專利名稱：一種在固體鋼構(gòu)件上所開的槽內(nèi)進(jìn)行焊接的方法及該方法在修理開裂的轉(zhuǎn)子時(shí)的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種在固體鋼構(gòu)件上所開的槽內(nèi)進(jìn)行焊接的方法。
這一方法可被特別用來(lái)修理開裂的零件，特別是轉(zhuǎn)子。
已有一些修理開裂的轉(zhuǎn)子的建議，通過在靠近裂縫的地方切開轉(zhuǎn)子，然后去掉開裂的部分，并以一替代零件與轉(zhuǎn)子的兩部分焊在一起以替代上述去掉的部分。然而，這一方法有一些困難，特別是要精確地對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子的兩個(gè)部分。
為了修理轉(zhuǎn)子，發(fā)明者設(shè)想在裂紋位置加工一個(gè)槽，該槽具有一個(gè)不變的深度並圍繞著整個(gè)轉(zhuǎn)子以消除裂紋。
使在一固體鋼轉(zhuǎn)子，以及在更經(jīng)常的情況下，在任何一個(gè)固體鋼構(gòu)件上所開的槽內(nèi)進(jìn)行焊接成為可能的本發(fā)明的方法的特點(diǎn)是先加工出槽底焊道，然后用低合金鋼填充材料充填各槽壁的表面，進(jìn)行熱處理以消除槽壁相鄰部分區(qū)域的應(yīng)力，兩表面層之間的空間用低合金鋼填充材料充填，上述的壁表面處理的操作通過下述方式完成在槽內(nèi)離上述槽壁一定距離放置一碳鋼板，用幾層碳含量在0.08%和0.12%范圍內(nèi)的低合金鋼填充鋼板和槽壁之間的空間，去掉鋼板和有選擇的一部分填充材料，以在壁上僅留下一層填充材料。
在槽底焊道內(nèi)使用的較為合適的填充金屬是一種非合金的低碳鋼。
依靠本發(fā)明的方法，槽的兩壁各具有一附著易焊接材料的表面而不會(huì)在槽壁上產(chǎn)生應(yīng)力，因此就避免了零件被損壞的主要危險(xiǎn)。任何鋼構(gòu)件的缺陷都可通過在缺陷部分加工直的或環(huán)形的槽以及按照本發(fā)明焊接上述槽而得到消除。
本發(fā)明的方法現(xiàn)參考一特殊的實(shí)例以及通過無(wú)限止的例子所提供的變化形式進(jìn)行詳細(xì)描述，並通過下列附圖來(lái)表示

圖1至7表示的是本發(fā)明的焊接方法的各種不同的階段。
圖8表示的是一適于在圖1至圖7的方法中使用的鋼板件。
圖9表示的是圖1至7的方法的變化形式。
在圖1中，在一固體鋼轉(zhuǎn)子中形成的槽1以剖面的形式表示。該槽是環(huán)形的，並被加工用于去除裂紋的目的。
槽的寬度取決于裂紋的縱向尺寸，而槽的深度取決于上述裂紋的橫向尺寸。
轉(zhuǎn)子由合金鋼制成，其成份特別包括鉻、鉬、釩以及大約0.26%的碳。
如果轉(zhuǎn)子在臨界溫度處(如高于450℃)工作，通過將溫度升高到高于600℃，如650℃，保持一取適當(dāng)時(shí)間(如20至24小時(shí))，它就可減少脆性。
然后，完成兩至三個(gè)槽底焊道以使用填充金屬，如非合金低碳鋼(≈0.06%C)覆蓋上二或三層(2)。
轉(zhuǎn)子的基底金屬在覆蓋的金屬中被稀釋。
給定的填充金屬是非合金的，被覆蓋的金屬的變硬能力是相當(dāng)?shù)偷摹Ｒ虼?，首先避免了殘余?yīng)力的增加，其次獲得了對(duì)冷裂不敏感的結(jié)構(gòu)，因此減低了開裂的全部危險(xiǎn)。
轉(zhuǎn)子上設(shè)有支承3和3′，它們?cè)诤笠浑A段使用。
然后一鋼板4被放置在槽1′內(nèi)(見圖2)。由于槽是環(huán)狀的，上述鋼板4由兩個(gè)半園形部分5和5′構(gòu)成(見圖8)。
鋼板4具有一凸緣6，其上開有適于與支承3相配合的槽7，凸緣6比上述支承3要寬。該鋼板還有一與凸緣6垂直延伸的表面8。
第二表面9與第一表面8成1°至2°的角度，其有一從槽的底部向它的開口10逐漸減小的坡度。表面8貼緊槽1的壁11，這樣，在傾斜的表面9和槽1的第二壁面13之間形成一空間12。
鋼板件由具有很低彈性極限(Re0.2 300MPa)的低合金碳鋼制成。
然后金屬層14被覆蓋在空間12內(nèi)，并一直填充到空間口10(見圖3)。
當(dāng)金屬層14被充填並固化時(shí)，它們即收縮。結(jié)果，板4繞其在槽底的部分?jǐn)[動(dòng)，其表面8與壁11脫離開。槽7與支承3配合，因而限制了表面8脫開的程度。槽7的寬度是這樣設(shè)計(jì)的，當(dāng)表面9與壁11和13平行時(shí)，板4就停止運(yùn)動(dòng)。
這在空間12被填充到大約一半時(shí)發(fā)生。當(dāng)金屬層14被進(jìn)一步填充時(shí)，板4隨著金屬層14固化時(shí)收縮而產(chǎn)生橫向變形。由于其很低的彈性極限，以及用來(lái)填充金屬層14的焊接填充金屬是使用鉻和鉬的低合金層(低于5%)以及具有高的碳含量(0.16%和0.22%之間)，上述的板4的變形成為可能。金屬層是依靠在固體或氣體焊劑保護(hù)下的自動(dòng)焊接進(jìn)行填充的。它也可使用特殊的焊絲或借助于帶涂層的電極使用手工焊接。
在這些各種各樣的例子中，填充金屬和焊劑(當(dāng)用焊劑進(jìn)行焊接時(shí))以這樣的方式選擇固化的金屬層14由碳含量在0.08%和0.12%范圍內(nèi)的低合金鋼構(gòu)成，因此，能較好地兼顧焊接性能和機(jī)械性能。
然后，對(duì)槽1進(jìn)行加工以去除板4和填充空間12的焊層的一部分，僅在壁13上留下一表面金屬層15和在底部的金屬層2(見圖4)。表面層15至少有5mm厚。
然后，一板4′被放置在緊靠表面層15的地方，該板具有和板4同樣的特點(diǎn)(見圖5)。
具有與焊接金屬層14同樣成分的焊接金屬層14′被用來(lái)填充壁11和板4′之間的空間16(見圖6)。
然后，對(duì)槽1進(jìn)行加工，去除板4′和填充空間16的焊層的一部分，以僅留下壁11上的表面層17，它與表面層15具有同樣的厚度(見圖7)。這表面層15和17由碳含量在0.08%至0.12%范圍內(nèi)的低合金鋼構(gòu)成，因而它們能很容易被焊接並只產(chǎn)生很低的殘余應(yīng)力。
在轉(zhuǎn)子的靠近壁11和13的地方，有熱影響區(qū)域18和19，在此處，鋼主要是馬氏體和貝氏體形式，因而使壁部對(duì)殘余應(yīng)力非常敏感。
由于空間12和16被填充時(shí)，有板4和4′存在，區(qū)域18和19僅有很少的殘余收縮應(yīng)力，因此減少了開裂的危險(xiǎn)。
而且，為了極大地降低對(duì)殘余應(yīng)力的敏感性和軟化熱影響區(qū)域，在制造轉(zhuǎn)子過程中進(jìn)行了熱處理，在熱處理時(shí)，這些區(qū)域被升至不高于退火溫度的溫度。
這一溫度(例如約670℃)被保持約20小時(shí)。
而以后，在表面層15和17之間的空間20用焊層21充填，它具有與表面層15和17大致相同的成分。實(shí)際上，由于基底鋼材在表面層中被稀釋，在表面層中鋼和合金金屬的含量是15%至20%，大大提高于焊層21中的含量。由于表面層15和17由低合金鋼構(gòu)成，它們比原先的基底金屬層更不易開裂。
結(jié)果，最后的充填在材料中產(chǎn)生了新的熱影響區(qū)域，它比轉(zhuǎn)子的基底金屬對(duì)冷開裂更不敏感，因而能承受較高的收縮應(yīng)力。
當(dāng)槽1較寬時(shí)，它可使用一對(duì)板件22、22′來(lái)取代兩板4和4′，板22、22′用例如電弧焊這樣的方法焊接到在槽1的底部上沉積的金屬層2上(見圖9)。
壁13和板22′之間的空間12和板22與壁11之間的空間16都用圖1至圖7描述的焊接方法來(lái)充填。金屬層可同時(shí)被充填在兩個(gè)空間內(nèi)，或者先部分填充一個(gè)空間，再移到另一空間進(jìn)行部分填充，如此重復(fù)進(jìn)行。也可以先填充完一個(gè)空間再接著填充另一個(gè)。
板22和22′的表面與壁13和11一起形成空間12和16，它們從槽的底部向頂部與相關(guān)的壁13和11有一向外的坡度。在充填空間12和16時(shí)，它們與上述的壁成平行狀態(tài)。
然后，在槽進(jìn)行加工以去除一對(duì)板件22、22′，並在單一階段內(nèi)獲得兩個(gè)表面層以形成一個(gè)空間，然后該空間以圖7描述的方式被填充。
熱處理可在去除板22和22′之前或之后進(jìn)行。
這一方法的變化形式具有僅用一道機(jī)加工工序就可去除板22和22′的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種在一固體合金鋼構(gòu)件上所開的槽(1)內(nèi)進(jìn)行焊接的方法，其特征是槽底焊道(2)被加工完成，然后槽(1)的各個(gè)壁(11、13)用低合金鋼填充材料充填表面，進(jìn)行熱處理以消除槽壁(11、13)相鄰部分區(qū)域(18、19)處的應(yīng)力，兩表面層(15、17)之間的空間(20)用低合金鋼填充材料進(jìn)行充填，上述的對(duì)壁(11、13)充填表面的操作通過以下步驟完成在槽(1)內(nèi)離壁(13、11)一定距離放置一碳鋼板(4、4′、22、22′)，用碳含量在0.08%至0.12%范圍內(nèi)的低合金鋼的金屬層(14、14′)充填板(4、4′、22、22′)與壁(11、13)之間的空間(12、16)，去掉鋼板(4、4′、22、22′)和充填層的有選擇的一部分，以在壁(13、11)上僅留下一表面層(15、17)。
2.一種按照權(quán)利要求1的焊接方法，其特征是槽底焊道是使用非合金低碳鋼作為填充金屬來(lái)完成的。
3.一種按照權(quán)利要求1或2的焊接方法，其特征是碳鋼板(4、4′、22、22′)在槽(1)的底部被固緊，它被設(shè)置成其面向壁(13、11)的表面從槽(1)的底部向其開口(10)從上述壁(13、11)略微傾斜開。
4.一種按照權(quán)利要求3的焊接方法，其特征是傾斜角度以這樣的方式選擇，當(dāng)板(4、4′、22、22′)和壁(13、11)之間的空間(12、16)被充填時(shí)，板(4、4′、22、22′)的朝向壁(13、11)的表面與上述的壁(13、11)平行。
5.一種按照權(quán)利要求4的焊接方法，其特征是當(dāng)板(4、4′)朝壁(13、11)的表面與上述壁(13、11)成平行狀態(tài)時(shí)，板(4、4′)進(jìn)入支承。
6.一種按照權(quán)利要求5的方法，其特征是當(dāng)板(4、4′)和壁(13、11)之間的空間(12、16)被充填至一半時(shí)，板(4、4′)進(jìn)入支承。
7.一種按照上述任何權(quán)利要求的方法，其特征是當(dāng)板(4、4′)和壁(13、11)之間的空間被充填時(shí)，板(4、4′)的底部仍與可能有選擇地具有一表面層(15)的其他的壁(11、13)保持接觸。
8.一種按照權(quán)利要求1至4的任何一項(xiàng)的方法，其特征是一對(duì)板件(22、22′)被放置在槽(1)的中間部分，因此，連同兩壁(11、13)一起，形成兩個(gè)準(zhǔn)備被充填的空間(16、12)。
9.按照上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)的方法在修理具有缺陷的轉(zhuǎn)子中的應(yīng)用，其中，在有缺隙的位置加工一環(huán)形槽，以及使用由半環(huán)狀部分(5、5′)所構(gòu)成的板(4、4′、22、22′)。
全文摘要
一種在固體合金鋼構(gòu)件上所開槽內(nèi)進(jìn)行焊接的方法，其特點(diǎn)是底部焊道被加工完成，然后槽的各壁用低合金鋼填充材料填充表面，進(jìn)行熱處理以消除與槽壁相鄰部分區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力，兩表面層之間的空間用低合金鋼填充材料進(jìn)行充填，操作步驟是在槽內(nèi)離壁一定距離放置一碳鋼板，用碳含量0.08％至0.12％范圍內(nèi)的低合金鋼的金屬層填充板與壁之間的空間，去除鋼板和填充層的有選擇的部分，這方法可去除零件上的缺陷，并極大地降低開裂的危險(xiǎn)。
文檔編號(hào)B23K31/00GK1030883SQ88104679
公開日1989年2月8日 申請(qǐng)日期1988年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月28日
發(fā)明者吉爾斯·阿萊娜, 馬克斯·諾哥萊特 申請(qǐng)人:阿爾斯湯姆有限公司