CN102294541A - 一种超超临界隔板电子束焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种超超临界隔板电子束焊接方法，本发明涉及一种超超临界隔板焊接方法，以解决超超临界隔板焊接，采用手工焊接或气体保护焊接等工艺存在焊缝成形困难，焊接变形较大，焊缝清理困难，焊接质量难以保证等问题。方法步骤是：划线；装配；检查；点焊；抽真空；焊接焊缝；翻面焊接；检查；热处理。焊接焊缝步骤中的加速电压为55～60KV，焊接速度为200～800mm/min，电子束流为50～350mA，聚焦电流为1500～2000mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0～5.4，电子束在Y方向的扫描摆幅为0～6.0，枪距为220～320mm，扫描波形为圆形。本发明用于汽轮机超超临界隔板的电子束焊接。
Description
技术领域
本发明涉及一种超超临界隔板焊接方法，属于汽轮机技术领域。
背景技术
汽轮机隔板采用焊接式结构，焊接的作用是把导叶片与内、外板体连接在一起成为一个整体，从而达到消除振动和减少蒸汽泄漏的目的。每台汽轮机的隔板数量大、制造工艺繁杂，因此隔板焊接一直是汽轮机制造中的关键工序，直接影响着汽轮机的生产周期和产品质量。对于超超临界隔板，其结构形式更加复杂、厚度更大(厚度在80～170mm范围内)、精度要求更高，采用手工焊接或气体保护焊接等工艺由于需要开焊接坡口，且坡口宽度较大，因此存在焊缝成形困难，焊接变形较大，焊缝清理困难，焊接质量难以保证等问题，无法满足设计要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种超超临界隔板电子束焊接方法，以解决超超临界隔板焊接，采用手工焊接或气体保护焊接等工艺存在焊缝成形困难，焊接变形较大，焊缝清理困难，焊接质量难以保证等问题。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种超超临界隔板电子束焊接方法，所述方法按以下步骤实现：
步骤一、划线：在内板体、外板体及工装上划出水平中分面线，同时在首端导叶片及末端导叶片上划出水平中分面线并在对应位置打眼以便观察；
步骤二、装配：按步骤一画好的线，将外板体装配在工装上，并以外板体为定位基准，摆放好导叶片后，装配内板体组成超超临界隔板，最后将所述超超临界隔板卡紧；
步骤三、检查：检查所述超超临界隔板的残余磁量，使得残余磁量≤1×10-4T，否则应去消磁，内板体与导叶片之间的径向间隙及外板体与导叶片之间的径向间隙均分别要求小于0.20mm，内板体和外板体的轴向错边均要求小于0.25mm，相邻两个导叶片之间的间隙应小于0.04mm，喉高标准公差在±0.3mm以内，允许不多于5％个喉高超差在±0.45mm以内；
步骤四：点焊：按步骤三检查合格后，将导叶片的叶根与外板体之间以及导叶片的叶冠与内板体之间均采用钨极氩弧焊定位点焊连接，焊点的长度为10～15mm，焊点的正面余高为0～1.0mm；
步骤五：抽真空：将待焊的超超临界隔板在真空电子束转台上固定并用百分表找正，之后放入真空室内，放好叶片防护挡环并固定后，真空室抽真空，使得真空室内的真空度达到7.8×10-4MPa；
步骤六：焊接焊缝：按步骤五抽好真空后，启动电子束焊机，调整电子枪的焊接角度，使得电子枪垂直焊缝方向设置，先预热内圆焊缝，并对内圆焊缝封焊和焊接，然后再预热外圆焊缝，并对外圆焊缝封焊和焊接，最后对焊缝表面质量不符合要求的部分进行修饰焊，所述预热、封焊、焊接及修饰焊所涉及的技术参数如下：
加速电压为55～60KV，焊接速度为200～800mm/min，电子束流为50～350mA，聚焦电流为1500～2000mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0～5.4，电子束在Y方向的扫描摆幅为0～6.0，枪距为220～320mm，扫描波形为圆形；
步骤七、翻面焊接：将经步骤六完成的单面焊接的超超临界隔板翻转将背面朝上设置，重新固定于工装上面并卡紧，重复步骤五与步骤六，从而完成超超临界隔板背面的焊接；
步骤八：检查：按步骤七完成全部焊接后，按设计要求检查喉高及超超临界隔板内径和外径尺寸；
步骤九：热处理：对经步骤八检查合格后的超超临界隔板进行热处理，热处理温度为690～760°，保温4～8h，升温速度≤80°/h，降温速度为120°/h，直至降至常温。
本发明的效果是：通过对超超临界隔板结构研究，对1Cr9MoVNbN合金钢的焊接性进行试验，进行了常温力学性能测试，并通过摸索得到一套适合超超临界隔板电子束焊接的最佳工艺参数，通过改变焊接电流、聚焦电流、偏摆、焊接速度、焊接距离及角度等，选择合理的焊接参数，配合双面焊接，从而实现了减小焊接变形、控制节圆尺寸及汽道喉高精度的目的，达到超超临界隔板焊接要求，保证了焊接质量，满足了设计和生产要求。
综上，超超临界隔板采用电子束焊接，它可以代替目前采用气体保护焊焊接的六十万和百万的汽轮机超超临界隔板。采用电子束焊接，生产效率高、焊接变形小，提高了焊接质量、改善了劳动条件，施焊难度小，减少了返修几率，缩短了制造周期，保证了汽道喉部尺寸公差要求，降低了生产成本，可以实现大厚度超超临界隔板的电子束焊接。不仅如此，本发明的方法还可以推广使用到其他材料焊接性差、焊接工艺复杂和工作量大的零部件焊接上。
附图说明
图1是利用本发明的方法完成超超临界隔板单面焊接后的实物图；图2是超超临界隔板的主视图，图3是图2的A-A剖视图，图中B指示的区域为电子束焊接区域。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图3说明，本实施方式的一种超超临界隔板电子束焊接方法，所述方法按以下步骤实现：
步骤一、划线：在内板体3、外板体2及工装上划出水平中分面线(按照设计要求)，同时在首端导叶片及末端导叶片上划出水平中分面线(划线要清晰)并在对应位置打眼以便观察(对应位置指的是划出来的水平中分面的线，在线上打样冲眼，这样痕迹清晰，在电子束焊接时便于观察，否则划线在焊机时看不到)；
步骤二、装配：按步骤一画好的线，将外板体2装配在工装上，并以外板体2为定位基准，摆放好导叶片1后，装配内板体3组成超超临界隔板，最后将所述超超临界隔板卡紧(利用工装卡紧，保证内板体3和外板体2压紧，不得松动)；
步骤三、检查：检查所述超超临界隔板的残余磁量，使得残余磁量≤1×10-4T，否则应去消磁，内板体3与导叶片1之间的径向间隙及外板体2与导叶片1之间的径向间隙均分别要求小于0.20mm，内板体3和外板体2的轴向错边均要求小于0.25mm(即保证内板体3、外板体2与导叶片1的水平中分面线对齐)，相邻两个导叶片1之间的间隙应小于0.04mm，喉高标准公差在±0.3mm以内，允许不多于5％个喉高超差在±0.45mm以内；
步骤四：点焊：按步骤三检查合格后，将导叶片1的叶根与外板体2之间以及导叶片1的叶冠与内板体3之间均采用钨极氩弧焊定位点焊连接，焊点的长度为10～15mm，焊点的正面余高为0～1.0mm；
步骤五：抽真空：将待焊的超超临界隔板在真空电子束转台上固定并用百分表找正，之后放入真空室内，放好叶片防护挡环并固定后，真空室抽真空，使得真空室内的真空度达到7.8×10-4MPa；
步骤六：焊接焊缝：按步骤五抽好真空后，启动电子束焊机(采用CT4真空电子束焊机)，调整电子枪的焊接角度，使得电子枪垂直焊缝方向设置，先预热内圆焊缝(即内板体3与导叶片1之间的焊缝)，并对内圆焊缝封焊和焊接，然后再预热外圆焊缝(即外板体2与导叶片1之间的焊缝)，并对外圆焊缝封焊和焊接，最后对焊缝表面质量不符合要求的部分进行修饰焊，所述预热、封焊、焊接及修饰焊所涉及的技术参数如下：
加速电压为55～60KV，焊接速度为200～800mm/min，电子束流为50～350mA，聚焦电流为1500～2000mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0～5.4，电子束在Y方向的扫描摆幅为0～6.0，枪距为220～320mm(即焊枪距离焊缝的距离)，扫描波形为圆形(保证得到焊缝成形均匀，起弧、收弧正常的焊缝)；
步骤七、翻面焊接：将经步骤六完成的单面焊接的超超临界隔板翻转将背面朝上设置，重新固定于工装上面并卡紧，重复步骤五与步骤六，从而完成超超临界隔板背面的焊接；
步骤八：检查：按步骤七完成全部焊接后，按设计要求检查喉高及超超临界隔板内径和外径尺寸(记录)；
步骤九：热处理：对经步骤八检查合格后的超超临界隔板进行热处理，热处理温度为690～760°，保温4～8h，升温速度≤80°/h，降温速度为120°/h，直至降至常温。
按步骤八检查合格后，进行去应力热处理。焊态下焊缝及热影响区的金相组织为马氏体，硬度很高，不能满足使用要求；经过热处理后，焊接接头组织得到明显的改善，成为性能较佳的回火索氏体，焊缝及工件(即内板体3和外板体2)侧热影响区的硬度有较明显的降低，可以满足设计和使用要求。具体性能参数见表1和表2(机械性能试验报告)；
表1
表2
具体实施方式二：本实施方式的步骤六中，预热时的加速电压为55KV，焊接速度为800mm/min，电子束流为50mA，聚焦电流为1550mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
封焊时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为85mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
焊接时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为210mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
修饰焊时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为80mA，聚焦电流为1800mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm。其它与具体实施方式一相同。
预热可以达到清理焊缝的作用并减少冷裂纹产生的倾向；封焊实现小电流焊缝整体连接，防止在大电流焊接时由于热量较大变形严重的问题，减少产生局部错位的风险；焊接可以达到图纸要求的焊缝深度及宽度；修饰对表面产生的飞溅及凹坑等缺陷进行清理，实现焊缝表面光滑，并与基体圆滑过渡。
具体实施方式三：本实施方式的步骤六中的预热时的加速电压为55KV，焊接速度为400mm/min，电子束流为80mA，聚焦电流为1550mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
封焊时的加速电压为55KV，焊接速度为300mm/min，电子束流为85mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
焊接时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为210mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
修饰焊时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为100mA，聚焦电流为1800mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式的步骤六中的预热时的加速电压为55KV，焊接速度为400mm/min，电子束流为80mA，聚焦电流为1550mA，电子束在X方向的扫描摆幅为5.4，电子束在Y方向的扫描摆幅为6.0，枪距为320mm；
封焊时的加速电压为55KV，焊接速度为300mm/min，电子束流为100mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为1.8，电子束在Y方向的扫描摆幅为2.0，枪距为320mm；
焊接时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为210mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
修饰焊时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为100mA，聚焦电流为1800mA，电子束在X方向的扫描摆幅为2.7，电子束在Y方向的扫描摆幅为3.0，枪距为320mm。其它与具体实施方式四相同。
效果：预热可以达到清理焊缝的作用并减少冷裂纹产生的倾向；封焊实现小电流焊缝整体连接，防止在大电流焊接时由于热量较大变形严重的问题，减少产生局部错位的风险；焊接可以达到图纸要求的焊缝深度及宽度；修饰对表面产生的飞溅及凹坑等缺陷进行清理，实现焊缝表面光滑、美观并与基体圆滑过渡。
具体实施方式五：本实施方式的步骤六中的预热时的加速电压为55KV，焊接速度为400mm/min，电子束流为80mA，聚焦电流为1550mA，电子束在X方向的扫描摆幅为1.8，电子束在Y方向的扫描摆幅为2.0，枪距为320mm；
封焊时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为85mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为1.8，电子束在Y方向的扫描摆幅为2.0，枪距为320mm；
焊接时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为210mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
修饰焊时的加速电压为55KV，焊接速度为300mm/min，电子束流为90mA，聚焦电流为1800mA，电子束在X方向的扫描摆幅为2.7，电子束在Y方向的扫描摆幅为3.0，枪距为320mm。其它与具体实施方式一相同。
效果：预热可以达到清理焊缝的作用并减少冷裂纹产生的倾向；封焊实现小电流焊缝整体连接，防止在大电流焊接时由于热量较大变形严重的问题，减少产生局部错位的风险；焊接可以达到图纸要求的焊缝深度及宽度；修饰对表面产生的飞溅及凹坑等缺陷进行清理，实现焊缝表面光滑，并与基体圆滑过渡。
具体实施方式六：本实施方式的步骤二中的超超临界隔板由1Cr9MoVNbN合金钢制成。其它与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
Claims (6)
1.一种超超临界隔板电子束焊接方法，其特征在于：所述方法按以下步骤实现：
步骤一、划线：在内板体(3)、外板体(2)及工装上划出水平中分面线，同时在首端导叶片及末端导叶片上划出水平中分面线并在对应位置打眼以便观察；
步骤二、装配：按步骤一画好的线，将外板体(2)装配在工装上，并以外板体(2)为定位基准，摆放好导叶片(1)后，装配内板体(3)组成超超临界隔板，最后将所述超超临界隔板卡紧；
步骤三、检查：检查所述超超临界隔板的残余磁量，使得残余磁量≤1×10-4T，否则应去消磁，内板体(3)与导叶片(1)之间的径向间隙及外板体(2)与导叶片(1)之间的径向间隙均分别要求小于0.20mm，内板体(3)和外板体(2)的轴向错边均要求小于0.25mm，相邻两个导叶片(1)之间的间隙应小于0.04mm，喉高标准公差在±0.3mm以内，允许不多于5％个喉高超差在±0.45mm以内；
步骤四：点焊：按步骤三检查合格后，将导叶片(1)的叶根与外板体(2)之间以及导叶片(1)的叶冠与内板体(3)之间均采用钨极氩弧焊定位点焊连接，焊点的长度为10～15mm，焊点的正面余高为0～1.0mm；
步骤五：抽真空：将待焊的超超临界隔板在真空电子束转台上固定并用百分表找正，之后放入真空室内，放好叶片防护挡环并固定后，真空室抽真空，使得真空室内的真空度达到7.8×10-4MPa；
步骤六：焊接焊缝：按步骤五抽好真空后，启动电子束焊机，调整电子枪的焊接角度，使得电子枪垂直焊缝方向设置，先预热内圆焊缝，并对内圆焊缝封焊和焊接，然后再预热外圆焊缝，并对外圆焊缝封焊和焊接，最后对焊缝表面质量不符合要求的部分进行修饰焊，所述预热、封焊、焊接及修饰焊所涉及的技术参数如下：
加速电压为55～60KV，焊接速度为200～800mm/min，电子束流为50～350mA，聚焦电流为1500～2000mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0～5.4，电子束在Y方向的扫描摆幅为0～6.0，枪距为220～320mm，扫描波形为圆形；
步骤七、翻面焊接：将经步骤六完成的单面焊接的超超临界隔板翻转将背面朝上设置，重新固定于工装上面并卡紧，重复步骤五与步骤六，从而完成超超临界隔板背面的焊接；
步骤八：检查：按步骤七完成全部焊接后，按设计要求检查喉高及超超临界隔板内径和外径尺寸；
步骤九：热处理：对经步骤八检查合格后的超超临界隔板进行热处理，热处理温度为690～760°，保温4～8h，升温速度＜80°/h，降温速度为120°/h，直至降至常温。
2.根据权利要求1所述的一种超超临界隔板电子束焊接方法，其特征在于：步骤六中，预热时的加速电压为55KV，焊接速度为800mm/min，电子束流为50mA，聚焦电流为1550mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
封焊时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为85mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
焊接时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为210mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
修饰焊时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为80mA，聚焦电流为1800mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm。
3.根据权利要求1所述的一种超超临界隔板电子束焊接方法，其特征在于：步骤六中的预热时的加速电压为55KV，焊接速度为400mm/min，电子束流为80mA，聚焦电流为1550mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
封焊时的加速电压为55KV，焊接速度为300mm/min，电子束流为85mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
焊接时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为210mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
修饰焊时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为100mA，聚焦电流为1800mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm。
4.根据权利要求1所述的一种超超临界隔板电子束焊接方法，其特征在于：步骤六中的预热时的加速电压为55KV，焊接速度为400mm/min，电子束流为80mA，聚焦电流为1550mA，电子束在X方向的扫描摆幅为5.4，电子束在Y方向的扫描摆幅为6.0，枪距为320mm；
封焊时的加速电压为55KV，焊接速度为300mm/min，电子束流为100mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为1.8，电子束在Y方向的扫描摆幅为2.0，枪距为320mm；
焊接时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为210mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
修饰焊时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为100mA，聚焦电流为1800mA，电子束在X方向的扫描摆幅为2.7，电子束在Y方向的扫描摆幅为3.0，枪距为320mm。
5.根据权利要求1所述的一种超超临界隔板电子束焊接方法，其特征在于：步骤六中的预热时的加速电压为55KV，焊接速度为400mm/min，电子束流为80mA，聚焦电流为1550mA，电子束在X方向的扫描摆幅为1.8，电子束在Y方向的扫描摆幅为2.0，枪距为320mm；
封焊时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为85mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为1.8，电子束在Y方向的扫描摆幅为2.0，枪距为320mm；
焊接时的加速电压为55KV，焊接速度为250mm/min，电子束流为210mA，聚焦电流为1850mA，电子束在X方向的扫描摆幅为0，电子束在Y方向的扫描摆幅为0，枪距为320mm；
修饰焊时的加速电压为55KV，焊接速度为300mm/min，电子束流为90mA，聚焦电流为1800mA，电子束在X方向的扫描摆幅为2.7，电子束在Y方向的扫描摆幅为3.0，枪距为320mm。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种超超临界隔板电子束焊接方法，其特征在于：步骤二中的超超临界隔板由1Cr9MoVNbN合金钢制成。
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