1)；由球墨鑄鐵制造零件部件(2，3)；成對(duì)地提供零件部件(2，3)；通過(guò)堆焊將緩沖材料涂敷到第一零件部件(2)的邊緣棱(6)上并且涂敷到第二零件部件(3)的邊緣棱(7)上；第二零件部件(3)借助其邊緣區(qū)段(5)靠置于第一零件部件(2)的邊緣區(qū)段(4)，使得邊緣棱(6，7)借助其緩沖材料彼此靠置；焊接邊緣區(qū)段(4，5)；其中選擇緩沖材料，使得在焊接邊緣區(qū)段(4，5)時(shí)阻止在零件部件(2，3)的球墨鑄鐵材料中的結(jié)構(gòu)變化。
文檔編號(hào)B23K28/00GK102448656SQ201080024227
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者克勞斯·威廉, ·尼珀?duì)柕?卡斯滕, 斯特凡·布呂斯克, 比伊特·格呂格, 盛世倫, 邁克爾·克雷奇默 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司