专利名称：用于回转设备的短柱轴焊接修理的整体垫环和相关方法
技术领域：
本发明总的涉及回转设备的修理，更具体地说，涉及将新的轴端或短柱轴焊接在损坏的转子轴的末端上。
背景技术：
当在回转设备上进行短柱轴的修理时，必需在焊接前，将损坏的转子轴和新的短柱轴(它们都包括空心的圆柱形件或零件)精确地安置和固定在规定位置上。通过切去转子轴损坏的末端和倒角成设计的焊接的预备角度，准备好该转子轴。同样准备新的轴端或短柱轴，在焊接界面上形成基本上为V形的焊接槽。在该槽的侧壁相交的该焊接槽几何形状根部或底部为一般需要一个垫环，以防止焊接烧穿至转子孔中的区域。
一般，为了建立需要的配合几何形状和防止焊接材料烧穿，将单独的圆环插入轴或转子孔中。为了建立需要的配合几何形状，这些圆环需要单独加工工序。每一个圆环以松的配合插入现有的孔中和粗糙的短柱轴的孔中。然而，在三个零件，即轴，短柱轴和圆环相会的地方，该单独的圆环(或多个圆环)形成开始出现裂纹的点。一般，裂纹开始的地点可通过加工该圆环和焊接完零件的根部的某一部分来控制，从而消除裂纹进一步从这个区域生长的危险。然而，仍需要更有效的焊接预制件，来加强装配工艺，减少加工和消除或至少是减小裂纹开始点。
本发明概述在示例性实施例中，本发明提供了一个整体的垫环，它可在焊接槽的根部或底部处，加工转子或短柱轴的端部。
更具体地说，在短柱轴内径(ID)上装入一个整体的垫环可只使二个零件相会，只有一个裂纹开始点。该整体垫环的外径加工成与现有的转子轴的孔压配合。这可使短柱轴相对于转子轴的位置准确。在该整体圆环的围绕着其周边或外表面的园周上还带有一个凹部或槽，该凹部或槽与焊接槽的根部或底部一致。结果，焊接材料沿着径向，向着转子孔表面的内部突出。现在不需要将转子轴孔加工超过其原来的内径，即可完成完全除去根部通道。
因此，在一个方面中本发明涉及可以焊接在转子轴的重复使用的端部上的短柱轴部分。该短柱轴部分包括具有基本上一致的内径和形成焊接槽的一个侧面的第一末端的一个空心圆柱形件和一个整体垫环。该垫环在轴向延伸超出第一个倒角的末端，该垫环还在其径向外表面上具有一个园周方向的凹部。
在另一个方面中，本发明涉及可以焊接在转子轴的重复使用的端部上的短柱轴部分。该短柱轴部分包括具有基本上一致的内径和形成焊接槽的一个侧面的第一末端的一个空心圆柱形件和一个整体垫环。该垫环在轴向延伸超出第一个倒角的末端，该垫环还在其径向外表面上具有一个园周方向的凹部。其中，该垫环的内径小于该空心的圆柱形件的基本上一致的内径，和其特征还在于，该凹部形成基本上为V形的焊接槽的底部，该凹部沿着径向，向着该空心的圆柱形件的基本上一致的内径的内部突出。
在又一个方面中，本发明涉及更换在转子轴末端上的短柱轴的方法。该方法包括(a)提供带有第一端和一个整体垫环的新的短柱轴；(b)使该第一端与转子轴上的第二端对准，同时该整体垫环与该第二端重叠，第一和第二端形成一个焊接槽，该整体垫环与第二端重叠；(c)用焊接材料充满该槽；(d)将该短柱轴焊接在转子轴上；和(e)从该短柱轴加工出该整体垫环。
下面，结合
本发明。
附图简要说明图1为根据本发明的一个示例性实施例的转子轴和带有一个整体垫环的新的短柱轴的部分示意性横截面；和图2为根据本发明的另一个示例性实施例的转子轴和带有一个整体垫环的新的短柱轴的部分示意性横截面。
优选实施例说明参见图1，组件10包括除去损坏的末端的一个现有的转子轴(或发电机磁场)12。加工该转子轴的表面使包括围绕转子延伸360°的一个倒角14。倒角14相对于转子轴的纵轴线成大约70°-80°的角度。
新的短柱轴部分(或简单地为短柱轴)16直接在该倒角14的对面加工出相同的倒角18，该倒角也围绕着转子延伸360°。在该短柱轴的内径上，整体垫环20在轴向向着倒角表面18的前部延伸，以位于由相对的倒角表面14、18形成的焊接槽(或焊接预备件)22的根部或底部的下面和形成该根部或底部。这样，该垫环20也部分地在转子12的内径下面或与该内径重叠。这时，该整体垫环的外径尺寸作成与转子轴孔建立压配合，从而使该短柱轴和转子轴精确地轴向对准，该整体垫环20位于短柱轴16的内径表面24的径向内面，同样，位于短柱轴16的精加工完的内径26的径向内面。在该整体垫环20的径向外表面30上作出一个浅的凹部或槽28，形成焊接槽22的根部或底部。对于埋弧焊工艺，该焊接槽22充满金属填充剂材料32。该金属填充剂材料32从该整体垫环20的基部分别延伸至转子轴和短柱轴的径向外表面34、36，和稍微在该外表面的径向外面。注意，凹凸28的深度向着内径表面24、26的径向内部伸出，因此可保证全穿透的焊接。
在焊接后，将短柱轴16加工至图中虚线所示的最后尺寸，包括加工内径表面22至精加工的内径表面26。注意，该整体垫环20全部加工，包括在凹部28中的焊接金属也加工，在短柱轴16和转子轴12上留下光滑和一致的孔直径，这对接下来的孔检查特别有利。这样，不需将转子轴的孔加工超过其原来的内径，即可以完成焊接工艺。这还可消除孔中的任何台阶或肩部，应力不会升高和不需要瓶孔加工的其他要求。所有这些都是不希望的和应该避免的。然而，如果没有计划或需要孔检查，则可将该垫环保留在规定位置。在这种情况下，该垫环会使孔中的应力升高。
通过使用一个整体垫环20，只有一个潜在的裂纹开始点。另外，不需要对单独的垫环进行额外的机械加工，并且因为整体圆环的直径加工至与现有转子的孔压配合，因此可保证重复使用的转子轴和新的短柱轴之间的精确对准。
图2表示另一种焊接预制件。为了方便，使用带有增加前缀“1”的相同的标号表示相应的零件。这样，组件110包括现有的转子轴(或发电机磁场)112和更换短柱轴116。在这个实施例中，将相应的轴零件112、116的表面114、118加工成互相平行，而不是如在先前所述的实施例中那样，成一个角度。垫环120也可加工出槽128，还保证全穿透焊接，即金属充填剂材料132沿径向从垫环槽的底部延伸。除了焊接预制件的形状差别以外，焊接/精加工工作基本上相同。
虽然在该示例性实施例中，利用埋弧焊工艺焊接转子和短柱轴，但应理解，还可以利用相对的转子轴末端和短柱轴末端之间的窄槽，使用气体钨电弧焊接(GTAW)工艺制造这个焊接预制件。
还可以将该垫环安置在抢修的转子轴末端上，使得空心的短柱轴与该垫环配合。这个结构具有垫环在短柱轴上的所有优点，但便于对准。
虽然已结合目前认为是最关际和优选实施例说明了本发明，但应了解，本发明不是仅限于所述的实施例，相反，在所附权利要求书的精神和范围内，包括各种改进和相应的结构。例如，虽然说明了现有转子轴的修理，但这里所述的焊接预制件也可以用于制造新的转子。
零件清单转子组件-10转子轴-12(转子轴的)倒角的(第二个)末端-14短柱轴部分或短柱轴-16(短柱轴的)倒角的(第一个)末端-18垫环-20焊接槽-22(转子轴的)内径表面-24(短柱轴的)精加工的直径-26凹部或槽-28(垫环的)径向外表面-30焊接填充剂材料-32(转子轴的)径向外表面-34(短柱轴的)径向外表面-36转子组件-110转子轴-112转子的末端面-114短柱轴-116短柱轴的末端面-118垫环-120槽或凹部-128焊接填充剂材料-132。
权利要求
1.一种适于与转子轴(12)的重复利用的末端部分焊接的短柱轴部分(16)，该短轴部分(16)包括一个空心的圆柱形件，该圆柱形件具有基本上一致的内径和适于形成焊接槽(22)一侧第一端(18)，还具有一个整体垫环(20)，该垫环(20)沿轴向延伸到所述第一端以外，所述垫环在其径向外表面(30)上有一个园圆凹部(28)。
2.如权利要求1所述的短柱轴，其特征为，所述垫环(20)的内径比所述空心圆柱形件的所述的基本上一致的内径小。
3.如权利要求1所述的短柱轴，其特征为，所述凹部(28)构成所述焊接槽(22)的底部，所述凹部沿所述空心圆柱形件的所述基本上一致的内径径向向内突出。
4.如权利要求1所述的与转子轴(12)的重复使用的末端部分结合在一起的短柱轴部分，其特征为，所述重复使用的末端部分具有形成该焊接槽(22)的另一侧面的第二端(14)。
5.如权利要求4所述的短柱轴，其特征为，所述垫环(20)与所述倒角的第二端重叠。
6.如权利要求5所述的短柱轴，其特征为，所述焊接槽用焊接金属(32)充满。
7.一种更换在转子轴末端上的短柱轴的方法，它包括(a)提供带有第一端(18)的一个新短柱轴(16)；(b)使该第一端(18)与该转子轴上的第二端(14)对准，而该第一和第二端的一个或另一个具有与该第一和第二端重叠的一个整体垫环(20)，所述第一和第二端形成一焊接槽(22)；(c)用焊接材料(32)充满该焊接槽；和(d)将该短柱轴焊接在该转子轴上。
8.如权利要求7所述的方法，其特征为，所述垫环(20)在其径向外表面上作出一个沿园周方向延伸的凹部(28)，所述凹部形成所述焊接槽的底部。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述凹部(28)沿所述转子轴的基本上一致的内径径向向内突出。
10.如权利要求7所述的方法，其特征为，所述垫环(20)被设在所述短柱轴(16)的所述第一端(18)上。
全文摘要
一种用于与转子轴(12)的重复使用的末端部分焊接的短柱轴部分(16)。该短柱轴部分(16)包括一个空心的圆柱形件。该圆柱体件具有基本上一致的内径和形成基本上为X形的焊接槽(22)的一个侧面的第一个倒角的末端(18)，还有一个整体垫环(20)。该整体垫环在轴向延伸至该倒角的末端(18)以外，在该垫环(20)的径向外表面(30)上有一个圆周方向的凹部(28)。更换在转子轴末端上的短柱轴的相关方法包括(a)提供一个新的，带有第一个倒角的末端(18)和一个整体垫环(20)的短柱轴(16)；(b)使该第一个倒角的末端(18)与在转子轴(12)上的第二个倒角末端(14)对准，使该整体垫环(20)与该第二个倒角末端(14)重叠，该第一和倒角的第二端(18)，(14)形成基本上为V形的焊接槽(22)，该整体垫环(20)与该倒角的第二端(14)重叠；(c)用焊接材料(32)充满该V形槽(22)；(d)将该短柱轴(16)焊接在转子轴(12)上；和(e)从该短柱轴(16)上加工出该整体垫环(20)。
文档编号F16C3/02GK1958214SQ20061014334
公开日2007年5月9日 申请日期2006年11月6日 优先权日2005年11月4日
发明者L·M·格里科, J·F·诺兰, J·M·萨斯特利, M·E·布尔内特, C·S·库克, D·R·帕克 申请人:通用电气公司