CN104096953B - 用于焊接发电的转子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于焊接用于发电的转子的方法。具体而言，涉及一种用于焊接用于发电(燃气涡轮、蒸汽涡轮、发电机)的转子的方法，该转子包括沿转子轴线布置的多个转子盘。通过焊缝制备加工步骤来避免昂贵且耗时的附加加工步骤，焊缝制备加工步骤包括制备TIG焊接间隙到SAW焊接间隙过渡的最佳过渡几何形状，该几何形状具有第一开口(28)和第二开口(29)，第一开口(28)具有第一开口角度，第二开口(29)具有大于第一开口角度的第二开口角度。

Description

用于焊接发电的转子的方法
技术领域
本发明涉及涡轮机技术。根据权利要求1的前序，涉及用于焊接用于发电(燃气涡轮、蒸汽涡轮、发电机)的转子的方法，转子包括沿转子轴线布置的多个转子盘。
背景技术
文献EP 0 665 079 A1和EP 2 215 329 A1(即WO 2009/065739 A1)描述了用于焊接用于发电(燃气涡轮、蒸汽涡轮、发电机)的转子的原理，转子包括沿转子轴线布置的多个转子盘，因而使用钨惰性气体(TIG)焊接，特别地，很窄间隙的TIG来用于焊接接头的根部区域，且随后使用埋弧焊(SAW)来填充焊缝。
图1(类似于EP 0 665 079 A1)示出在焊接转子10的两个相邻转子盘11与12之间具有焊缝13的现有技术焊接接头。在焊接之前，两个盘11和12与高度h的中心阶梯接头20邻接，从而形成极窄间隙19和窄间隙14，极窄间隙19由盘11和12的极窄间隙构件面23和24限定，窄间隙14由盘11和12的窄间隙构件面15和16限定。
极窄间隙19填充有TIG焊缝25，各个焊缝在整个极窄间隙宽度b上延伸。窄间隙14填充有SAW焊缝17、18，SAW焊缝17、18小于窄间隙宽度a且交替抵靠相对的窄间隙构件面15和16，且在窄间隙14的中部重叠。在TIG焊接期间，焊接接头根部处的熔化区域22熔化。此外，具有减压凸脊(relieving ridge)宽度c和高度d和减压凸脊角度α的减压凸脊21设在焊接接头的根部处。
通常在转子盘的垂直堆叠中焊接极窄间隙的TIG焊接部(焊缝25)(例如，见WO2009/065739 A1的图2)，且在水平位置中填充随后填充的SAW焊接部(SAW焊缝17、18)(例如，见WO 2009/065739 A1的图3)。TIG-SAW过渡示为具有用于SAW区域的U形焊接接头制备。
此类现有技术焊接接头的典型尺寸为：
TIG极窄间隙的典型宽度：b＝10mm。
SAW窄间隙的典型宽度：a＝17mm。
因此，根据现有技术，在第一步骤中，锻造且经NDT测试的盘被加工来用于焊缝制备。
随后，盘用卡钉钉在彼此的顶部上，且检查它们相对于彼此和作为整体的偏心(run-out)，且如果需要则进行调整。
现在，在盘处于垂直位置的情况下，在没有焊接填料的情况下使用TIG焊接熔融焊接部的根部。
此后，使用很窄间隙的TIG焊接利用基体金属焊接填料来增大焊接高度，以允许转子倾斜到水平位置中。
在使转子倾斜到水平位置中之后，焊接完成，从而使用SAW焊接填充焊接部。
最后，使用超声波(US)测试来对转子的焊接部进行NDT检查。
如上文已经提到的那样，在文献EP 0 665 079 A1和EP 2 215 329 A1中更详细地描述用于发电设备的转子的焊接。
推荐用于SAW焊接的焊缝几何形状在DIN EN ISO 9692-2表1和2中给出。来自TIG的窄间隙需要实际上填充到SAW接头制备的U形部的底部。由于在没有附加加工的情况下吸收氧，故这未必能够实现，或者必须找到用于过渡的解决方案，该解决方案允许U形接头制备的底部的若干分散度。
为了TIG到SAW的过渡区域的适当的NDT结果，如果窄间隙朝用于TIG的窄间隙的端部加宽，则惰性气流将需要增大到3到5倍。
利用用于SAW的U形接头制备，以及使用具有V形根部制备的U形部(DIN EN ISO9692-2中的1.3.7)，偶尔发现高于可接受极限的NDT指示，这需要昂贵的重新加工。
因此，用于TIG与SAW之间的过渡带的现有技术需要在TIG焊接之后且SAW焊接之前进行加工，以确保最佳的过渡区域非破坏性测试(NDT)结果。在该情况下，对于SAW，将在TIG焊接完成之后完成根据DIN EN ISO 9692-2的焊接接头制备，其中特征长度参数i、k、l、m、半径r和角度β(见图2)。
然而，TIG焊接之后的该附加加工耗时，且增加了制造成本。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于焊接用于发电(燃气涡轮、蒸汽涡轮、发电机)的转子的方法，转子包括沿转子轴线布置的多个转子盘，该方法避免了现有技术方法的缺点，且显著减少制造时间和成本。
该目的通过根据权利要求1的方法来获得。
根据本发明的用于焊接用于发电(燃气涡轮、蒸汽涡轮、发电机)的转子(该转子包括沿转子轴线布置的多个转子盘)的方法包括以下步骤：
提供锻造的且经NDT测试的转子盘；
加工所述盘来用于焊缝制备，所述焊缝制备包括内侧窄TIG焊接间隙和邻接的外侧SAW焊接间隙；
将盘用卡钉钉到彼此的顶部上；
检查用卡钉钉的盘相对于彼此和作为整体的偏心，且如果需要则调整卡钉；
在没有焊接填料的情况下使用TIG焊接熔融焊接部的根部；
利用基体金属焊接填料通过窄间隙TIG焊接来增大焊接高度，以允许转子倾斜到水平位置中。
使转子倾斜到水平位置中；
通过使用SAW焊接来填充外侧SAW焊接间隙来完成焊接；和
通过使用超声波测试的NDT来检查转子的焊接部。
其特征在于，所述焊缝制备加工步骤包括制备TIG焊接间隙到SAW焊接间隙过渡的最佳过渡几何形状，该几何形状具有第一开口和第二开口，第一开口具有第一开口角度，第二开口具有大于所述第一开口角度的第二开口角度。
根据本发明的实施例，所述第一开口具有V形形状。
具体而言，所述第一开口具有与竖向成约30°的开口角度。
具体而言，所述第一开口具有几mm的高度，优选地为3mm。
根据本发明的另一个实施例，所述第二开口具有V形形状，且以预定半径进入SAW焊接间隙的侧壁中。
具体而言，所述第二开口具有与竖向成约70°的开口角度。
具体而言，预定半径约为4mm。
附图说明
现在借助于不同实施例且参照附图来更详细地说明本发明。
图1示出根据现有技术的转子盘之间的焊接接头；
图2示出根据DIN EN ISO 9692-2的接头制备的几何形状，其在现有技术中必须在TIG焊接之后完成；
图3示出用于避免TIG和SAW过程之间的加工的从TIG到SAW的过渡的第一尝试的实例；且
图4为根据本发明的转子盘焊接接头中的从TIG到SAW区段的过渡的实施例。
参考标号列表
10 转子
11、12 转子盘
13 焊缝
14 窄间隙
15、16 构件面(窄间隙)
17、18 SAW焊缝
19 极窄间隙
20 中心阶梯接头
21 减压凸脊
22 熔化区域
23、24 构件面(极窄间隙)
25 TIG焊缝
26 转子盘
27 V形根部
28、29 开口
30 侧壁
a 窄间隙宽度
b 极窄间隙宽度
c 减压凸脊宽度
d 减压凸脊高度
h 中心阶梯接头高度
α (与水平的)减压凸脊角度。
具体实施方式
已认识到，TIG和SAW焊接之间的附加加工可通过两种可能性来省略：或者(1)通过用于接近到SAW的过渡的TIG焊接的增大的惰性气体吹扫来避免接近TIG焊接的结束的氧吸收，或者(2)通过TIG和SAW焊接区段之间的过渡的当前所选几何形状的改善来降低氧吸收的风险，而不改变根据文献CH 700 542 A1(等同于US 2010/0224597 A1)的当前使用的窄间隙TIG喷燃器的设计。
根据本发明，由于较容易且成本较低、可实现的可能性，故已决定优化过渡几何形状且保持当前惰性气体流恒定。
TIG到SAW的焊接过渡的优化过渡几何形状改善了用于发电应用的焊接转子的NDT结果。优化的过渡具有以下重要性：
·其消除了TIG与SAW之间的机械处理。
·其消除了TIG到SAW的过渡处的焊接缺陷的风险。
·在TIG焊接和转子倾斜到水平位置中之后，可在没有其它制备的情况下完成SAW焊接。
·可代替冷焊丝使用TIG热焊丝。
·可替代较大的TIG线使用药芯(flux cored)TIG焊丝。
·可替代典型单面焊接(single welding)使用SAW串列多弧焊(tandemwelding)。
在第一尝试中，对于从TIG到SAW的过渡，类似于DIN EN ISO 9692-2的具有V形根部27(带与竖向成约30°的开口)的U形形状选定在转子盘26(见图3)处。然而，认为这是不适当的，因为偶尔通过NDT(US)发现TIG到SAW的过渡带中的高量指示高达需要重新加工(移除且重焊)的不可接受的指示。
另外，达到全部SAW宽度的V形根部的第二尝试给出了令人不满意的NDT结果。
图4示出具有连续的良好NDT结果的最终选定几何形状。它基本上是第一开口28和第二开口29的组合，第一开口28与竖向(相对于转子轴线的径向方向)成约30°，高度3mm，后面跟着第二开口29，第二开口29与竖向成约70°，带有进入SAW焊接部的侧壁30中的大约(优选地等于)4mm(R4)的预定半径R。
优点：
本发明的优点在于与迄今使用的接头制备相比实现了较好的NDT结果，而没有TIG与SAW之前的加工，避免了在TIG焊接之后的SAW接头制备所需的附加加工成本和附加前置时间。
主要应用：
用于目前的和将来的燃气涡轮、蒸汽涡轮和涡轮发电机的转子。

Claims (3)

1.一种焊接用于发电的转子的方法，所述转子包括沿转子轴线布置的多个转子盘，所述方法包括以下步骤：
提供锻造且经NDT测试的转子盘(26)；
加工所述转子盘(26)以用于焊缝制备，所述焊缝制备包括内侧窄TIG焊接间隙和邻接的外侧SAW焊接间隙；
将所述转子盘(26)用卡钉钉到彼此的顶部上；
检查用卡钉钉的转子盘(26)相对于彼此和作为整体的偏心，且如果需要则调整卡钉；
在没有焊接填料的情况下使用TIG焊接熔融焊接部的根部；
通过窄间隙TIG焊接利用基体金属焊接填料来增大焊接高度，以允许所述转子倾斜到水平位置中；
使所述转子倾斜到水平位置中；
通过使用SAW焊接来填充所述外侧SAW焊接间隙，以完成焊接；并且
通过使用超声波测试的NDT来检查所述转子的焊接部；
其特征在于
所述焊缝制备加工步骤包括制备TIG焊接间隙到SAW焊接间隙过渡的优化的过渡几何形状，所述几何形状具有第一开口(28)和第二开口(29)，所述第一开口(28)具有第一开口角度，所述第二开口(29)具有大于所述第一开口角度的第二开口角度；
其中，所述第一开口(28)具有V形形状；
其中，所述第一开口(28)具有与竖向成约30°的开口角度；
其中，所述第一开口(28)具有3 mm的高度；
其中，所述第二开口(29)具有V形形状，且以预定半径(R)进入所述SAW焊接间隙的侧壁(30)中；
其中，所述第二开口(29)具有与竖向成约70°的开口角度；并且
其中，所述预定半径(R)约为4mm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转子用于发电机。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述转子用于燃气涡轮或蒸汽涡轮。
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