CN102107335A - 一种向心膨胀机闭式透平叶轮的焊接制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及叶轮制造方法，具体地说是一种向心膨胀机闭式透平叶轮的焊接制造方法，采用开槽焊与铣制焊结合的焊接方法，先焊短叶片，经真空消应力后再开槽、焊长叶片；焊接时采用氩气和氦气作为保护气体，增大电弧热能；长叶片在叶轮流道出口侧40mm采用铣制焊的焊接工艺，并在叶片出口端铣制出固定台。本发明的焊接制造方法解决了叶轮制造过程中出现的流道内不规则变形、整体收缩难于控制、焊接裂纹的问题，用开槽焊与铣制焊组合制造出向心膨胀机外挂闭式透平叶轮。

Description

一种向心膨胀机闭式透平叶轮的焊接制造方法

技术领域

本发明涉及叶轮制造方法，具体地说是一种向心膨胀机闭式透平叶轮的焊接制造方法。

背景技术

向心膨胀机闭式透平叶轮是将介质气体的能量转换成转子动能的机械设备，通常采用焊接方法制造而成；不同部件(轮盘、轮盖、叶片)经焊接后，组合成为整体的叶轮。

如图1～5所示，传统向心膨胀机闭式透平叶轮的制造方法是在轮盖1的内侧铣制出叶片2，在轮盘3的相应位置开设槽体4，应用焊接方法，将叶轮的轮盖1与轮盘3(包括叶片)焊接成一体。焊接时，叶轮流道5焊接变形控制由普通开槽焊叶轮的二元平面控制变为三元立体控制，焊接制造过程中会出现流道内不规则变形、整体收缩、焊接裂纹等问题，严重影响了焊接质量及叶轮质量。

目前，常用的向心膨胀机闭式透平叶轮的结构特点，是沿着叶轮轴向剖面看，叶轮流道呈现近1/4圆环状，流道弯曲窄长、叶片多且长短不一，整个叶轮呈三维旋转体(普通的开槽焊叶轮也可以看成是近视平面的)。如果采用普通开槽焊方法，在轮盘上开1/4圆环状的槽，就会破坏轮盘的整体结构。

因此，采用已有的普通开槽焊叶轮制造方法来制造新型膨胀机透平闭式叶轮几乎成为不可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种向心膨胀机闭式透平叶轮的焊接制造方法，解决了现有制造方法在焊接过程中出现的流道内不规则变形、整体收缩难于控制、出现焊接裂纹的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的焊接制造方法包括下列步骤：

A.在加工好的轮盘毛坯上分别铣制出长、短叶片；

B.在每个长叶片上、靠近叶轮流道出口侧铣制出铣制焊缝；

C.在加工好的轮盖毛坯外表面铣出与轮盘上的短叶片相对应的槽体；

D.沿着与短叶片相对应的槽体将轮盖与轮盘上的短叶片焊接；

E.焊接后，进行真空消应力；

F.再在轮盖毛坯外表面铣出与轮盘上的长叶片相对应的槽体；

G.沿着与长叶片相对应的槽体及铣制焊缝将轮盖与轮盘上的长叶片焊接。

其中：所述步骤G中焊接铣制焊缝是从叶轮流道出口侧伸入焊条进行焊接；所述铣制焊缝是在距叶轮流道出口侧40mm开始铣制的，并在长叶片的出口端铣制出固定台，保证轮盘与轮盖的同轴度；长叶片上的铣制焊缝是在长叶片的两侧分别铣制的，焊缝形状为坡形；在焊接槽体焊缝时，采用氩气和氦气作为焊接电弧保护气；所述步骤A中在轮盘上铣制长、短叶片时，在整体叶轮流道上，根据叶轮流道不同部位的受力情况，预留出轴向及径向的变形值，使焊接后的叶轮流道变形均匀；长叶片及短叶片的槽体焊缝只填充槽体高度的1/2，比叶轮尺寸多焊2～3mm即可；所述在轮盖毛坯外表面铣制的槽体为1/4圆环状。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明采用开槽焊及铣制焊组合焊接工艺，控制了叶轮制造过程中出现的流道内不规则变形、整体收缩难于控制、焊接裂纹的问题，制造出的向心膨胀机闭式透平叶轮为外挂式。

2.本发明的焊接方法采用两次铣出槽体、两次焊接的顺序，在加工、焊接短叶片槽体焊缝后增加一次真空消应力，然后再加工长叶片槽体，焊接长叶片槽体焊缝及铣制焊缝，利用后焊的长叶片固定先焊的短叶片槽体焊缝的收缩，减小叶轮流道的变形，并将变形控制成圆滑过渡，防止较大的正、负、正、负尺寸偏差波动的产生。

3.长叶片在叶轮出口侧40mm采用铣制焊的焊接工艺，避免了叶轮流道出口侧向心收缩导致的变形；并在长叶片出口端铣制了固定台，可以保证轮盖及轮盘的同轴度。

4.本发明方法在焊接槽体焊缝时采用了氩气和氦气作为焊接电弧保护气体，减少了焊接电弧停留时间，减小焊接变形。

附图说明

图1为传统焊接方法中轮盖的轴向剖视图；

图2为传统焊接方法中轮盘的轴向剖视图；

图3为图2中A-A剖视图；

图4为图1中B-B剖视图；

图5为传统焊接方法焊接后的轮盘、轮盖组合局部示意图；

图6为本发明焊接方法中轮盖的轴向剖视图；

图7为本发明焊接方法中轮盘的轴向剖视图；

图8为图6中C-C剖视图；

图9为图7中D-D剖视图；

图10为图7中E-E剖视图；

图11为图7中I处的局部视图；

图12为本发明焊接方法焊接后轮盘、轮盖组合局部示意图；

其中：1为轮盖，2为叶片，3为轮盘，4为槽体，5为叶轮流道，6为铣制焊缝，7为固定台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图6～12所示，本发明方法具体步骤为：

A.在加工好的轮盘毛坯上分别铣制出长、短叶片；在轮盘上铣制长、短叶片时，在整体叶轮流道上，根据叶轮流道不同部位的受力情况，预留出轴向及径向的变形值，使焊接后的叶轮流道变形均匀，保证叶轮的气动性能。

B.为了避免叶轮流道出口侧向心收缩导致的变形，在每个长叶片上、靠近叶轮流道5出口侧铣制出铣制焊缝6；该铣制焊缝6是在距叶轮流道5出口侧40mm开始铣制的，分别在长叶片的两侧铣制，焊缝形状为坡形；为了保证轮盘与轮盖的同轴度，在长叶片的出口端(即铣制焊缝的端部)还铣制出固定台7。

C.在加工好的轮盖毛坯外表面铣出与轮盘上的短叶片相对应的槽体4；

D.沿着与短叶片相对应的槽体4将轮盖1与轮盘3上的短叶片焊接(槽体4即为焊缝)；

E.焊接后，进行真空消应力，保证长、短叶片的收缩量一致；

F.再在轮盖毛坯外表面铣出与轮盘上的长叶片相对应的槽体4；

G.沿着与长叶片相对应的槽体4及铣制焊缝6将轮盖1与轮盘3上的长叶片焊接(槽体4即为焊缝)。

焊接后再进行叶轮最终热处理直至加工出成品。

步骤G中焊接铣制焊缝时，是从叶轮流道5的出口侧伸入焊条进行焊接的。在焊接槽体焊缝时，采用氩气和氦气作为焊接电弧保护气，以减少焊接电弧停留时间，减小焊接变形。轮盖毛坯外表面铣制的用于与长、短叶片焊接的槽体为1/4圆环状，长、短叶片相间设置；在焊接长叶片及短叶片的槽体焊缝时，只填充槽体高度的1/2，比叶轮尺寸多焊2～3mm即可。

本发明的焊接制造方法创造了向心膨胀机闭式透平叶轮分步加工、焊接，开槽焊与铣制焊组合等焊接制造工艺。

Claims (9)

1.一种向心膨胀机闭式透平叶轮的焊接制造方法，其特征在于：包括下列步骤：

A.在加工好的轮盘毛坯上分别铣制出长、短叶片；

B.在每个长叶片上、靠近叶轮流道出口侧铣制出铣制焊缝；

C.在加工好的轮盖毛坯外表面铣出与轮盘上的短叶片相对应的槽体；

D.沿着与短叶片相对应的槽体将轮盖与轮盘上的短叶片焊接；

E.焊接后，进行真空消应力；

F.再在轮盖毛坯外表面铣出与轮盘上的长叶片相对应的槽体；

G.沿着与长叶片相对应的槽体及铣制焊缝将轮盖与轮盘上的长叶片焊接。

2.按权利要求1所述向心膨胀机闭式透平叶轮的焊接制造方法，其特征在于：所述步骤G中焊接铣制焊缝是从叶轮流道出口侧伸入焊条进行焊接。

3.按权利要求1所述向心膨胀机闭式透平叶轮的焊接制造方法，其特征在于：所述铣制焊缝是在距叶轮流道出口侧40mm开始铣制的。

4.按权利要求3所述向心膨胀机闭式透平叶轮的焊接制造方法，其特征在于：在长叶片的出口端铣制出固定台，保证轮盘与轮盖的同轴度。

5.按权利要求3所述向心膨胀机闭式透平叶轮的焊接制造方法，其特征在于：所述长叶片上的铣制焊缝是在长叶片的两侧分别铣制的，焊缝形状为坡形。

6.按权利要求1所述向心膨胀机闭式透平叶轮的焊接制造方法，其特征在于：焊接槽体焊缝时，采用氩气和氦气作为焊接电弧保护气。

7.按权利要求1所述向心膨胀机闭式透平叶轮的焊接制造方法，其特征在于：所述步骤A中在轮盘上铣制长、短叶片时，在整体叶轮流道上，根据叶轮流道不同部位的受力情况，预留出轴向及径向的变形值，使焊接后的叶轮流道变形均匀。

8.按权利要求1所述向心膨胀机闭式透平叶轮的焊接制造方法，其特征在于：长叶片及短叶片的槽体焊缝只填充槽体高度的1/2，比叶轮尺寸多焊2～3mm即可。

9.按权利要求1所述向心膨胀机闭式透平叶轮的焊接制造方法，其特征在于：所述在轮盖毛坯外表面铣制的槽体为1/4圆环状。

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