CN108080774A - 一种耐热钢在630度汽轮机转子中的应用及转子焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐热钢在630度汽轮机转子中的应用，所述转子包括多个轮盘部件，且至少一个轮盘部件为高温轮盘部件，所述高温轮盘部件的材质为耐热钢，所述高温轮盘部件与相邻的轮盘部件相焊接。本发明将耐热钢应用到汽轮机的转子中，特别是用于制造转子的高温轮盘部件，利用耐热钢耐高温的特性，从而使高温轮盘部件能在较高温度、甚至是630℃的环境中正常使用，满足了耐高温的使用需求。同时，本发明中将耐热钢应用到汽轮机的转子中，利用耐热钢优异的焊接特性，使得本发明中高温轮盘部件与相邻的轮盘部件易于焊接、且焊接强度较高。

Description

一种耐热钢在630度汽轮机转子中的应用及转子焊接方法

技术领域

本发明涉及一种耐热钢，特别是涉及一种耐热钢在630度汽轮机转子中的应用及转子焊接方法。

背景技术

目前，对于火力发电设备中的转子等高温部件来说，大多采用具有较高机械性能和经济效益的先进铁素体耐热钢。近年来，从环境保护的角度，一直积极促进火力发电设备效率的提高，其主要技术手段之一是提高蒸汽的压力和温度。随着汽轮机蒸汽参数的不断提高，对于汽轮机转子材料的高温性能提出了越来越高的要求。而现有铁基转子材料的使用温度普遍在620℃以下，主要原因是持久强度极限等高温性能指标不足。

制造转子时，通常根据导入蒸汽的温度选择材料，但是在高温区域和低温区域共存的环境，选择高温转子材料会使成本负担太大。因此，提出了异种材料焊接转子，用于制造低温区域和高温区域共存位置的转子，可以减少价格昂贵的高温材料的用量，降低材料成本。

现有的焊接转子在制造过程中，通常需采用两种焊接工艺，并分别在竖直方向和水平方向上完成各个轮盘间的封底、加厚及填充焊接，从而将各个轮盘结合在一起。

中国发明专利申请说明书CN104096953A中描述了一种采用氩弧焊(TIG)和埋弧焊(SAW)两种焊接方法焊接的坡口形式，具有很窄间隙的焊接接头根部区域采用TIG焊接，但是坡口尺寸较大的填充区域采用SAW焊接。

中国发明专利说明书CN 101918678B中描述了一种生产转子的工艺，首先在竖直方向采用第一焊接工艺，即采用钨极惰性气体焊接工艺进行根部焊接，然后在水平位置采用第二焊接工艺，即采用埋弧焊工艺进行填充焊接。

中国发明专利申请说明书CN 104096984A中描述了一种通过三个焊接过程完成转子焊接的工艺方法，前两个过程中熔化根部的焊缝和加强焊缝均选择激光焊(LW)、电子束焊(EB)、摩擦焊、激光混合焊接或钨极惰性气体焊接(TIG)的一个，第三过程中填充焊缝选择全自动金属活性气体焊接(MAG)、冷金属过渡焊接(CMT)、激光焊接或激光混合焊接。

以上制造方法中存在工艺过程复杂、制造周期长、设备投入成本高、以及需要进行焊接位置的变换等不利因素，其中焊接位置变换需要对转子进行翻转，增加了转子弯曲变形超公差的风险。

而现在氩弧焊工艺技术日益强大，尤其是热丝氩弧焊，已经达到了与传统埋弧焊相当的熔敷效率。氩弧焊在水平和竖直两种位置均可焊接，不需要进行转子翻转，因此可以替代传统埋弧焊工艺方法。同时，氩弧焊工艺可以减小焊接坡口间隙，从而减少焊接材料的消耗、减少生产周期、降低成本。氩弧焊相比埋弧焊具有电弧可视性好，过程监控性好等优点，且单层单道钨极摆动焊工艺可以保证侧壁的熔合质量，获得比传统埋弧焊更优的焊缝质量。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种耐热钢在630度汽轮机转子中的应用，用于解决现有技术中汽轮机转子难以在较高温度的环境中正常使用的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种耐热钢在630度汽轮机转子中的应用，所述转子包括多个轮盘部件，且至少一个轮盘部件为高温轮盘部件，所述高温轮盘部件的材质为耐热钢，所述高温轮盘部件与相邻的轮盘部件相焊接。

进一步地，所述耐热钢以重量％计含有C：0.10％～0.20％、Cr：7.00％～12.80％、Mo：0.80％～1.90％、Co：0.30％～3.50％。

进一步地，其中至少一个轮盘部件为低温轮盘部件，所述低温轮盘部件的材质为低温钢。

进一步地，所述低温钢以重量％计含有C：0.18％～0.35％、Cr：1.10％～3.00％、Mo：0.25～1.25％、Ni：0.50～3.75％、V：0.07～0.30％。

如上所述，本发明涉及的耐热钢在630度汽轮机转子中的应用，具有以下有益效果：

本发明将耐热钢应用到汽轮机的转子中，特别是用于制造转子的高温轮盘部件，利用耐热钢耐高温的特性，从而使高温轮盘部件能在较高温度、甚至是630℃的环境中正常使用，满足了耐高温的使用需求。同时，本发明中将耐热钢应用到汽轮机的转子中，利用耐热钢优异的焊接特性，使得本发明中高温轮盘部件与相邻的轮盘部件易于焊接、且焊接强度较高。

本发明的另一个目的在于提供一种转子焊接方法，用于解决现有技术中汽轮机转子焊接工艺复杂的问题。

本发明还提供一种转子焊接方法，所述转子包括多个轮盘部件，且至少一个轮盘部件为高温轮盘部件，所述高温轮盘部件的材质为耐热钢，所述转子焊接方法包括：

步骤S1、采用单层单道钨极摆动氩弧焊工艺将所述高温轮盘部件与相邻的轮盘部件进行焊接。

进一步地，所述耐热钢以重量％计含有C：0.10％～0.20％、Cr：7.00％～12.80％、Mo：0.80％～1.90％、Co：0.30％～3.50％。

进一步地，所述步骤S1包括采用具有钨极的焊枪将高温轮盘部件与相邻的轮盘部件进行焊接，所述焊枪上设有可旋转的钨极夹，所述钨极固定在钨极夹上。

进一步地，所述步骤S1中需沿单一方向进行焊接，所述单一方向为竖直方向。

进一步地，所述高温轮盘部件与相邻的轮盘部件之间的坡口角度为0.5°～6°，且高温轮盘部件与相邻的轮盘部件之间的宽度为6～16mm。

如上所述，本发明涉及的转子焊接方法，具有以下有益效果：

本发明利用由耐热钢制成的高温轮盘部件具有良好的焊接性，从而采用单层单道钨极摆动氩弧焊工艺将所述高温轮盘部件与相邻的轮盘部件进行焊接，不仅保证高温轮盘部件与相邻的轮盘部件焊接的要求，且操作简单，降低了转子的焊接成本。同时，通过采用单层单道钨极摆动氩弧焊工艺，可以减小焊接坡口间隙，从而减少焊接材的消耗、减少生产周期、降低成本。且氩弧焊电弧可视性好，过程监控性好，单层单道钨极摆动焊技术可以保证侧壁的熔合质量，获得比传统埋弧焊更优的焊缝质量。

附图说明

图1为本发明第一种实施例中转子的结构示意图。

图2为本发明第二种实施例中转子的结构示意图。

图3为本发明第三种实施例中转子的结构示意图。

图4为本发明中转子焊接方法的实施过程示意图。

元件标号说明

1 转子

11 轮盘部件

111 高温轮盘部件

112 低温轮盘部件

113 焊缝

12 坡口

121 根部

13 转子轴线

2 焊枪

21 钨极

22 钨极夹

A 坡口面角度

B 最小宽度

C 坡口角度

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至3所示，本发明提供一种耐热钢在630度汽轮机转子中的应用。上述转子1包括多个轮盘部件11，且至少一个轮盘部件11为高温轮盘部件111，高温轮盘部件111的材质为耐热钢。上述高温轮盘部件111与相邻的轮盘部件11相焊接。本发明将耐热钢应用到汽轮机的转子1中，特别是用于制造转子1的高温轮盘部件111，利用耐热钢耐高温的特性，从而使高温轮盘部件111能在较高温度、甚至是630℃的环境中正常使用，满足了耐高温的使用需求。同时，本发明中将耐热钢应用到汽轮机的转子1中，利用耐热钢优异的焊接特性，使得本发明中高温轮盘部件111与相邻的轮盘部件11易于焊接、且焊接强度较高。

本实施例中耐热钢以重量％计含有C：0.10％～0.20％、Cr：7.00％～12.80％、Mo：0.80％～1.90％、Co：0.30％～3.50％。由上述化学组分组成的耐热钢能在高温、特别是630℃的环境中，保持其正常的力学性能，从而使本发明中耐热钢具有较好的耐热性。本发明中耐热钢也可称作9Cr钢。另外，本发明中耐热钢的化学组分并不局限于上述实施例，只要其能稳定地在温度为630℃及以下的环境中使用、即高温力学性能满足使用需求即可。

上述转子1中至少一个轮盘部件11为低温轮盘部件112，且低温轮盘部件112的材质为低温钢。本申请所述的低温钢即为耐热性相对较低的钢，且价格也相对较低。本发明转子1中高温轮盘部件111由上述耐热钢制成，同时其低温轮盘部件112由低温钢制成；使用时，高温轮盘部件111可在温度相对较高、甚至是630℃及以下的高温环境中使用；低温轮盘部件112可用于温度相对较低的环境，从而满足了汽轮机的转子1部分处于较高温度的使用需求。且本发明中部分轮盘部件11、即低温轮盘部件112由价格较低的低温钢制成，减少了价格相对较高的耐热钢的使用量，大大降低了转子1的加工成本。本发明满足了市场对高温转子的需求，达到性能和成本的双赢。

本实施例中低温钢以重量％计含有C：0.18％～0.35％、Cr：1.10％～3.00％、Mo：0.25～1.25％、Ni：0.50～3.75％、V：0.07～0.30％。由上述化学组分组成的低温钢能在550℃及以下的环境中正常使用。使用于，本发明高温轮盘部件111在630℃及以下的高温区域使用；低温轮盘部件112在550℃及以下的低温区域使用，从而使本发明转子1能满足部分工作环境温度为630℃及以下、且部分工作环境温度为550℃及以下的使用需求。本实施例中低温钢也可称作CrMoV钢。另外，本申请中低温钢的化学组分并不局限于上述实施例，只要其能稳定地在温度为550℃及以下的环境中使用需求即可。

另外，本实施例中应尽量降低耐热钢和低温钢中不可避免的杂质元素的含量。上述转子1可用于蒸汽轮机或燃气轮机。

本发明中转子1即为一种异种材料焊接转子，可以发挥每种材料的性能优势，减少价格昂贵耐热钢材料的用量，达到降低成本的目的。本发明中转子1可导入温度达630℃的高温蒸汽，满足高温转子的使用需求。

同时，如图4所示，本发明还提供一种转子焊接方法，该转子1包括多个轮盘部件11，且至少一个轮盘部件11为上述高温轮盘部件111。上述高温轮盘部件111的材质为上述耐热钢。本发明转子焊接方法包括：

步骤S1、采用单层单道钨极摆动氩弧焊工艺将所述高温轮盘部件111与相邻的轮盘部件11进行焊接。

本发明中转子1的高温轮盘部件111由耐热钢制成，不仅使其具有耐高温的特性，还使其具有良好的焊接性；本发明利用高温轮盘部件111具有上述良好的焊接性，从而采用单层单道钨极摆动氩弧焊工艺将所述高温轮盘部件111与相邻的轮盘部件11进行焊接，不仅保证高温轮盘部件111与相邻的轮盘部件11焊接的要求，且操作简单，降低了转子1的焊接成本。另外，通过采用单层单道钨极摆动氩弧焊工艺，可以减小焊接坡口间隙，从而减少焊接材的消耗、减少生产周期、降低成本。且氩弧焊电弧可视性好，过程监控性好，单层单道钨极摆动焊技术可以保证侧壁的熔合质量，获得比传统埋弧焊更优的焊缝113质量。

本实施例中，如图4所示，上述步骤S1具体包括采用具有钨极21的焊枪2将高温轮盘部件111与相邻的轮盘部件11进行焊接，上述焊枪2上设有可旋转的钨极夹22，上述钨极21固定在钨极夹22上。在焊接过程中，钨极夹22旋转、并带动钨极21在相邻两个轮盘部件11之间的坡口12内摆动，电弧周期性指向坡口12的侧壁，从而保证侧壁的熔合质量。本发明在焊接过程中坡口12的根部121的封底焊接、加强焊接及填充焊接均由TIG焊接工艺完成，用来替代现有技术制造工艺中TIG焊接工艺和SAW焊接工艺组合的制造方法，以简化工艺流程、降低成本、缩短制造周期。另外，如图4所示，多个轮盘部件11沿转子轴线13分布。

另外，本实施例中所有相邻的两轮盘部件11间均采用上述单层单道钨极摆动氩弧焊工艺进行焊接。同时，上述步骤S1中需沿单一方向进行焊接，该单一方向为竖直方向，即本发明在将相邻两轮盘部件11进行焊接时，只需在一个方向上利用氩弧焊工艺完成转子1的焊接工作，节约了工艺步骤，降低了焊接成本。本实施例中轮盘部件11沿竖直方向分布，且可以使用2个或4个焊枪2在对称位置同时进行焊接。由于本发明采用一种焊接工艺方法且在一个方向完成全部焊接，因此在焊接过程中不需要对转子1进行翻转，避免对转子1的强度造成破坏，且操作方便。

如图1所示，在第一种实施例中转子1包括一个高温轮盘部件111和一个低温轮盘部件112，两者通过一条焊缝113结合在一起；且两者通过上述转子焊接方法进行焊接。

如图2所示，在第二种实施例中转子1包括两个低温轮盘部件112和一个位于两个低温轮盘部件112之间的高温轮盘部件111。高温轮盘部件111的两侧分别通过两条焊缝113与两个低温轮盘部件112结合在一起。且高温轮盘部件111通过上述转子焊接方法与两个低温轮盘部件112焊接。

如图3所示，在第三种实施例中转子1包括两个低温轮盘部件112和两个位于两个低温轮盘部件112之间的高温轮盘部件111。两个高温轮盘部件111间通过一条焊缝113固接，且两个高温轮盘部件111相背一侧均通过一条焊缝113与低温轮盘部件112固接。且两个高温轮盘部件111间、以及高温轮盘部件111与低温轮盘部件112间均采用上述转子焊接方法进行焊接。

如图4所示，上述高温轮盘部件111与相邻的轮盘部件11之间的坡口角度C为0.5°～6°，即单个的轮盘部件11的坡口面角度A为0.25°～3°，具体的坡口角度C需根据材料的线膨胀系数、焊接热输入、钨极摆动角度等参数进行优化设计。同时，高温轮盘部件111与相邻的轮盘部件11之间的宽度B为6～16mm。

综上所述，本发明一种耐热钢在630度汽轮机转子中的应用，通过将耐热钢应用到转子1上，使转子1为异种材料焊接转子，可在低温区域和高温区域共存的环境中使用，可以发挥每种材料的性能优势，减少价格昂贵耐热钢的用量，达到降低成本的目的。且本发明中转子1可导入温度达630℃的高温蒸汽，满足高温转子的使用需求。另外，本发明中转子焊接方法，通过采用单层单道钨极摆动氩弧焊工艺，可以减小焊接坡口间隙，从而减少焊接材的消耗、减少生产周期、降低成本。氩弧焊电弧可视性好，过程监控性好，单层单道钨极摆动焊技术可以保证侧壁的熔合质量，获得比传统埋弧焊更优的焊缝113质量。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种耐热钢在630度汽轮机转子中的应用，所述转子(1)包括多个轮盘部件(11)，且至少一个轮盘部件(11)为高温轮盘部件(111)，所述高温轮盘部件(111)的材质为耐热钢，所述高温轮盘部件(111)与相邻的轮盘部件(11)相焊接。

2.根据权利求1所述的应用，所述耐热钢以重量％计含有C：0.10％～0.20％、Cr：7.00％～12.80％、Mo：0.80％～1.90％、Co：0.30％～3.50％。

3.根据权利要求1所述的应用，其中至少一个轮盘部件(11)为低温轮盘部件(112)，所述低温轮盘部件(112)的材质为低温钢。

4.根据权利要求3所述的应用，所述低温钢以重量％计含有C：0.18％～0.35％、Cr：1.10％～3.00％、Mo：0.25～1.25％、Ni：0.50～3.75％、V：0.07～0.30％。

5.一种转子焊接方法，其特征在于，所述转子(1)包括多个轮盘部件(11)，且至少一个轮盘部件(11)为高温轮盘部件(111)，所述高温轮盘部件(111)的材质为耐热钢，所述转子焊接方法包括：

步骤S1、采用单层单道钨极摆动氩弧焊工艺将所述高温轮盘部件(111)与相邻的轮盘部件(11)进行焊接。

6.根据权利要求5所述的转子焊接方法，其特征在于，所述耐热钢以重量％计含有C：0.10％～0.20％、Cr：7.00％～12.80％、Mo：0.80％～1.90％、Co：0.30％～3.50％。

7.根据权利要求5所述的转子焊接方法，其特征在于，所述步骤S1包括采用具有钨极(21)的焊枪(2)将高温轮盘部件(111)与相邻的轮盘部件(11)进行焊接，所述焊枪(2)上设有可旋转的钨极夹(22)，所述钨极(21)固定在钨极夹(22)上。

8.根据权利要求5所述的转子焊接方法，其特征在于，所述步骤S1中需沿单一方向进行焊接，所述单一方向为竖直方向。

9.根据权利要求5所述的转子焊接方法，其特征在于，所述高温轮盘部件(111)与相邻的轮盘部件(11)之间的坡口角度(C)为0.5°～6°，且高温轮盘部件(111)与相邻的轮盘部件(11)之间的宽度(B)为6～16mm。