专利名称：超超临界汽轮机12%Cr钢高中压转子轴颈堆焊方法
技术领域：
本发明涉及一种堆焊方法，特别是涉及一种超超临界汽轮机12%Cr钢高中压转子 轴颈堆焊方法。
背景技术：
发展大型超超临界机组是我国目前发展洁净煤发电技术的必然选择，是提高机组 热效率、改善环保状况和优化我国火电装机结构最现实、最有效的途径。12%Cr钢高中压转 子作为超超临界机组的核心部件，其制造过程中要克服一系列难题，尤其是轴颈磨损问题， 超超临界汽轮机转子用的改良型12%Cr钢和新型12%Cr钢应用于要求高温强度的高中压转 子时，由于其导热系数小，转子在轴颈和轴承座贯通部位的表面容易烧结，即被称作机械磨 损的烧熔现象，引起轴系异常震动，危及机组安全。此前，我国的12%Cr钢高中压转子均为 从国外直接购买或从国外购买转子毛坯后再委托国外公司进行轴颈的堆焊工作，严重制约 了我国电力技术的自主发展。
发明内容
本发明的目的是为了解决超超临界机组的核心部件12%Cr钢高中压转子轴颈与 轴瓦巴氏合金形成的摩擦副不相配，容易在转子轴颈和轴承表面部位发生机械粘着磨损的 问题，进而提供了一种超超临界汽轮机12%Cr钢高中压转子轴颈堆焊方法。本发明的技术方案是一种超超临界汽轮机12%Cr钢高中压转子轴颈堆焊方法， 该方法的步骤如下步骤一、按图纸的坡口形状、尺寸和光洁度要求对毛坯转子的第一轴颈 和第二轴颈分别进行坡口车削加工，以车削基准面为基准确定第一轴承中心线，以第一轴 承中心线为中心车削长度为432mm的环形凹槽一，车削厚度20mm，环形凹槽一的两侧加工 有坡口，得到第一待堆焊面；以车削基准面B为基准确定第二轴承中心线b，以第二轴承中 心线b为中心向第二轴颈的左侧车削长度为202. 5mm的环形凹槽二，车削厚度为20mm，环形 凹槽二的左侧加工有坡口，向第二轴颈的右侧车削长度为215. 5mm的环形凹槽三，车削厚 度为20mm，轴肩外壁内侧车削厚度为16. 5mm，轴肩与第二轴颈连接处的车削圆滑过渡，得 到第二待堆焊面；
步骤二、将经步骤一车削后的毛坯转子的第一待堆焊面及第二待堆焊面分别进行着色 探伤，确定第一待堆焊面及第二待堆焊面的坡口表面无任何影响焊接质量的缺陷；
步骤三、将经步骤二着色探伤后无影响焊接质量缺陷的毛坯转子装配到转子堆焊专用 设备的转动系统上，该设备保证转子堆焊过程中回转同轴；
步骤四、对装配好的毛坯转子的第一待堆焊面及第二待堆焊面的外表面进行预热，预 热温度为260°C 320°C，升温速度小于或等于25°C /h，保温时间16h 18h ；
步骤五、对经步骤四预热后温度达到260°C 320°C范围的第一待堆焊面及第二待堆 焊面的坡口进行堆焊，选用EB2R焊丝和F55P4焊剂组合，采用埋弧自动焊方法多层堆焊，起 弧参数起弧时间为0. 2S，起弧电流为500A，起弧电压为40V ；收弧参数电流衰减时间为4S，填弧坑时间为0. 4S，焊剂滞后停止；打底层焊接工艺参数焊接电流为300A 330A，电 弧电压为26V 27V，焊接速度为250mm/min 260mm/min，跨步距离为8. 0mm 10. 0mm，跨 步速度为150mm/min 200mm/min ；堆焊高度为20mm，其中工作厚度和加工余量各为10mm， 接头搭接长度为2mm 3mm，每层堆焊层高为3mm 4mm，将上述工艺参数输入到转子堆 焊专用设备的控制界面后，使焊枪中心线与第一待堆焊面和第二待堆焊面的表面成5° 15°夹角，调整焊枪导电嘴到第一待堆焊面或第二待堆焊面的距离为20mm 30mm，实施堆 焊，底层堆焊结束后，在电弧不停止的条件下，直接调整转子堆焊专用设备中的工艺参数 焊接电流为360A 400A，电弧电压为28V 30V，焊接速度为280mm/min 300mm/min，跨 步距离为10mm 12mm，进行2 6层的堆焊，层间温度控制在260°C 380°C，得到第一堆 焊面和第二堆焊面；
步骤六、将经步骤五堆焊后的毛坯转子进行去应力热处理，热处理工艺参数升温速度 小于或等于15°C /h，保温温度为640°C 670°C，保温时间为6h，然后将毛坯转子放入热处 理炉中进行冷却，以小于或等于10°C /h的速度冷却至150°C，而后炉冷；
步骤七、将经步骤六去应力热处理后的毛坯转子的第一堆焊面和第二堆焊面分别按设 计图样尺寸进行车削精加工。
本发明具有以下有益效果本发明在12%Cr钢高中压转子的轴颈部位使用堆焊方法防 止了轴颈的粘着和烧结失效现象的发生，确保超超临界汽轮机组轴系的平稳运转，保证超 超临界发电机组安全运行。保证了我们国家超超临界机组核心部件和核心技术的自主研 制生产，促进国内发电技术的发展，摆脱国外公司的控制和制约，减少对国外公司的技术依 赖，提升我们国家自主生产制造发电设备的能力，拓展了我国发电设备制造行业自主发展 的空间。转子轴颈堆焊的生产制造成本是委托国外公司堆焊成本的5 10%，并缩短了生 产制造周期，增加了经济效益。
图1是本发明中毛坯转子经步骤一后的结构示意图；图2是本发明中毛坯转子经 步骤七后的结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实 现的
步骤一、按图纸的坡口形状、尺寸和光洁度要求对毛坯转子1 (12%Cr钢转子，材质 14CrlO. 5MolWlNiVNbN，化学成分见表1，14表示含碳量，元素符号后面的数字代表的是该 元素的近似含量)的第一轴颈1-1和第二轴颈1-2分别进行坡口车削加工，以车削基准面A 为基准确定第一轴承中心线a，以第一轴承中心线a为中心车削长度为432mm的环形凹槽 一，车削厚度20mm，环形凹槽一的两侧加工有坡口，得到第一待堆焊面1-1-1 ；以车削基准 面B为基准确定第二轴承中心线b，以第二轴承中心线b为中心向第二轴颈1-2的左侧车 削长度为202. 5mm的环形凹槽二，车削厚度为20mm，环形凹槽二的左侧加工有坡口，向第二 轴颈1-2的右侧车削长度为215. 5mm的环形凹槽三，车削厚度为20mm，轴肩1-3外壁内侧 车削厚度为16. 5mm，轴肩1_3与第二轴颈1_2连接处的车削圆滑过渡，得到第二待堆焊面1-2-1 ；
步骤二、将经步骤一车削后的毛坯转子1的第一待堆焊面1-1-1及第二待堆焊面1-2-1 分别进行着色探伤，确定第一待堆焊面1-1-1及第二待堆焊面1-2-1的坡口表面无任何影 响焊接质量的缺陷；
步骤三、将经步骤二着色探伤后无影响焊接质量缺陷的毛坯转子1装配到转子堆焊专 用设备(ZGD-5010型转子堆焊机)的转动系统上，该设备保证转子堆焊过程中回转同轴；
步骤四、对装配好的毛坯转子1的第一待堆焊面1-1-1及第二待堆焊面1-2-1的外 表面进行预热，预热温度为260°C 320°C，升温速度小于或等于25V /h，保温时间16h 18h ；
步骤五、对经步骤四预热后温度达到260°C 320°C范围的第一待堆焊面1-1-1及第二 待堆焊面1-2-1的坡口进行堆焊，选用EB2R焊丝和F55P4焊剂组合(EB2R焊丝的化学成分 见表2，EB2R/F55P4组合熔敷金属化学成分见表3，此为ASME标准中焊丝和焊缝的化学成 分)，采用埋弧自动焊方法多层堆焊，起弧参数起弧时间为0. 2S，起弧电流为500A，起弧电 压为40V ；收弧参数电流衰减时间为4S，填弧坑时间为0. 4S，焊剂滞后停止。打底层焊接工 艺参数焊接电流为300A 330A，电弧电压为26V 27V，焊接速度为250mm/min 260mm/ min,跨步距离为8. Omm 10. Omm,跨步速度为150mm/min 200mm/min ；堆焊高度20mm，其 中工作厚度和加工余量各为10mm，接头搭接长度为2mm 3mm，每层堆焊层高为3mm 4mm。 将上述工艺参数输入到转子堆焊专用设备(ZGD—5010型转子堆焊机)的控制界面后，使焊 枪中心线与第一待堆焊面1-1-1和第二待堆焊面1-2-1的表面成5° 15°夹角，调整焊 枪导电嘴到第一待堆焊面1-1-1或第二待堆焊面1-2-1的距离为20mm 30mm，实施堆焊。 底层堆焊结束后，在电弧不停止的条件下，直接调整转子堆焊专用设备中的工艺参数焊接 电流为360A 400A，电弧电压为28V 30V，焊接速度为280mm/min 300mm/min，跨步距 离为IOmm 12mm，进行2 6层的堆焊，层间温度控制在260°C 380°C。得到第一堆焊 面2-1和第二堆焊面2-2，首层堆焊采用小的焊接规范，可以降低稀释率，最大限度地保留 堆焊层的性能；
步骤六、将经步骤五堆焊后的毛坯转子1进行去应力热处理，热处理工艺参数升温速 度小于或等于15°C /h，保温温度为640°C 670°C，保温时间为6h，然后将毛坯转子1放入 热处理炉中进行冷却，以小于或等于10°C /h的速度冷却至150°C，炉冷；
步骤七、将经步骤六去应力热处理后的毛坯转子1的第一堆焊面2-1和第二堆焊面2-2 分别按设计图样尺寸进行车削精加工。
具体实施方式
二 结合图1和图2说明本实施方式，它还包括步骤八，所述步骤八 将经步骤七车削精加工后的毛坯转子1的第一堆焊面2-1和第二堆焊面2-2进行无损探伤 检验。(超声检验没有线性缺陷和密集圆形缺陷显示，可以有Φ <3. Omm的单个圆形缺陷； 表面渗透检验没有线性缺陷，可以有Φ < 1.0mm的圆形缺陷)，其它步骤和参数与具体实 施方式一相同。
具体实施方式
三结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式在步骤五的堆焊过 程中，堆焊工作间歇的时间段内，将堆焊尚未完成的毛坯转子1的第一待堆焊面1-1-1和第 二待堆焊面1-2-1在温度260°C 320°C下保温。因堆焊工作量大，一个工作日不能完成毛 坯转子1 一端轴颈的堆焊工作，晚上停止堆焊工作，第二个工作日再继续进行堆焊，通过对毛坯转子1的保温，可防止堆焊处出现裂纹，进而提高堆焊质量。其它步骤和参数与具体实 施方式一或二相同。
具体实施方式
四结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式在步骤五的堆焊工 作完成后，将毛坯转子1在温度300°C 360°C保温2小时，保证堆焊后的毛坯转子1的第 一堆焊面2-1处转子轴颈和第二堆焊面2-2处转子轴颈温度均勻，然后再按步骤六进行去 应力热处理，其它步骤和参数与具体实施方式
一、二或三相同。
具体实施方式
五结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的步骤一中，毛坯 转子1的第一轴颈1-1的直径为490. 06mm，第一轴承中心线a至车削基准面A的尺寸为 874. 0mm，车削后的第一待堆焊面1_1_1的直径为450. 06mm，毛坯转子1的第二轴颈1_2的 直径为450. 14，轴肩1-3的直径为475mm，轴肩的右端面至车削基准面B的尺寸为1099mm， 第二轴承中心线b至车削基准面B的尺寸为829. Omm,车削后的第二待堆焊面1_2_1的直径 为410. 14，轴肩1-3的直径为475mm ；在步骤七中，堆焊完成后的第一堆焊面2_1车削精加 工后直径为470. 06mm，第二堆焊面2_2车削精加工后直径为430. 14mm，其它步骤和参数与具体实施方式
一、二、三或四相同。表一
权利要求
一种超超临界汽轮机12%Cr钢高中压转子轴颈堆焊方法，其特征在于该方法的步骤如下步骤一、按图纸的坡口形状、尺寸和光洁度要求对毛坯转子(1)的第一轴颈(1-1)和第二轴颈(1-2)分别进行坡口车削加工，以车削基准面(A)为基准确定第一轴承中心线(a)，以第一轴承中心线(a)为中心车削长度为432mm的环形凹槽一，车削厚度20mm，环形凹槽一的两侧加工有坡口，得到第一待堆焊面(1-1-1)；以车削基准面(B)为基准确定第二轴承中心线(b)，以第二轴承中心线(b)为中心向第二轴颈(1-2)的左侧车削长度为202.5mm的环形凹槽二，车削厚度为20mm，环形凹槽二的左侧加工有坡口，向第二轴颈(1-2)的右侧车削长度为215.5mm的环形凹槽三，车削厚度为20mm，轴肩(1-3)外壁内侧车削厚度为16.5mm，轴肩(1-3)与第二轴颈(1-2)连接处的车削圆滑过渡，得到第二待堆焊面(1-2-1)；步骤二、将经步骤一车削后的毛坯转子(1)的第一待堆焊面(1-1-1)及第二待堆焊面(1-2-1)分别进行着色探伤，确定第一待堆焊面(1-1-1)及第二待堆焊面(1-2-1)的坡口表面无任何影响焊接质量的缺陷；步骤三、将经步骤二着色探伤后无影响焊接质量缺陷的毛坯转子(1)装配到转子堆焊专用设备的转动系统上，该设备保证转子堆焊过程中回转同轴；步骤四、对装配好的毛坯转子(1)的第一待堆焊面(1-1-1)及第二待堆焊面(1-2-1)的外表面进行预热，预热温度为260℃～320℃，升温速度小于或等于25℃/ h，保温时间16h～18h；步骤五、对经步骤四预热后温度达到260℃～320℃范围的第一待堆焊面(1-1-1)及第二待堆焊面(1-2-1)的坡口进行堆焊，选用EB2R焊丝和F55P4焊剂组合，采用埋弧自动焊方法多层堆焊，起弧参数起弧时间为0.2S，起弧电流为500A，起弧电压为40V；收弧参数电流衰减时间为4S，填弧坑时间为0.4S，焊剂滞后停止；打底层焊接工艺参数焊接电流为300 A～330A，电弧电压为26 V～27V，焊接速度为250 mm/min～260mm/min，跨步距离为8.0 mm～10.0mm，跨步速度为150 mm/min～200mm/min ；堆焊高度为20mm，其中工作厚度和加工余量各为10mm，接头搭接长度为2mm～3mm，每层堆焊层高为3 mm～4mm，将上述工艺参数输入到转子堆焊专用设备的控制界面后，使焊枪中心线与第一待堆焊面(1-1-1)和第二待堆焊面(1-2-1)的表面成5°～15°夹角，调整焊枪导电嘴到第一待堆焊面(1-1-1)或第二待堆焊面(1-2-1)的距离为20 mm～30mm，实施堆焊，底层堆焊结束后，在电弧不停止的条件下，直接调整转子堆焊专用设备中的工艺参数焊接电流为360 A～400A，电弧电压为 28 V～30V，焊接速度为280 mm/min～300mm/min，跨步距离为10 mm～12mm，进行2～6层的堆焊，层间温度控制在260℃～380℃，得到第一堆焊面(2-1)和第二堆焊面(2-2)；步骤六、将经步骤五堆焊后的毛坯转子(1)进行去应力热处理，热处理工艺参数升温速度小于或等于15℃/h，保温温度为640℃～670℃，保温时间为6h，然后将毛坯转子(1)放入热处理炉中进行冷却，以小于或等于10℃/h的速度冷却至150℃，炉冷；步骤七、将经步骤六去应力热处理后的毛坯转子(1)的第一堆焊面(2-1)和第二堆焊面(2-2)分别按设计图样尺寸进行车削精加工。
2.根据权利要求1所述的超超临界汽轮机12%Cr钢高中压转子轴颈堆焊方法，其特征 在于它还包括步骤八，所述步骤八将经步骤七车削精加工后的毛坯转子(1)的第一堆焊 面(2-1)和第二堆焊面(2-2 )进行无损探伤检验。
3.根据权利要求1所述的超超临界汽轮机12%Cr钢高中压转子轴颈堆焊方法，其特征在于在步骤五的堆焊过程中，堆焊工作间歇的时间段内，将堆焊尚未完成的毛坯转子(1) 的第一待堆焊面(1-1-1)和第二待堆焊面(1-2-1)在温度260°C 320°C下保温。
4.根据权利要求1、2或3所述的超超临界汽轮机12%Cr钢高中压转子轴颈堆焊方法， 其特征在于在步骤五的堆焊工作完成后，将毛坯转子(1)在温度30(TC 360°C下保温2 小时。
5.根据权利要求1、2或3所述的超超临界汽轮机12%Cr钢高中压转子轴颈堆焊方法， 其特征在于在步骤一中，毛坯转子(1)的第一轴颈(1-1)的直径为490. 06mm，第一轴承 中心线(a)至车削基准面(A)的尺寸为874mm，车削后的第一待堆焊面(1-1-1)的直径为 450. 06mm,毛坯转子(1)的第二轴颈(1_2)的直径为450. 14，轴肩(1_3)的直径为475mm，轴 肩的右端面至车削基准面(B)的尺寸为1099mm，第二轴承中心线(b)至车削基准面(B)的 尺寸为829. 0mm，车削后的第二待堆焊面(1-2-1)的直径为410. 14，在步骤七中，堆焊完成 后的第一堆焊面(2-1)车削精加工后直径为470. 06mm，第二堆焊面(2-2)车削精加工后直 径为 430. 14mm。
全文摘要
超超临界汽轮机12%Cr钢高中压转子轴颈堆焊方法，涉及一种堆焊方法，特别是涉及一种超超临界汽轮机12%Cr钢高中压转子轴颈堆焊方法。本发明为解决超超临界汽轮机12%Cr钢高中压转子轴颈和轴承表面部位发生机械粘着磨损的问题，堆焊方法如下一、对毛坯转子的第一轴颈和第二轴颈分别进行坡口车削加工；二、对车削面进行着色探伤；三、将毛坯转子装配到堆焊专用设备上；四、对转子轴颈的待堆焊表面进行预热；五、对待堆焊表面实施堆焊；六、对转子去应力热处理；七、对堆焊后的转子进行车削精加工；八、对精加工后的转子进行无损探伤检验。本发明适用于对超超临界汽轮机12%Cr钢高中压转子进行堆焊。
文档编号B23K9/235GK101837501SQ20101017747
公开日2010年9月22日 申请日期2010年5月20日 优先权日2010年5月20日
发明者刘立辉, 刘长江, 宋雪梅, 张仁军, 张旭磊, 李全华, 焦俊锋, 王舜, 王金刚, 陈丽娟, 马晓梅 申请人:哈尔滨汽轮机厂有限责任公司