一種不銹鋼沖焊式離心泵葉輪及其改進焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于離心泵技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種不銹鋼沖焊式離心泵葉輪的改進焊接方法，主要用于提高沖焊離心泵葉輪的焊接強度和使用壽命。
【背景技術(shù)】
[0002]沖壓焊接離心泵葉片和鑄造葉輪相比，不是整體澆鑄，而是需要將葉輪不同的零件焊接在一起組成葉輪，因此沖壓焊接離心泵工藝涉及壓力加工、焊接、熱處理和模具等多專業(yè)協(xié)作，難度大。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)沖壓焊接葉輪，其前蓋板都做成平面，葉片一般為直葉片，而直葉片在彎曲后不易與有錐度的前蓋板耦合，這樣液體容易產(chǎn)生流道間串流，且對葉輪的強度產(chǎn)生不良影響。
[0003]此外，對于前后蓋板與葉片分離的葉輪，有采用在前后蓋板和葉片上開螺紋孔用緊定螺釘固定的方法，但是沖焊葉片比鑄造葉片薄，流道光滑，開孔不太現(xiàn)實，而且這種固定方式容易使流體在不同流道間串流，影響泵的效率。也有采用直接焊接的方法，但是由于普通焊接容易出現(xiàn)焊接裂紋、未焊透、夾渣、氣孔和焊縫外觀等缺欠。這些缺欠會減少焊縫截面積，降低承載能力，產(chǎn)生應力集中，引起裂紋，降低疲勞強度，易引起焊件破裂導致脆斷。而且前蓋板和后蓋板與葉片的焊縫處由于焊接產(chǎn)生了特殊的物理化學變化，導致材料的性能降低，容易發(fā)生腐蝕，在葉輪工作時，如果發(fā)生汽蝕，這種腐蝕會變得更加嚴重，導致焊縫處腐蝕穿透，流道間產(chǎn)生串流，泵效率急劇下降，葉輪壽命降低。
[0004]使用傳統(tǒng)的焊接工藝焊接存在許多不足，諸如熱影響區(qū)和焊縫區(qū)寬度很大，葉片和蓋板收縮變形嚴重、有害殘余應力的產(chǎn)生、焊接速度較慢、合金元素存在蒸發(fā)損失甚至是葉片焊接的失敗。使用激光焊接與這些低效率和易氧化的焊接工藝相比，光纖不銹鋼焊接的焊縫區(qū)和熱影響區(qū)寬度很小，另外，光纖不誘鋼焊接的顯微硬度和拉伸性能更高，且光纖激光傳輸靈活、控制方便，在葉輪內(nèi)部葉片和蓋板普通焊接不能焊到的位置，激光焊接都可以焊到。
[0005]經(jīng)檢索，申請?zhí)枮镃N201220645789的實用新型專利介紹了一種離心泵葉輪，前蓋板的內(nèi)側(cè)面上均布有多個葉片槽，葉片槽內(nèi)設(shè)置有定位孔，后蓋板的內(nèi)側(cè)面上均布有多個與葉片槽相對應的葉片，葉片上設(shè)置有與定位孔相對應的定位柱，前蓋板與后蓋板定位裝配后焊接成一個整體。但是，這種葉輪是鑄造而成，在不銹鋼沖壓焊接離心泵領(lǐng)域難以實現(xiàn)。目前關(guān)于不銹鋼沖焊式離心泵葉輪空間曲線焊接的改進方法的專利還未見相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在前蓋板、后蓋板與葉片焊接處易出現(xiàn)漏焊、虛焊等不足，普通焊接容易出現(xiàn)焊接裂紋、未焊透、夾渣、氣孔和焊縫外觀等缺陷，本發(fā)明提供了一種不銹鋼沖焊式離心泵葉輪空間曲線焊接的改進方法，通過改進沖焊離心泵葉輪葉片前蓋板和后蓋板的設(shè)計制造，將前蓋板、后蓋板與葉片貼合端沖壓出能夠使葉片嵌入的凹槽，葉片加工過程采用激光強化和光纖焊接工藝，使葉片與前后蓋板焊接成型后不出現(xiàn)上述不足和缺陷。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0008]一種不銹鋼沖焊式離心泵葉輪，包括前蓋板、葉片、后蓋板和輪轂，所述葉片的前端和后端分別設(shè)有前蓋板和后蓋板，所述后蓋板后端設(shè)置有輪轂，所述前蓋板與葉片親合的一面設(shè)有第一凹槽，所述第一凹槽的數(shù)量與葉片的數(shù)量相同，所述第一凹槽的形狀與葉片貼近前蓋板一端的形狀相同；所述后蓋板與葉片耦合的一面設(shè)有第二凹槽，所述第二凹槽的數(shù)量與葉片的數(shù)量相同，所述第二凹槽的形狀與葉片貼近后蓋板一端的形狀相同。
[0009]進一步的，所述葉片為彎曲葉片或圓柱直葉片。
[0010]進一步的，所述第一凹槽的深度為0.其寬度比葉片貼合前蓋板一端的寬度多 0.lmm-0.5mm。
[0011]進一步的，所述第一凹槽的深度為0.5_，其寬度比葉片貼合前蓋板一端的寬度多0.1mm0
[0012]進一步的，所述第二凹槽深度為0.其寬度比葉片貼合后蓋板一端的寬度多 0.lmm-0.5mm。
[0013]進一步的，所述第二凹槽深度為0.5mm，其寬度比葉片貼合后蓋板一端的寬度多0.1mnin
[0014]一種不銹鋼沖焊式離心泵葉輪的改進焊接方法，包括如下步驟:
[0015]步驟A:通過速度系數(shù)法確定葉輪各參數(shù)，包括葉片進口寬度Id1、葉片出口寬度b2、葉片進口角安放角。，葉片出口角安放角β2，葉片包角Φ、葉片厚度S1、葉片數(shù)Ζ、前蓋板內(nèi)徑D1、前蓋板外徑D2、前蓋板厚度S2、后蓋板直徑D3、后蓋板厚度S3、輪轂直徑d和輪轂厚度S4;以此在CAD中建立所述葉輪模型；
[0016]步驟B:根據(jù)步驟A中所述葉輪模型分別得到前蓋板模型與葉片模型貼合端、后蓋板模型與葉片模型貼合端的空間曲線的形狀；
[0017]步驟C:根據(jù)步驟A中所述葉輪模型沖壓出初始葉片，初始葉片的工作面和背面經(jīng)打磨、拋光、激光沖擊強化；之后用去離子水淸洗、酒精超聲波去油污，得到葉片；
[0018]步驟D:根據(jù)步驟B中所述前蓋板模型與葉片模型貼合端的空間曲線的形狀，在所述前蓋板與葉片耦合的平面上沖壓出與葉片數(shù)量相同的第一凹槽；第一凹槽深度為0.5-1_，其寬度比葉片貼合前蓋板一端的寬度多0.lmm-0.5_ ;同樣的，根據(jù)步驟B中后蓋板模型與葉片模型貼合端的空間曲線的形狀，將所述后蓋板沖壓出第二凹槽，第一凹槽的深度為0.5-1_，其寬度比葉片貼合后蓋板一端的寬度多0.lmm-0.5mm ；
[0019]步驟E:將葉片的兩端分別嵌入前蓋板和后蓋板并固定相對位置，先將葉片與后蓋板激光焊接，再焊接葉片與前蓋板，最后將輪轂和已焊接件焊接起來；隨后對焊接產(chǎn)生的焊縫區(qū)進行打磨、拋光、激光沖擊強化，之后經(jīng)去離子水淸洗、酒精超聲波去油污，得到葉輪成品。
[0020]進一步的，步驟C中所述激光沖擊強化所用裝置為Nd:YAG激光器。
[0021]進一步的，步驟E中所述激光焊接所用裝置為YLS-4000光纖激光器。
[0022]進一步的，步驟A中葉輪各參數(shù)如下:葉片進口寬度Id1= 35mm、葉片出口寬度132 =24mm、葉片進口安放角 β la= 20°、β lb= 25°、β lc= 30° 葉片出口安放角 β 27°、葉片包角Φ = 130°、葉片厚度S1= 3mm、葉片數(shù)Z = 6、前蓋板內(nèi)徑D丨=150mm、前蓋板外徑D2= 300mm、前蓋板厚度S2= 3mm、后蓋板直徑D 3= 300mm、后蓋板厚度S 3= 3mm、輪轂直徑d = 80mm和輪轂厚度S4= 6mm。
[0023]本發(fā)明的有益效果:
[0024]本發(fā)明所述的不銹鋼沖焊式離心泵葉輪的改進焊接方法，依據(jù)葉輪模型中葉片與前蓋板、后蓋板貼合端的空間曲線形狀，在葉輪的制造階段，在前蓋板和后蓋板與葉片的貼合的一面上分別沖壓出第一凹槽和第二凹槽，使得葉片兩端能夠嵌入前蓋板和后蓋板中，從而在焊接時能夠較好的貼合，避免出現(xiàn)漏焊、焊接等不緊密現(xiàn)象，提高了葉輪的強度并且提高了離心泵的抗汽蝕性能指標，進而提高了葉輪的性能效率和使用壽命。此外，在葉片加工過程中采用激光強化和光纖焊接工藝，達到提高葉輪葉片表面強度和緊密焊縫的目的。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明所述不銹鋼沖焊離心泵葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明所述不銹鋼沖焊離心泵葉輪的軸面投影圖。
[0027]圖3為前蓋板平面投影圖。
[0028]圖4為后蓋板平面投影圖。
[0029]附圖標記說明如下:
[0030]1-前蓋板，2-葉片，3_后蓋板，4-輪穀，5-第一凹槽，6_第二凹槽。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。
[0032]如圖1和圖2所示，一種不銹鋼沖焊式離心泵葉輪，包括前蓋板1、葉片2、后蓋板3和輪轂4，所述葉片2的前端和后端分別設(shè)有前蓋板I和后蓋板3，所述后蓋板3后端設(shè)置有輪轂4，所述葉片2為彎曲葉片或圓柱直葉片。
[0033]如圖3所示，所述前蓋板I與葉片2耦合的一面設(shè)有第一凹槽5，所述第一凹槽5的數(shù)量與葉片2的數(shù)量相同，所述第一凹槽5的形