專利名稱：帶有不銹鋼固定導(dǎo)葉的水輪機(jī)座環(huán)裝配焊接工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有不銹鋼固定導(dǎo)葉的水輪機(jī)座環(huán)裝配焊接工藝方法。
背景技術(shù)：
以往水輪機(jī)座環(huán)的制造工藝是固定導(dǎo)葉與座環(huán)環(huán)板采用相同材料制作，即抗撕裂的碳鋼制作，由于一些河流的泥沙含量較大，采用這種方法制作的座環(huán)雖工藝方法簡(jiǎn)單，成本低廉，但在水輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中固定導(dǎo)葉的磨損非常嚴(yán)重，隨磨蝕量的加大，水輪機(jī)性能也受到較大影響。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種能充分保證抗磨損性能的特殊結(jié)構(gòu)水輪機(jī)座環(huán)的裝配和焊接工藝方法，本發(fā)明的技術(shù)方案為(1)座環(huán)環(huán)板下料座環(huán)環(huán)板材料采用抗撕裂鋼板德國(guó)DIN 17102可焊接的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)為S355-Z35的抗撕裂鋼板，數(shù)控氣割機(jī)下料后將鋼板壓平，使其平面度不大于3mm; (2)環(huán)板鋪焊區(qū)域劃線在環(huán)板過(guò)流面的固定導(dǎo)葉裝配位置劃線，以固定導(dǎo)葉分度圓半徑方向?yàn)橹行木€，畫(huà)出鋪焊區(qū)域輪廓線，輪廓線應(yīng)距固定導(dǎo)葉角焊輪廓線至少 5mm ； (3)鋪焊不銹鋼在鋪焊區(qū)域鋪焊不銹鋼，焊接材料選用美國(guó)焊接協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AWS A5. 9 章規(guī)定的代號(hào)為ER309L的不銹鋼焊絲，焊接方法為熔化極氣體保護(hù)焊，混合氣體積配比 95%氬氣加5% 二氧化碳(95% Ar+5% CO2),鋪焊厚度7 士 Imm; (4)壓平環(huán)板對(duì)鋪焊后的環(huán)板實(shí)行壓平工序，使其平面度不大于3mm ； (5)加工環(huán)板在環(huán)板過(guò)流面?zhèn)燃庸や伜笇?，加工?mm，加工后使其平面度不大于0. 5mm，其余部位按圖紙加工；(6)制作固定導(dǎo)葉固定導(dǎo)葉采用美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)A743卷中鐵-鉻-鎳耐腐蝕馬氏體不銹鋼鑄件(ASTM A743CA-6NM)備料，加工型線及焊接U型坡口，固定導(dǎo)葉長(zhǎng)度與上下環(huán)板開(kāi)口相比小8mm ； (7)裝焊固定導(dǎo)葉在環(huán)板鋪焊層上劃出固定導(dǎo)葉裝配位置線，裝配固定導(dǎo)葉，焊接固定導(dǎo)葉與環(huán)板間焊縫，預(yù)熱溫度不低于80°C，焊接材料選擇美國(guó)焊接協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AWS A5. 9章規(guī)定的代號(hào)為ER410MMO的馬氏體不銹鋼焊絲，焊接方法為熔化極氣體保護(hù)焊，混合氣體積配比95%氬氣加5%二氧化碳(95% Ar+5% CO2)；⑶打磨焊縫打磨固定導(dǎo)葉與環(huán)板焊縫； (9)焊后給座環(huán)退火；(10)噴碳化鎢涂層在環(huán)板和固定導(dǎo)葉的過(guò)流面噴碳化鎢涂層，涂層厚度0. 3mm，涂層邊緣平滑過(guò)渡。本發(fā)明座環(huán)的主要特點(diǎn)是座環(huán)環(huán)板為低合金碳素結(jié)構(gòu)鋼、座環(huán)固定導(dǎo)葉為馬氏體不銹鋼，其難點(diǎn)在于特殊結(jié)構(gòu)工件的異種鋼焊接過(guò)程，水輪機(jī)座環(huán)共有16個(gè)固定導(dǎo)葉， 其中15個(gè)普通固定導(dǎo)葉(1# 15#固定導(dǎo)葉)，1個(gè)特殊固定導(dǎo)葉(大舌板，16#固定導(dǎo)葉)，以往制作水輪機(jī)座環(huán)，各部分均采用普通碳鋼制作，這種材料抗磨蝕性能較差，隨著水輪機(jī)服役，固定導(dǎo)葉受到水中泥沙、石子、高壓氣泡的沖刷和腐蝕而產(chǎn)生型線改變，導(dǎo)致水輪機(jī)性能受到較大影響，若全部采用不銹鋼材料制作座環(huán)，制作成本較高，又不滿足經(jīng)濟(jì)性的要求。本發(fā)明深入分析了水輪機(jī)座環(huán)受磨蝕的原因及區(qū)域，研究發(fā)現(xiàn)，影響水輪機(jī)性能的磨蝕均產(chǎn)生在固定導(dǎo)葉表面，本發(fā)明采用不銹鋼固定導(dǎo)葉，并且在焊后對(duì)環(huán)板及固定導(dǎo)葉過(guò)流面噴碳化鎢涂層，可解決水輪機(jī)座環(huán)磨蝕嚴(yán)重的問(wèn)題，若采用不銹鋼固定導(dǎo)葉，則需解決如下技術(shù)問(wèn)題，一是不銹鋼固定導(dǎo)葉與碳鋼環(huán)板間異種鋼可焊性問(wèn)題；二是防止固定導(dǎo)葉與環(huán)板間焊縫的母材區(qū)域出現(xiàn)層狀撕裂現(xiàn)象的問(wèn)題。異種鋼焊接時(shí)，會(huì)在熔合線附近出現(xiàn)由脫碳層與鉻-碳化合物硬化層組成的碳遷移擴(kuò)散層，在碳遷移擴(kuò)散層中會(huì)出現(xiàn)硬度突變，該突變對(duì)工作性能是有害的，容易在這個(gè)部位造成破壞。本發(fā)明采用鋪焊奧氏體金屬隔離層的辦法，利用奧氏體不銹鋼高鉻鎳含量降低碳的擴(kuò)散遷移傾向，改善不銹鋼與碳鋼焊接時(shí)的組織和力學(xué)性能。座環(huán)固定導(dǎo)葉與環(huán)板間焊縫屬高層狀撕裂傾向焊縫，本發(fā)明采用硬度較低塑性較好的奧氏體不銹鋼焊接材料在拘束度很小的情況下先鋪焊1-2層，有助于降低焊縫對(duì)環(huán)板的直接拉伸應(yīng)力，進(jìn)而降低層狀撕裂傾向，保證焊縫質(zhì)量。為了進(jìn)一步的提高座環(huán)整體抗磨蝕能力，除采用不銹鋼固定導(dǎo)葉外，本發(fā)明還采用過(guò)流面全部噴涂碳化鎢涂層的方法解決泥沙磨蝕問(wèn)題，本發(fā)明是水輪機(jī)座環(huán)制造方法上的新途徑，不銹鋼固定導(dǎo)葉的采用兼顧了座環(huán)的制作成本和性能要求，上下環(huán)板及其余結(jié)構(gòu)采用低合金碳素結(jié)構(gòu)鋼制作，節(jié)約了整體制作成本；鋪焊過(guò)渡層的采用解決了異種鋼焊接性問(wèn)題和座環(huán)環(huán)板層狀撕裂傾向問(wèn)題，二次加工工序保證了制造精度，過(guò)流面碳化鎢涂層進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的抗磨蝕能力。使用本發(fā)明的工藝方法制作的座環(huán)，磨蝕問(wèn)題得以解決，兼顧了經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性， 解決了異種鋼焊接性問(wèn)題和環(huán)板層狀撕裂傾向問(wèn)題。


圖1是座環(huán)核心結(jié)構(gòu)示意2是環(huán)板過(guò)流表面鋪焊不銹鋼示意圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是一種保證座環(huán)上下環(huán)板抗撕裂能力和固定導(dǎo)葉抗磨蝕能力的一種制造工藝方法，本發(fā)明的技術(shù)方案為(1)座環(huán)環(huán)板下料座環(huán)環(huán)板材料采用德國(guó)DIN 17102可焊接的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)為S355-Z35的抗撕裂鋼板，下料后壓平，使環(huán)板平面度不大于3mm ； (2)環(huán)板鋪焊區(qū)域劃線在環(huán)板過(guò)流面的固定導(dǎo)葉裝配位置劃線，以固定導(dǎo)葉分度圓半徑方向?yàn)橹行木€， 畫(huà)出鋪焊區(qū)域輪廓線，輪廓線應(yīng)距固定導(dǎo)葉角焊輪廓線至少5mm，輪廓線可在圖紙中給出； (3)鋪焊不銹鋼在鋪焊區(qū)域鋪焊不銹鋼，焊接材料選擇美國(guó)焊接協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AWS A5.9章規(guī)定的代號(hào)為ER309L的奧氏體不銹鋼焊絲，焊接方法為熔化極氣體保護(hù)焊，混合氣體積配比 95%氬氣加5% 二氧化碳(95% Ar+5% CO2),鋪焊厚度7 士 Imm; (4)壓平環(huán)板對(duì)鋪焊后的環(huán)板實(shí)行壓平工序，使其平面度不大于3mm ； (5)加工環(huán)板在環(huán)板過(guò)流面?zhèn)燃庸や伜笇樱庸ち?mm，加工后使其平面度不大于0. 5mm，其余部位如倒角、倒圓角等按圖紙加工；(6)制作固定導(dǎo)葉固定導(dǎo)葉采用美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)A743卷中鐵-鉻-鎳耐腐蝕馬氏體不銹鋼鑄件(ASTM A743CA-6NM)備料，加工型線及焊接坡口(U型坡口)，固定導(dǎo)葉理論長(zhǎng)度應(yīng)比上下環(huán)板開(kāi)口小8mm，以便留出鋪焊余量；(7)裝焊固定導(dǎo)葉在環(huán)板鋪焊層上劃出固定導(dǎo)葉裝配位置線，按線裝配固定導(dǎo)葉，焊接固定導(dǎo)葉與環(huán)板間焊縫，預(yù)熱溫度不低于80°C， 焊接材料選擇美國(guó)焊接協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AWS A5.9章規(guī)定的代號(hào)為ER410MMO的馬氏體不銹鋼焊絲，焊接方法為熔化極氣體保護(hù)焊，混合氣體積配比95%氬氣加5%二氧化碳(95%Ar+5% CO2) ； (8)打磨焊縫打磨固定導(dǎo)葉與環(huán)板焊縫，打磨圓角至圖紙要求；(9)焊后給座環(huán)退火；(10)噴碳化鎢涂層在環(huán)板和固定導(dǎo)葉的過(guò)流面噴碳化鎢涂層，涂層厚度0. 3mm，涂層邊緣平滑過(guò)渡。如圖1所示水輪機(jī)座環(huán)核心結(jié)構(gòu)示意圖，上環(huán)板1和下環(huán)板2采用S355-Z35抗撕裂鋼板制作，下料后壓平，在上環(huán)板1和下環(huán)板2的過(guò)流面?zhèn)?即固定導(dǎo)葉3側(cè))畫(huà)出鋪焊不銹鋼過(guò)渡層的區(qū)域輪廓線，鋪焊不銹鋼，焊接材料美國(guó)焊接協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AWS A5. 9章規(guī)定的代號(hào)為ER309L的奧氏體不銹鋼焊絲，焊接方法為熔化極氣體保護(hù)焊，混合氣體積配比95% 氬氣加5%二氧化碳(95% Ar+5% CO2)，鋪焊厚度7 士 1mm，加工鋪焊后的上環(huán)板1和下環(huán)板 2，使上環(huán)板1和下環(huán)板2鋪焊區(qū)域的平面度不大于0. 5mm，制作固定導(dǎo)葉3，材料選用美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)A743卷中鐵-鉻-鎳耐腐蝕馬氏體不銹鋼鑄件(ASTM A743CA-6NM)， 裝焊固定導(dǎo)葉3，焊接固定導(dǎo)葉3與上環(huán)板1及下環(huán)板2間焊縫，預(yù)熱溫度不低于80°C，焊接材料為美國(guó)焊接協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AWS A5. 9章規(guī)定的代號(hào)為ER410MMO的馬氏體不銹鋼焊絲，焊接方法為熔化極氣體保護(hù)焊，混合氣體積配比95%氬氣加5%二氧化碳(95% Ar+5% CO2)， 如圖1所示，焊后打磨固定導(dǎo)葉3與上環(huán)板1及下環(huán)板2間焊縫，焊后在上環(huán)板1、下環(huán)板2 及固定導(dǎo)葉3的過(guò)流面噴碳化鎢涂層，涂層厚度0. 3mm，涂層邊緣平滑過(guò)渡。如圖2所示為不銹鋼過(guò)渡層鋪焊示意圖，在上環(huán)板1、下環(huán)板2的過(guò)流面?zhèn)鹊闹付ㄎ恢娩伜高^(guò)渡層4，過(guò)渡層4的厚度為7士 1mm，焊后壓平，壓平后加工至4士 1mm。需用裝備 數(shù)控氣割機(jī) 螺旋千斤頂眷數(shù)控銑床 卷尺 鉛垂· 3000t 油壓機(jī) 墊片 熔化極氣體保護(hù)焊機(jī) 混合氣供氣系統(tǒng) 風(fēng)動(dòng)旋風(fēng)銑 風(fēng)鏟 退火爐具體工藝步驟 座環(huán)環(huán)板下料座環(huán)環(huán)板材料采用抗撕裂鋼板S355-Z35，按圖紙要求采用數(shù)控氣割機(jī)下料，下料后壓平，使環(huán)板平面度不大于3mm。 按圖紙要求在環(huán)板過(guò)流面的固定導(dǎo)葉裝配位置劃線，以固定導(dǎo)葉分度圓半徑方向?yàn)橹行木€，畫(huà)出鋪焊區(qū)域輪廓線，輪廓線應(yīng)距固定導(dǎo)葉角焊輪廓線至少5mm。鋼，焊接材料為美國(guó)焊接協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AWS A5. 9章規(guī)定的代號(hào)為ER309L的奧氏體不銹鋼焊絲，焊接方法熔化極氣體保護(hù)焊，混合氣體積配比95%氬氣加 5% 二氧化碳(95% Ar+5% CO2),鋪焊厚度 7 士 1_。 用油壓機(jī)壓平環(huán)板，使其平面度不大于3mm。 加工環(huán)板，使鋪焊層平面度不大于0. 5mm，其余按圖紙加工。 制作不銹鋼固定導(dǎo)葉，材料選用美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)A743卷中鐵_鉻-鎳耐腐蝕馬氏體不銹鋼鑄件(ASTM A743CA-6NM)，鑄造后加工。 裝焊固定導(dǎo)葉，預(yù)熱溫度不低于80°C，焊接材料為美國(guó)焊接協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AWS A5. 9 章規(guī)定的代號(hào)為ER410MMO的馬氏體不銹鋼焊絲，焊接方法熔化極氣體保護(hù)焊，混合氣體積配比95%氬氣加5% 二氧化碳(95% Ar+5% CO2)。 打磨固定導(dǎo)葉與環(huán)板間焊縫。 焊后給座環(huán)退火。 噴碳化鎢涂層，涂層厚度0. 3mm，涂層邊緣平滑過(guò)渡。本發(fā)明是水輪機(jī)座環(huán)制造方法上的新途徑，不銹鋼固定導(dǎo)葉的采用兼顧了座環(huán)的制作成本和性能要求，上下環(huán)板及其余結(jié)構(gòu)采用低合金碳素結(jié)構(gòu)鋼制作，節(jié)約了整體制作成本；鋪焊過(guò)渡層的采用解決了異種鋼焊接性問(wèn)題和座環(huán)環(huán)板層狀撕裂傾向問(wèn)題，二次加工工序保證了制造精度，過(guò)流面碳化鎢涂層進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的抗磨蝕能力。本發(fā)明采取了一系列措施解決了不銹鋼固定導(dǎo)葉與環(huán)板間異種鋼的焊接性問(wèn)題， 解決了座環(huán)制作中環(huán)板層狀撕裂傾向的問(wèn)題，本發(fā)明的意義在于，通過(guò)采取一系列的特殊焊接工藝方法，設(shè)計(jì)合適的焊接結(jié)構(gòu)，使得“低合金碳素結(jié)構(gòu)鋼+馬氏體不銹鋼，，制作水輪機(jī)座環(huán)成為可能，進(jìn)而保證了本發(fā)明產(chǎn)品的抗磨蝕性能及經(jīng)濟(jì)性。使用本發(fā)明的工藝方法制作的座環(huán)，磨蝕問(wèn)題得以解決，兼顧了經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性， 解決了異種鋼焊接性問(wèn)題和環(huán)板層狀撕裂傾向問(wèn)題。
權(quán)利要求
1. 一種帶有不銹鋼固定導(dǎo)葉的水輪機(jī)座環(huán)裝配焊接工藝方法，其特征是 (1)座環(huán)環(huán)板下料座環(huán)環(huán)板材料采用抗撕裂鋼板S355-Z35(DIN17102可焊接的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼)，下料后壓平，使環(huán)板平面度不大于3mm ； (2)環(huán)板鋪焊區(qū)域劃線在環(huán)板過(guò)流面的固定導(dǎo)葉裝配位置劃線，以固定導(dǎo)葉分度圓半徑方向?yàn)橹行木€，畫(huà)出鋪焊區(qū)域輪廓線，輪廓線應(yīng)距固定導(dǎo)葉角焊輪廓線至少5mm; (3)鋪焊不銹鋼在鋪焊區(qū)域鋪焊不銹鋼，焊接材料選擇美國(guó)焊接協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AWS A5. 9章規(guī)定的代號(hào)為ER309L的奧氏體不銹鋼焊絲，焊接方法為熔化極氣體保護(hù)焊，混合氣體積配比95%氬氣加5%二氧化碳(95% Ar+5% CO2)，鋪焊厚度7 士 Imm ； (4)壓平環(huán)板對(duì)鋪焊后的環(huán)板實(shí)行壓平工序，使其平面度不大于3mm ； (5) 加工環(huán)板在環(huán)板過(guò)流面?zhèn)燃庸や伜笇?，加工?mm，加工后使其平面度不大于0. 5mm,其余部位按圖紙加工；(6)制作固定導(dǎo)葉固定導(dǎo)葉采用美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)A743卷中鐵-鉻-鎳耐腐蝕馬氏體不銹鋼鑄件(ASTM A743CA-6NM)材料，加工型線及焊接U型坡口， 固定導(dǎo)葉長(zhǎng)度與上下環(huán)板開(kāi)口相比小8mm; (7)裝焊固定導(dǎo)葉在環(huán)板鋪焊層上劃出固定導(dǎo)葉裝配位置線，裝配固定導(dǎo)葉，焊接固定導(dǎo)葉與環(huán)板間焊縫，預(yù)熱溫度不低于80°C，焊接材料選擇美國(guó)焊接協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)AWS A5. 9章規(guī)定的代號(hào)為ER410NiMo的馬氏體不銹鋼焊絲，焊接方法為熔化極氣體保護(hù)焊，混合氣體積配比95%氬氣加5%二氧化碳(95% Ar+5% CO2)； (8)打磨焊縫打磨固定導(dǎo)葉與環(huán)板焊縫；(9)焊后給座環(huán)退火；(10)噴碳化鎢涂層在環(huán)板和固定導(dǎo)葉的過(guò)流面噴碳化鎢涂層，涂層厚度0. 3mm，涂層邊緣平滑過(guò)渡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有不銹鋼固定導(dǎo)葉水輪機(jī)座環(huán)的裝配焊接工藝方法，環(huán)板采用抗撕裂鋼板制作，環(huán)板鋪焊不銹鋼，焊接材料鋪焊厚度7±1mm，加工鋪焊后的環(huán)板，使鋪焊區(qū)域的平面度不大于0.5mm，固定導(dǎo)葉材料選用馬氏體不銹鋼，裝焊固定導(dǎo)葉，退火，過(guò)流面噴碳化鎢涂層，本發(fā)明利用選材、二次加工及鋪焊過(guò)渡層解決了層狀撕裂、裝配精度及異種鋼焊接的關(guān)鍵性工藝問(wèn)題，本發(fā)明具有制作成本低廉、工藝流程合理簡(jiǎn)潔、能夠提供較高的耐磨蝕性能、提高產(chǎn)品的性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23P15/00GK102363258SQ20111018300
公開(kāi)日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者喬宏來(lái), 魏方楷 申請(qǐng)人:哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司