一种冲击式水斗精焊分瓣方法及结构与流程

本发明属于水轮机领域，尤其涉及一种冲击式水斗精焊分瓣方法及结构。

背景技术：

冲击式转轮受交变应力幅值较大，容易产生疲劳破坏，历史上多个电站铸造水斗出现断斗事故。现阶段冲击机组转轮的主要生产方式为锻造加数控加工成型，这种加工方式基本没有材料缺陷，电站运行反馈良好，已是现在冲击转轮生产的主要方式。

转轮材料为不锈钢材质，锻造阻抗太大，国内最大锻造业绩锻件毛坯不到40吨，直径不超过4米。目前国内最大冲击式水轮机的单机容量为十几万千瓦，对应转轮最大直径不到4米，可满足现阶段机组生产要求。然而，随着技术的发展和国内电站的需求，急需冲击机组单机扩展到百万千瓦级别，对应整锻毛坯将达到200多吨，直径达到6米以上，国内最大自由锻压机（18500吨压力机）理论最大不锈钢锻件生产能力为100吨，产品实际需求已经远远超过设备制造能力。

技术实现要素：

本发明是为了克服现有技术中的上述不足，提供了一种降低锻造难度、满足目前锻造设备制造能力要求的冲击式水斗精焊分瓣方法及结构。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种冲击式水斗精焊分瓣方法，包括以下步骤：

a.找出水斗和圆盘之间应力较低的区域，在低应力区绘制出锻焊分界线；

b.通过锻造生产圆盘并进行验收；

c.根据堆焊和热处理可能产生的变形量大小，预留出圆盘的加工余量，并完成锻造圆盘的粗加工；

d.完成每个水斗锻件毛坯的制造，预留出水斗的加工余量，并完成独立水斗的粗加工工作；

e.将粗加工水斗焊接在粗加工圆盘上；

f.精焊完全部水斗，进行去应力热处理，探伤合格后进行精加工。

对于百万千瓦级别转轮，整锻毛坯将达到200多吨，将转轮分成圆盘和水斗两部分，之后再将圆盘部分和水斗部分进行焊接固定，锻造圆盘可以减少到80多吨，大大降低了转轮的锻造难度，符合目前锻造设备的制造能力要求。

作为优选，步骤a中，对水斗和圆盘进行有限元计算，根据有限元计算结果，找出水斗根部应力较低的区域。冲击转轮的高应力区主要集中在水斗根部，焊缝的位置结合水斗有限元计算fea应力计算结果，布置在低应力区，有效保证水斗根部的强度。

一种冲击式水斗精焊分瓣结构，包括圆盘以及与圆盘独立设置的若干水斗，所述水斗围绕圆盘外圆周等角度排列，所述水斗的内侧与圆盘焊接固定。这样，转轮分成了圆盘和水斗两部分，两者分别进行加工，之后再焊接成一体结构，应当前的锻造设备制造能力要求，可有效降低制造难度和生产成本。

作为优选，所述圆盘的外周设有与各个水斗对应的圆盘焊接部，圆盘焊接部凸出于圆盘的外周，所述水斗的内侧设有与圆盘焊接部配合的水斗焊接部。圆盘焊接部位于圆周的外周，并且与圆周为一体成型，整体一致性较高，可有效保证水斗根部的强度，同时降低水斗的焊接难度，提高生产加工便利性。

作为优选，所述圆盘焊接部的外侧设有弧形的端部焊接面，圆盘焊接部在端部焊接面两侧分别设有平行的侧焊接面，所述水斗焊接部为焊接槽，所述焊接槽的底面与端部焊接面配合，焊接槽的侧面与侧焊接面配合。这样，凸出的圆盘焊接部插入至水斗的焊接槽中配合，整体连接强度较高，在两者焊接之后，焊缝处可避开高应力位置，有效保证水斗根部的强度。

作为优选，所述圆盘焊接部和水斗焊接部之间设有焊缝，所述焊缝为双边u形坡口或双边j形坡口。这样，水斗和圆盘的两边均进行焊接固定，有效保证焊接强度。

作为优选，所述圆盘焊接部的外侧设有圆盘焊接平面，所述水斗焊接部设有与圆盘焊接平面配合的水斗焊接平面，所述水斗焊接平面位于水斗的凹陷处底部。水斗和圆盘的焊接处靠近水斗的凹陷最底部，焊缝为直线或接近直线，有效减少焊接量，保证焊接经济性。

本发明的有益效果是：（1）采用分块焊接结构，将锻造圆盘重量减少到80多吨，符合锻造设备的制造能力要求，降低生产难度；（2）焊接位置位于低应力区，有效提高水斗根部强度，保证转轮整体可靠性。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是本发明的一种结构示意图；

图3是本发明实施例1的焊接位置示意图；

图4是本发明实施例1的圆盘焊接部结构示意图；

图5是本发明实施例1的水斗的结构示意图；

图6是图3中a-a处焊缝为双边u形坡口示意图；

图7是图3中a-a处焊缝为双边j形坡口示意图；

图8是本发明实施例2的水斗的结构示意图；

图9是本发明实施例2的圆盘的结构示意图；

图10本发明实施例2的焊接位置示意图。

图中：圆盘1，圆盘焊接部1a，侧焊接面11，端部焊接面12，圆盘焊接平面101，水斗2，水斗焊接部2a，侧面21，底面22，水斗焊接平面201，焊缝3。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

一种冲击式水斗精焊分瓣方法,包括以下步骤：

a.对水斗和圆盘进行有限元计算，根据有限元计算结果，找出水斗和圆盘之间应力较低的区域，避免焊缝位于水斗根部应力集中的区域从而保证水斗和圆盘之间的焊接质量，在低应力区绘制出锻焊分界线；

b.如图1所示，通过锻造生产出圆盘毛坯，并进行验收；

c.根据堆焊和热处理可能产生的变形量大小，预留出圆盘的加工余量，并完成锻造圆盘的粗加工，圆盘毛坯的外周上加工出于各个水斗对应的圆盘焊接部；

d.完成每个水斗锻件毛坯的制造，预留出水斗的加工余量，并完成独立水斗的粗加工工作，水斗毛坯的内侧加工出于圆盘焊接部对应的水斗焊接部2a；

e.将粗加工水斗焊接在粗加工圆盘上；

f.精焊完全部水斗，进行去应力热处理，探伤合格后进行精加工，保证焊缝焊接处与水斗及圆盘表面光滑平整。

实施例1

一种冲击式水斗精焊分瓣结构，如图2所示，包括圆盘1以及与圆盘1独立设置的若干水斗2，水斗2围绕圆盘1外圆周等角度排列。如图3所示，圆盘1的外周设有与各个水斗2对应的圆盘焊接部1a，圆盘焊接部1a凸出于圆盘1的外周，水斗2的内侧设有与圆盘焊接部1a配合的水斗焊接部2a，水斗2的内侧通过水斗焊接部2a与圆盘1外周的圆盘焊接部1a进行焊接固定。

如图4所示，圆盘焊接部1a的外侧设有弧形的端部焊接面12，圆盘焊接部1a在端部焊接面12两侧分别设有平行的侧焊接面11。如图5所示，水斗焊接部2a为焊接槽，焊接槽的底面22与端部焊接面12配合，焊接槽的侧面21与侧焊接面11配合。圆盘焊接部和水斗焊接部之间形成如图2中所示的焊缝3，如图6所示，焊缝3可以为双边u形坡口，如图7所示，焊缝3也可以为双边j形坡口。

实施例2

实施例2与实施例1的不同之处在于，如图8所示，圆盘焊接部1a的外侧设有圆盘焊接平面101，如图9所示，水斗焊接部2a设有与圆盘焊接平面101配合的水斗焊接平面201，水斗2设有向内的凹陷，水斗2的凹陷呈弧形，水斗焊接平面201位于水斗2的凹陷处底部，两者焊接后的结构如图10所示，焊缝3为直线或接近直线，水斗2和圆盘1的焊接处靠近水斗2的凹陷最底部，有效减少焊接量，保证焊接经济性。