小型汽轮机不锈钢转子成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽轮机转子成型方法，具体是一种小型汽轮机不锈钢转子成型方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着各项节能减排政策的相继有力出台，行业内对汽轮机组的转速、温度、压力及输出功率等运行参数亦在不断的提升，而作为汽轮机组稳定运行的最主要部件之一-转子，其性能的高低直接决定了这些提升的运行参数能否落到实处。
[0003]合金含量较高的不锈钢材料具有韧性、高温强度、蠕变及持久等优良性能，其能够可靠地适应苛刻的工况环境。因而，以不锈钢制造成型的汽轮机转子所具备的高性能，能够有利于上述汽轮机组运行参数提升要求的顺利实现。故而，以不锈钢材质制造汽轮机转子，近年来得到了汽轮机制造商的重视，并且有些制造商付诸以实施、在部分汽轮机组上得到了应用。
[0004]纵观已应用于汽轮机组的不锈钢转子，因其成型材质所存在的导热性差、易磨损等特性，使得不锈钢转子易与巴氏合金的轴瓦之间产生粘着失效，进而导致汽轮机组的轴系异常，这在一定程度上增大了不锈钢转子在汽轮机组上的应用难度。针对此问题，一般的，通过在不锈钢转子的易磨损部位堆焊耐磨层就能可靠解决。
[0005]然而，若不锈钢转子应用于小型汽轮机组的话，则应用于小型汽轮机组的不锈钢转子因匹配小型汽轮机组的结构特性而具有尺寸小、刚性差的特性，在此特性的基础上若进行耐磨层堆焊，则存在以下技术难点:1.如何在不锈钢转子的较小堆焊尺寸内控制堆焊层的稀释率，以满足化学成分的要求？ 2.热处理过程及堆焊过程如何控制不锈钢转子的整体变形？ 3.如何保证不锈钢转子上耐磨层堆焊质量的稳定性？这些技术难点目前国内、外尚无成功解决的先例，这也就直接限制了不锈钢转子在小型汽轮机组上的应用，使得高性能的不锈钢转子存在较大的应用局限性。
【发明内容】
[0006]本发明的发明目的在于:针对上述不锈钢转子的高性能特性以及其在小型汽轮机上应用的技术难点，自主研发一种易操作、有效克服技术难点、可靠性高、稳定性好的小型不锈钢转子成型方法，从而将高性能的不锈钢转子可靠地应用于小型汽轮机。
[0007]本发明所采用的技术方案是，一种小型汽轮机不锈钢转子成型方法，包括下列步骤:
0.采用不锈钢材质制造毛坯转子，在毛坯转子的径向和轴向方向分别留足加工余量;
2).将毛坯转子进行粗加工，确保粗加工转子上形成满足设计要求的各坡口结构及倒角结构；根据成品转子使用时的易磨损区域，在粗加工转子上确定好待焊部位；
3).对粗加工转子上所确定的待焊部位进行无损检验，确保待焊部位无缺陷；将无损检验合格的粗加工转子竖直起吊至自动旋转焊接设备上； 4).对焊接设备上所吊粗加工转子的某一待焊部位进行预热，预热温度为150?250°C，保证该待焊部位的坡口结构被均匀加热，直至该待焊部位及附近区域的预热温度达150?250°C后保温；
5).以手工氩弧焊法，对加热至设定温度的粗加工转子待焊部位进行焊接，若该待焊部位的焊接表面为粗加工转子上的径向面时，以平焊位进行堆焊，若该待焊部位的焊接表面为粗加工转子上的轴向面时，以横焊位进行堆焊；在待焊部位的焊接表面堆焊满一层后，进行抛光打磨处理，待处理完毕后，再进行下一层的堆焊，以此形成多层多道的堆焊焊缝，直至堆焊至设定厚度，然后将堆焊完毕的部位经350?450°C的后热处理、并以包覆缓冷；
6).依照步骤4和步骤5)的焊接处理方式，以就近原则依次焊接处理粗加工转子上的各待焊部位，直至整个粗加工转子上的所有待焊部位全部焊接处理完毕；
7).将焊接处理完毕的粗加工转子转入去应力炉内，去应力炉内的粗加工转子呈自由状态的竖直起吊；对去应力炉内的粗加工转子进行温度为640?700°C的热处理，热处理完毕后，使去应力转子随炉冷却；
8).对去应力转子的各堆焊部位的表面进行粗加工处理，并进行相应的检验处理；进行精加工处理，直至成品。
[0008]步骤4)中的堆焊设备上所吊装的粗加工转子以3?lOr/min进行匀速旋转，旋转时的粗加工转子的底部圆周跳动偏差小于1mm。
[0009]步骤5)中的焊接所选用焊丝为CrMo (V)钢材料。
[0010]步骤5)中的焊接顺序为由内向外的螺旋焊接，焊接速度为45?75mm/min，焊接电流为90?160A、电压8?15V。
[0011]步骤5)中的堆焊层的层间温度为200?300°C，且后一道堆焊层的焊缝搭接量为前一道堆焊层的焊缝宽度的1/3?1/2，各堆焊层的焊缝高度为0.8?3.0mm。
[0012]本发明的有益效果是:本发明专门针对小型汽轮机的不锈钢转子的结构特性而设计，依靠自动旋转焊接设备的辅助，从而在平稳的焊接环境下，以手工氩弧焊法轻松、灵活、可靠地在不锈钢转子的易磨损部位形成焊接变形及焊缝质量可控的堆焊耐磨层，所成型堆焊耐磨层有效地适应了不锈钢转子在应用时的高速转磨环境，可靠性高，稳定性好，进而使高性能的不锈钢转子在小型汽轮机上的应用可靠地变成可能，为小型汽轮机组设计向高转速、高温、高压、复杂工况的发展提供了提升空间和有力保障。
【附图说明】
[0013]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0014]图1是经本发明步骤I)所成型毛坯转子的结构示意图。
[0015]图2是经本发明步骤2)所成型粗加工转子的结构示意图。
[0016]图3是本发明步骤3-6)中粗加工转子在自动旋转焊接设备上装配的一种状态示意图。
[0017]图4是本发明步骤3-6)中粗加工转子在自动旋转焊接设备上装配的另一种状态示意图。
[0018]图5是本发明步骤5、6)中粗加工转子上待焊部位为径向面时的堆焊过程示意图。
[0019]图6是本发明步骤5、6)中粗加工转子上待焊部位为轴向面时的堆焊过程示意图。
[0020]图7是经本发明步骤6)所成型粗加工转子的结构示意图。
[0021]图8是经本发明步骤8)所成型成品转子的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]本发明为应用于小型汽轮机的不锈钢转子成型方法，其具体包括下列步骤:
0.采用不锈钢材质制造毛坯转子；在毛坯转子制造成型时，在圆周方向(即径向)的各尺寸单边上各预留约1mm的加工余量，在长度方向(即轴向)的一端预留约50mm的加工余量、另一端预留约80mm的加工余量，从而使毛坯转子的径向和轴向方向上分别留足加工余量(如图1所示)。
[0023]2).在焊接处理前，先对毛坯转子进行粗加工处理，具体的:对毛坯转子的轴颈部(图2中的D部)、油挡部(图2中的E部)、推力盘部(图2中的A、B、C部)等部位分别进行坡口加工，坡口的深度约为5?15_ (具体视加工要求而定)，在坡口两侧的加工余量处加工出约3mm的凹槽、并对其进行倒角处理，进而确保粗加工所成型转子上形成满足设计要求的各坡口结构及倒角结构；根据成品转子使用时的易磨损区域(即轴颈部D，油挡部E，推力盘部A、B、C)，在粗加工转子上确定好待焊部位，在粗加工转子上所确定的待堆焊部位为轴颈部、油挡部和推力盘部。
[0024]为了使粗加工转子能够在下述自动旋转焊接设备上可靠装夹装配，在前述粗加工转子的端部加工出装夹结构，具体的:在加工余量预留较长的一端加工出法兰盘，在加工余量预留较短的一端加工出顶尖孔(如图2所示)。
[0025]3).对步骤2)的粗加工转子上所确定的待焊部位进行无损检验，具体为:在待焊部位(即轴颈部位、油挡部位、推力盘部位)分别进行着色或磁粉探伤，进而确保粗加工转子上的待焊部位无缺陷。
[0026]根据步骤2)中在粗加工转子上所加工出的装夹结构，将无损检验合格的粗加工转子竖直起吊至自动旋转焊接设备(现有设备)上，本实施例以法兰盘端为先、顶尖孔端为后进行装夹，以此装夹好的粗加工转子上的推力盘部A部朝上；装夹好的粗加工转子的轴线与焊接设备的平台垂直(如图3所示)。
[0027]4).对自动旋转焊接设备上所吊的粗加工转子的推力盘待焊部位A部进行预热，具体的:采用现有的焊接加热设备对推力盘部A部进行预热，预热温度的范围为150?2500C (例如160°C、200°C或250°C等)；再启动自动旋转焊接设备，使其输出动力驱动所吊的粗加工转子沿其轴线进行匀速旋转，旋转方向为逆时针方向(俯视)，转速在3?10r/min的范围内合理选择(例如4r/min、6r/min或9r/min等等,最终目的是保证预热部位被均勻加热)，旋转时的粗加工转子的底部圆周跳动偏差应小于1_，进而保证推力盘部A部的