CN104096984B - 用于焊接用于发电的转子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于焊接用于发电的转子(30)(燃气涡轮、蒸汽涡轮、发电机)的方法，该转子(30)包括沿转子轴线(34)布置的多个转子盘(26,27)，该方法包括以下步骤：向所述盘(26)提供焊接缝隙制备，焊接缝隙制备包括根部(33)、在径向方向上邻接根部(33)的第一间隙状焊接区段(32)，以及在径向方向上邻接所述第一焊接区段(32)的第二间隙状焊接区段(31)；借助于第一焊接过程来熔化根部(33)；借助于第二焊接过程来产生所述第一焊接区段(32)中的焊缝；以及借助于第三焊接过程来填补所述第二焊接区段(31)。制造方法的简化和灵活化通过将所述第一焊接过程选择为激光焊接(LW)、电子束焊接(EB)、摩擦焊接和激光混合焊剂中的一个来实现，并且/或者所述第二焊接过程为激光焊接或激光混合焊接中的一个。

Description

用于焊接用于发电的转子的方法
技术领域
本发明涉及涡轮机技术。其涉及用于焊接用于发电的转子的方法。
背景技术
在现有技术中，锻造和经NDT(非破坏性试验)测试的盘被加工用于焊接缝隙制备。随后，盘钉在彼此顶部上，并且它们关于彼此偏转并且作为整体被检查，并且如果需要就调整。现在，在盘处于竖直位置的情况下，焊缝的根部在没有焊缝填料的情况下使用钨极惰性气体焊接(TIG)来熔化。此后，使用具有母体金属焊缝填料(用以允许转子倾斜的加强层)的非常窄间隙TIG来增大径向方向上的焊缝高度，以允许转子在水平位置的倾斜。在使转子在水平位置倾斜之后，焊接结束，使用潜弧焊接(SAW)来填充焊缝。最后，转子的焊缝使用US(超声波)测试来进行DNT检查。
EP0665079A1和EP2215329A1中更详细描述了用于发电装备的转子的现有技术焊接。
文献EP0665079A1和EP2215329A1(分别WO2009/065739A1)描述了用于焊接用于发电的转子(燃气涡轮、蒸汽涡轮、发电机)的原理，该转子包括沿转子轴线布置的多个转子盘，从而使用TIG焊接，尤其是非常窄间隙的TIG来用于焊接接头的根部区域，并且随后使用潜弧焊接(SAW)来填充焊接缝隙。
图1(类似于EP0665079A1)示出了具有在焊接转子10的两个相邻转子盘11和12之间的焊缝13的现有技术的焊接接头。在焊接之前，两个盘11和12与高度h的定心阶梯接头20相邻，从而产生极窄的间隙19，其由盘11和12的极窄间隙构件面23和24限定，以及窄间隙14，其由盘11和12的窄间隙构件面15和16限定。
极窄的间隙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填充有小于窄间隙宽度a的SAW焊缝17,18，并且交替抵靠相对的窄间隙构件面15和16，并且在窄间隙14的中部重叠。在TIG焊接期间，焊接接头的根部处的熔合区域22被熔化。此外，具有缓解凸脊宽度c和高度d和缓解凸脊角α的缓解凸脊21设在焊接接头的根部处。
极窄间隙的TIG焊缝(焊缝25)典型地焊接在转子盘(例如，见WO2009/065739A1的图2)的竖直叠堆中，并且随后填充的SAW焊缝(SAW焊缝17,18)在水平位置被填充(例如，见WO2009/065739A1的图3)。TIG-SAW过渡示为具有用于SAW区域的U形焊缝接头制备。
此类现有技术的焊接接头的典型大小为：
TIG极窄间隙的典型宽度：b=10mm。
SAW窄间隙的典型宽度：a=17mm。
文献EP0665079A1公开了一种方法，其关于通过电弧熔焊连结金属构件，该电弧熔焊产生由根据DE2633829A1中指定的工艺交替施加于构件侧面的焊珠构成的小体积焊缝。除正常间隙外，构件设有邻接的端部间隙和定心插入件。构件借助于该插入件定位，缓解膨胀形成在焊缝底部的区中，并且所需的贯穿熔合位置通过焊接过程产生。随后，构件侧面通过全自动TIG焊接连结，或者MPG焊接产生多层焊珠，其宽度覆盖端部间隙的整个宽度b。
文献EP2215329A1或WO2009/065739A1分别涉及用于生产通过将盘和/或鼓形元件(特别是盘)焊接在一起来制造的转子的方法，其中，所述盘以沿纵轴线的顺序借助于装置组装，并且在两级焊接过程中焊接。盘在组装期间在竖直方向上沿轴向堆叠。第一焊接过程以堆叠的盘的竖直定向发生，后面是以堆叠的盘的水平定向的第二焊接过程。
现在，在用于涡轮机的焊接转子的领域中，存在可用的其它强大焊接程序，其可替代钨极惰性气体(TIG)焊接用于以高质量和降低的成本熔化根部和填充加强层。
金属活性气体(MAG)全自动工艺为强大工艺，以替代潜弧焊接(SAW)工艺用于在根部熔化和焊接加强层之后填补焊缝。如果需要，MAG焊接还可在竖直位置施加。在该情况下，将不需要允许SAW焊接之前的加强层倾斜，而是紧接在根部区域熔化之后，焊缝可在竖直位置通过MAG填充。
发明内容
本发明的目的在于公开一种用于制造用于涡轮机的焊接转子的方法，该方法更灵活且更易于执行。
用于焊接包括沿转子轴线布置的多个转子盘的用于发电的转子(燃气涡轮、蒸汽涡轮、发电机)的根据本发明的方法包括以下步骤：
向所述盘提供焊接缝隙制备，所述焊接缝隙制备包括根部、在径向方向上邻接所述根部的第一间隙状焊接区段，以及在径向方向上邻接所述第一焊接区段的第二间隙状焊接区段；
借助于第一焊接过程来熔化根部；
借助于第二焊接过程来产生所述第一焊接区段中的加强焊缝；以及
借助于第三焊接过程来填补所述第二焊接区段，
其特征在于，所述第一焊接过程为激光焊接(LW)、电子束焊接(EB)、摩擦焊接和激光混合焊接中的一个，并且/或者第二焊接过程为激光焊接或激光混合焊接中的一个。
根据本发明的实施例，所述第一焊接过程为激光焊接(LW)、电子束焊接(EB)、摩擦焊接和激光混合焊接中的一个，并且所述第二焊接过程为钨极惰性气体焊接(TIG)。根据本发明的另一个实施例，所述第二焊接过程为激光焊接或激光混合焊接，并且所述第一焊接过程为钨极惰性气体焊接(TIG)。
根据本发明的另一个实施例，所述第三焊接过程为全自动金属活性气体焊接(MAG)。
根据本发明的又一个实施例，所述第三焊接过程为冷金属过渡焊接(CMT)。
根据本发明的附加实施例，所述第三焊接过程为激光混合焊接。
根据本发明的再一个实施例，所述第二焊接过程为激光焊接(LW)，并且该过程利用粉末或线填料金属来完成。
附图说明
现在借助于不同实施例且参照附图来更进一步阐释本发明。
图1示出了根据现有技术的转子盘之间的焊接接头；以及
图2示出了如图1中使用的和根据发明的实施例的焊接接头构造之间的比较。
部件列表
10,30转子
11,12转子盘
13焊缝
14窄间隙
15,16构件面(窄间隙)
17,18SAW焊缝
19极窄间隙
20定心阶梯接头
21缓解凸脊
22熔合区域
23,24构件面(极窄间隙)
25TIG焊缝
26,27转子盘
28SAW焊接区域
29TIG焊接区域
31,32焊接区段
33根部。
具体实施方式
本发明的总体构想在于通过一个或更多个有利的焊接工艺来至少部分地替代涡轮机的焊接转子的现有技术的制造工艺中的TIG焊接工艺和/或SAW焊接工艺，以简化程序且/或使程序更灵活。
如图2所示，具有转子轴线34的转子30的两个相邻盘26和27之间的焊接接头构造包括不同区段，即，根部33、第一焊接区段32(替代现有技术的TIG焊接区域29)，以及邻接的第二焊接区段31(替代现有技术的SAW焊接区域28)。
本发明的第一实施例涉及在使用SAW填充焊缝(在焊接区段31中)之前通过以下来替代根部33的TIG焊接和加强(在焊接区段32中)：
·用于熔化根部33且利用粉末或线填料金属来制作加强层(在焊接区段32中)的激光焊接(LW)；
·用于熔化根部33和加强层(在焊接区段32中)的电子束焊接(EB)；
·替代熔化根部33和填充加强层(在焊接区段32中)的线性或通过旋转的摩擦焊接；
·用于熔化根部33和填充加强层(在焊接区段32中)的激光混合焊接；
·以上程序与彼此和/或与用于熔化根部33或用于加强层(在焊接区段32中)的TIG焊接的组合。
本发明的第二实施例涉及通过使用全自动金属活性气体(MAG)焊接工艺来替代用于填补焊缝(在焊接区段31中)的SAW焊接。
因此，根部33的TIG焊接和以加强层(在焊接区段32中)的填料金属的附加焊接可通过其它现今可用且验证的焊接程序来完成，如：
·激光焊接(LW)；
·电子束焊接(EB)；
·摩擦焊接，尤其是线性摩擦焊接
·激光混合焊接
·以上且与TIG的组合
使用的填料金属可为线或粉末。
取决于现有技术中的转子细节，高达四个TIG燃烧器并行使用来用于焊接。对于上文提到的备选焊接程序，多个燃烧器可以以相同方式并行使用，这取决于转子几何形状。
MAG焊接可在转子熔化和加强层焊接之后替换在转子的水平位置的焊缝(在焊接区段31中)的SAW填充，但还可用于转子的竖直位置，替代SAW焊接，且没有将转子从竖直位置安全地倾斜至水平位置用于SAW焊接所必需的加强层(在焊接区段32中)。在竖直位置的SAW焊接是可能的，但复杂，并且因此典型地不使用。
因此，取决于独立应用，目前与SAW焊接组合来用于发电转子焊接的TIG焊接可由上文提到的备选焊接程序来替换，其组合且与TIG组合来用于熔化或用于加强层。
因此，MAG焊接可用于替代SAW焊接以最终完成转子焊缝，在如常用于SAW的水平位置，但也在竖直位置，其中，不可能施加加强层。
本发明的另一个实施例涉及通过使用冷金属过渡(CMT)焊接工艺来替代用于填补焊缝(在焊接区段31中)的SAW焊接。
用于根部33的激光焊接(LW)和在竖直位置的加强焊接(在焊接区段32中)的优点为：
·不需要加强焊接，因为替代TIG焊接的LW允许焊缝厚度足以替代第二加强焊接；
·不需要用于根部焊接的焊缝填料(TIG替代)；
·较不复杂的根部焊缝区域制备，因为不再需要非常窄间隙的TIG焊接(见图1)；
·激光焊接(LW)比TIG焊接更容易；
·激光焊接(LW)比TIG或EB焊接对磁场更不敏感；
·激光焊接(LW)不要求真空(相比于EB焊接)。
在竖直位置的用于根部33的电子束焊接(EB)的优点为：
·不需要加强焊接，因为替代TIG焊接的EB焊接允许焊缝厚度足以替代加强焊接；
·不需要用于根部焊接的焊缝填料(TIG替代)。
用于根部33的激光混合焊接和在竖直位置的焊接(在焊接区段32中)的优点为：
·不需要加强焊接，因为替代TIG焊接的激光混合焊接允许焊缝厚度足以替代TIG根部和TIG加强焊接；
·填补焊缝所需的焊接过程没有变化，因为激光混合还可替代SAW在焊接区段31中使用。
通过用于填补焊接缝隙(在焊接区段31中)的其它焊接工艺替代SAW焊接的优点为：
·不需要在水平位置的焊缝，不同于SAW焊接；
·不需要焊剂；
通过用于填补焊接缝隙(在焊接区段31中)的激光混合焊接工艺替代SAW焊接的优点为：
·不需要将转子30转移至水平焊接的设备；
·不需要焊剂；
·相比于SAW焊接，减小了可能的焊缝宽度(尤其是对于大焊缝深度)；
·较少的需要的焊缝填料(按体积)，较小的焊缝收缩；
·相同工艺对于根部焊接和填充焊接缝隙(在焊接区段31中)是可能的。
通过用于填补焊接缝隙(在焊接区段31中)的MAG焊接工艺替代SAW焊接的优点为：
·不需要将转子30转移至水平焊接的设备；
·不需要焊剂；
·利用药芯焊丝，与SAW焊接相同或更好的熔化速率；
·相比于SAW的可能的焊缝宽度减小(尤其是对于大焊缝深度)。
通过用于填补焊接缝隙(在焊接区段31中)的冷金属过渡(CMT)焊接工艺替代SAW焊接的优点为：
·不需要将转子30转移至水平焊接的设备；
·不需要焊剂；
·相比于SAW焊接，减小了可能的焊缝宽度(尤其是对于大焊缝深度)；
·相比于MAG焊接，减少了进入基部材料的热输入。

Claims (4)

1.一种用于焊接用于燃气涡轮、蒸汽涡轮或发电机的转子(30)的方法，所述转子(30)包括沿转子轴线(34)布置的多个转子盘(26,27)，所述方法包括以下步骤：
制备所述转子盘(26,27)的焊接缝隙，所述焊接缝隙包括根部(33)、在径向方向上邻接所述根部(33)的第一间隙状焊接区段(32)，以及在径向方向上邻接所述第一间隙状焊接区段(32)的第二间隙状焊接区段(31)；
借助于第一焊接过程来熔化所述根部(33)；
借助于第二焊接过程来产生所述第一间隙状焊接区段(32)中的焊缝；以及
借助于第三焊接过程来填补所述第二间隙状焊接区段(31)；
其特征在于
所述第一焊接过程为激光焊接(LW)、电子束焊接(EB)、摩擦焊接和激光混合焊接中的一个，并且/或者所述第二焊接过程为激光焊接(LW)和激光混合焊接中的一个，并且
所述第三焊接过程为全自动金属活性气体焊接(MAG)、冷金属过渡焊接(CMT)和激光混合焊接中的一个。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一焊接过程为激光焊接(LW)、电子束焊接(EB)、摩擦焊接和激光混合焊接中的一个，并且所述第二焊接过程为钨极惰性气体焊接(TIG)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二焊接过程为激光焊接和激光混合焊接中的一个，并且所述第一焊接过程为钨极惰性气体焊接(TIG)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二焊接过程为激光焊接(LW)，并且该过程利用粉末或线填料金属来完成。
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