CN1030883A - 一种在固体钢构件上所开的槽内进行焊接的方法及该方法在修理开裂的转子时的应用 - Google Patents

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Abstract

一种在固体合金钢构件上所开槽内进行焊接的 方法，其特点是底部焊道被加工完成，然后槽的各壁 用低合金钢填充材料填充表面，进行热处理以消除与 槽壁相邻部分区域内的应力，两表面层之间的空间用 低合金钢填充材料进行充填，操作步骤是：在槽内离 壁一定距离放置一碳钢板，用碳含量0.08％至 0.12％范围内的低合金钢的金属层填充板与壁之间 的空间，去除钢板和填充层的有选择的部分，这方法 可去除零件上的缺陷，并极大地降低开裂的危险。

Description

本发明涉及的是一种在固体钢构件上所开的槽内进行焊接的方法。
这一方法可被特别用来修理开裂的零件，特别是转子。
已有一些修理开裂的转子的建议，通过在靠近裂缝的地方切开转子，然后去掉开裂的部分，并以一替代零件与转子的两部分焊在一起以替代上述去掉的部分。然而，这一方法有一些困难，特别是要精确地对准转子的两个部分。
为了修理转子，发明者设想在裂纹位置加工一个槽，该槽具有一个不变的深度並围绕着整个转子以消除裂纹。
使在一固体钢转子，以及在更经常的情况下，在任何一个固体钢构件上所开的槽内进行焊接成为可能的本发明的方法的特点是：先加工出槽底焊道，然后用低合金钢填充材料充填各槽壁的表面，进行热处理以消除槽壁相邻部分区域的应力，两表面层之间的空间用低合金钢填充材料充填，上述的壁表面处理的操作通过下述方式完成：在槽内离上述槽壁一定距离放置一碳钢板，用几层碳含量在0.08%和0.12%范围内的低合金钢填充钢板和槽壁之间的空间，去掉钢板和有选择的一部分填充材料，以在壁上仅留下一层填充材料。
在槽底焊道内使用的较为合适的填充金属是一种非合金的低碳钢。
依靠本发明的方法，槽的两壁各具有一附着易焊接材料的表面而不会在槽壁上产生应力，因此就避免了零件被损坏的主要危险。任何钢构件的缺陷都可通过在缺陷部分加工直的或环形的槽以及按照本发明焊接上述槽而得到消除。
本发明的方法现参考一特殊的实例以及通过无限止的例子所提供的变化形式进行详细描述，並通过下列附图来表示：
图1至7表示的是本发明的焊接方法的各种不同的阶段。
图8表示的是一适于在图1至图7的方法中使用的钢板件。
图9表示的是图1至7的方法的变化形式。
在图1中，在一固体钢转子中形成的槽1以剖面的形式表示。该槽是环形的，並被加工用于去除裂纹的目的。
槽的宽度取决于裂纹的纵向尺寸，而槽的深度取决于上述裂纹的横向尺寸。
转子由合金钢制成，其成份特别包括铬、钼、钒以及大约0.26%的碳。
如果转子在临界温度处（如高于450℃）工作，通过将温度升高到高于600℃，如650℃，保持一取适当时间（如20至24小时），它就可减少脆性。
然后，完成两至三个槽底焊道以使用填充金属，如非合金低碳钢（≈0.06%C）覆盖上二或三层（2）。
转子的基底金属在覆盖的金属中被稀释。
给定的填充金属是非合金的，被覆盖的金属的变硬能力是相当低的。因此，首先避免了残余应力的增加，其次获得了对冷裂不敏感的结构，因此减低了开裂的全部危险。
转子上设有支承3和3′，它们在后一阶段使用。
然后一钢板4被放置在槽1′内（见图2）。由于槽是环状的，上述钢板4由两个半园形部分5和5′构成（见图8）。
钢板4具有一凸缘6，其上开有适于与支承3相配合的槽7，凸缘6比上述支承3要宽。该钢板还有一与凸缘6垂直延伸的表面8。
第二表面9与第一表面8成1°至2°的角度，其有一从槽的底部向它的开口10逐渐减小的坡度。表面8贴紧槽1的壁11，这样，在倾斜的表面9和槽1的第二壁面13之间形成一空间12。
钢板件由具有很低弹性极限（Re0.2 300MPa）的低合金碳钢制成。
然后金属层14被覆盖在空间12内，并一直填充到空间口10（见图3）。
当金属层14被充填並固化时，它们即收缩。结果，板4绕其在槽底的部分摆动，其表面8与壁11脱离开。槽7与支承3配合，因而限制了表面8脱开的程度。槽7的宽度是这样设计的，当表面9与壁11和13平行时，板4就停止运动。
这在空间12被填充到大约一半时发生。当金属层14被进一步填充时，板4随着金属层14固化时收缩而产生横向变形。由于其很低的弹性极限，以及用来填充金属层14的焊接填充金属是使用铬和钼的低合金层（低于5%）以及具有高的碳含量（0.16%和0.22%之间），上述的板4的变形成为可能。金属层是依靠在固体或气体焊剂保护下的自动焊接进行填充的。它也可使用特殊的焊丝或借助于带涂层的电极使用手工焊接。
在这些各种各样的例子中，填充金属和焊剂（当用焊剂进行焊接时）以这样的方式选择：固化的金属层14由碳含量在0.08%和0.12%范围内的低合金钢构成，因此，能较好地兼顾焊接性能和机械性能。
然后，对槽1进行加工以去除板4和填充空间12的焊层的一部分，仅在壁13上留下一表面金属层15和在底部的金属层2（见图4）。表面层15至少有5mm厚。
然后，一板4′被放置在紧靠表面层15的地方，该板具有和板4同样的特点（见图5）。
具有与焊接金属层14同样成分的焊接金属层14′被用来填充壁11和板4′之间的空间16（见图6）。
然后，对槽1进行加工，去除板4′和填充空间16的焊层的一部分，以仅留下壁11上的表面层17，它与表面层15具有同样的厚度（见图7）。这表面层15和17由碳含量在0.08%至0.12%范围内的低合金钢构成，因而它们能很容易被焊接並只产生很低的残余应力。
在转子的靠近壁11和13的地方，有热影响区域18和19，在此处，钢主要是马氏体和贝氏体形式，因而使壁部对残余应力非常敏感。
由于空间12和16被填充时，有板4和4′存在，区域18和19仅有很少的残余收缩应力，因此减少了开裂的危险。
而且，为了极大地降低对残余应力的敏感性和软化热影响区域，在制造转子过程中进行了热处理，在热处理时，这些区域被升至不高于退火温度的温度。
这一温度（例如约670℃）被保持约20小时。
而以后，在表面层15和17之间的空间20用焊层21充填，它具有与表面层15和17大致相同的成分。实际上，由于基底钢材在表面层中被稀释，在表面层中钢和合金金属的含量是15%至20%，大大提高于焊层21中的含量。由于表面层15和17由低合金钢构成，它们比原先的基底金属层更不易开裂。
结果，最后的充填在材料中产生了新的热影响区域，它比转子的基底金属对冷开裂更不敏感，因而能承受较高的收缩应力。
当槽1较宽时，它可使用一对板件22、22′来取代两板4和4′，板22、22′用例如电弧焊这样的方法焊接到在槽1的底部上沉积的金属层2上（见图9）。
壁13和板22′之间的空间12和板22与壁11之间的空间16都用图1至图7描述的焊接方法来充填。金属层可同时被充填在两个空间内，或者先部分填充一个空间，再移到另一空间进行部分填充，如此重复进行。也可以先填充完一个空间再接着填充另一个。
板22和22′的表面与壁13和11一起形成空间12和16，它们从槽的底部向顶部与相关的壁13和11有一向外的坡度。在充填空间12和16时，它们与上述的壁成平行状态。
然后，在槽进行加工以去除一对板件22、22′，並在单一阶段内获得两个表面层以形成一个空间，然后该空间以图7描述的方式被填充。
热处理可在去除板22和22′之前或之后进行。
这一方法的变化形式具有仅用一道机加工工序就可去除板22和22′的优点。

Claims (9)

1、一种在一固体合金钢构件上所开的槽(1)内进行焊接的方法，其特征是槽底焊道(2)被加工完成，然后槽(1)的各个壁(11、13)用低合金钢填充材料充填表面，进行热处理以消除槽壁(11、13)相邻部分区域(18、19)处的应力，两表面层(15、17)之间的空间(20)用低合金钢填充材料进行充填，上述的对壁(11、13)充填表面的操作通过以下步骤完成：在槽(1)内离壁(13、11)一定距离放置一碳钢板(4、4′、22、22′)，用碳含量在0.08%至0.12%范围内的低合金钢的金属层(14、14′)充填板(4、4′、22、22′)与壁(11、13)之间的空间(12、16)，去掉钢板(4、4′、22、22′)和充填层的有选择的一部分，以在壁(13、11)上仅留下一表面层(15、17)。
2、一种按照权利要求1的焊接方法，其特征是槽底焊道是使用非合金低碳钢作为填充金属来完成的。
3、一种按照权利要求1或2的焊接方法，其特征是碳钢板（4、4′、22、22′）在槽（1）的底部被固紧，它被设置成其面向壁（13、11）的表面从槽（1）的底部向其开口（10）从上述壁（13、11）略微倾斜开。
4、一种按照权利要求3的焊接方法，其特征是倾斜角度以这样的方式选择，当板（4、4′、22、22′）和壁（13、11）之间的空间（12、16）被充填时，板（4、4′、22、22′）的朝向壁（13、11）的表面与上述的壁（13、11）平行。
5、一种按照权利要求4的焊接方法，其特征是当板（4、4′）朝壁（13、11）的表面与上述壁（13、11）成平行状态时，板（4、4′）进入支承。
6、一种按照权利要求5的方法，其特征是当板（4、4′）和壁（13、11）之间的空间（12、16）被充填至一半时，板（4、4′）进入支承。
7、一种按照上述任何权利要求的方法，其特征是当板（4、4′）和壁（13、11）之间的空间被充填时，板（4、4′）的底部仍与可能有选择地具有一表面层（15）的其他的壁（11、13）保持接触。
8、一种按照权利要求1至4的任何一项的方法，其特征是一对板件（22、22′）被放置在槽（1）的中间部分，因此，连同两壁（11、13）一起，形成两个准备被充填的空间（16、12）。
9、按照上述权利要求中的任何一项的方法在修理具有缺陷的转子中的应用，其中，在有缺隙的位置加工一环形槽，以及使用由半环状部分（5、5′）所构成的板（4、4′、22、22′）。
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