CN108971901A - 一种冲击式水轮机转轮修复再制造方法 - Google Patents

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程广福
吕晓强
李景
金殿彪
刘玉鑫
文道维
魏松
赵鹏
贾朋刚
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Abstract

本发明涉及一种冲击式水轮机转轮修复再制造方法，将转轮的断斗以转轮的中心为圆心，以断口距圆心最小距离切线处沿周向将断裂部位切除，在斗根上形成完整的截面；将截面外缺失的外斗的三维数学模型导入专用软件，以斗根为增材制造基础，控制机器人采用冷金属过渡电弧增材制造方法，按照外斗的数学模型切片，按着焊接路径规划进行片层的增材制造，最终形成近净成型的外斗；在数控机床上进行完成外斗增材制造的转轮的外斗的机械加工，而后对其进行抛光，完成转轮的修复再制造。该方法可以实现不同断裂位置的转轮的修复。是一种高性能、低成本、高效率的转轮修复方法。

Description

一种冲击式水轮机转轮修复再制造方法
技术领域：
本发明涉及一种冲击式水轮机转轮修复再制造方法。
背景技术：
水轮机转轮是水电站发电机组的核心部件，其制造质量和寿命直接决定了电站的运行效率、安全性和稳定性。其中，冲击式水轮机转轮是应用比较广泛的转轮。在高水头、高转速工况下运行的转轮，部分会发生断斗的现象。对于断斗的转轮，在断裂部位较小时，需要返厂进行修复，修复方法为，按照所缺失位置的尺寸和形状加工一块叶片，然后采用人工焊接的方式，将其焊接到断裂位置，然后经过热处理、加工和抛光，完成转轮的修复，在这种修复方式下，人工焊接的质量和稳定性难于保证，而且焊接接头处往往成为薄弱区域，很容易再次发生断裂。而在断裂位置较靠近根部时，由于在运行时，该部位应力较大，手工修复无法满足要求，只能对转轮做报废处理。
增材制造技术(又称3D打印技术)，是基于材料堆积法的一种新型制造技术，可以根据零件或物体的三维模型数据，以材料累加的方式制成实物。电弧增材制造技术是以电弧为载能束，采用逐层堆焊的方式制造金属实体构件，零件由全焊缝构成，化学成分均匀、致密度高，开放的成形环境对成形件尺寸无限制，成形速率高，主要应用于大尺寸复杂构件的低成本、高效快速近净成形。其中，冷金属过渡技术CMT(cool metal transfer)具有低热输入、变形小、无飞溅等特点，而且，其送丝运动与熔滴过渡过程可进行数字化协调，可操控性高，十分适用于电弧增材制造过程。CMT技术与机器人的结合应用可以完美的实现金属部件的增材制造和修复。相关的实验证明，CMT增材制造的转轮用0Cr13Ni5Mo材质，其HAZ仅在熔合区附近，范围极小，对部件的性能弱化作用非常小，同时，其疲劳性能明显优于锻件，而与0Cr13Ni5Mo基材结合界面处的性能与基材相当，因此，其与机器人的结合是冲击式水轮机转轮增材制造修复与再制造的理想方法。
发明内容：
本发明涉及一种冲击式水轮机转轮修复再制造方法，具有加工精度高、周期短和成本低的优势。
本发明的技术方案为：
包括如下步骤：
1)将转轮(1)的断斗(2)以转轮(1)的中心(3)为圆心，以断口距圆心最小距离切线(7)处沿周向将断裂部位切除，在斗根(4)上形成完整的截面(5)；
2)将截面(5)外缺失的外斗(6)的三维数学模型导入专用软件，以斗根(4)为增材制造基础，并对外斗(6)过流面自动增加3.0mm的加工余量，对外斗(6)数学模型沿截面(5)的垂直方向进行切片和焊接路径规划；
3)将规划的焊接路径转化成机器人控制程序，控制机器人采用冷金属过渡技术进行电弧增材制造，按照外斗(6)的数学模型切片，按着焊接路径规划进行片层的增材制造，最终形成近净成型的外斗(6)；
4)在数控机床上进行完成外斗(6)增材制造的转轮(1)的外斗(6)的机械加工，而后对其进行抛光，完成转轮(1)的修复再制造。
技术效果：
水轮机转轮是水电站发电机组的核心部件，其制造质量和寿命直接决定了电站的运行效率、安全性和稳定性。实现冲击式水轮机转轮的修复与再制造质量对电站的安全高质量运行有重要意义。由本发明提出了一种机器人控制的CMT外斗增材制造修复再制造方法，充分利用机器人操纵CMT技术可以制造高质量增材的特点，实现断斗转轮的修复再制造，使得被修补部分的性能优于原有转轮本身，同时，结合界面处的性能极其接近于基材。可以实现不同断裂位置的转轮的修复。是一种高性能、低成本、高效率的转轮修复方法。
附图说明：
图1是冲击式水轮机转轮分割示意图。
图2是轮毂及斗根部分示意图。
图3是增材制造截面示意图。
图4是转轮截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述：
如图1、图2所示，将转轮1的断斗2以转轮1的中心3为圆心，以断口距圆心最小距离切线7处沿周向将断裂部位切除，在斗根4上形成完整的截面5；
将截面5外缺失的外斗6的三维数学模型导入专用软件，以斗根4为增材制造基础，并对外斗6过流面自动增加3.0mm的加工余量，对外斗6数学模型沿截面5的垂直方向进行切片和焊接路径规划；
如图3所示，将规划的焊接路径转化成机器人控制程序，控制机器人采用冷金属过渡技术进行电弧增材制造，按照外斗6的数学模型切片，按着焊接路径规划进行片层的增材制造，最终形成近净成型的外斗6；
如图4所示，在数控机床上进行完成外斗6增材制造的转轮1的外斗6的机械加工，而后对其进行抛光，完成转轮1的修复再制造。

Claims (1)

1.一种冲击式水轮机转轮修复再制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将转轮(1)的断斗(2)以转轮(1)的中心(3)为圆心，以断口距圆心最小距离切线(7)处沿周向将断裂部位切除，在斗根(4)上形成完整的截面(5)；
2)将截面(5)外缺失的外斗(6)的三维数学模型导入专用软件，以斗根(4)为增材制造基础，并对外斗(6)过流面自动增加3.0mm的加工余量，对外斗(6)数学模型沿截面(5)的垂直方向进行切片和焊接路径规划；
3)将规划的焊接路径转化成机器人控制程序，控制机器人采用冷金属过渡技术进行电弧增材制造，按照外斗(6)的数学模型切片，按着焊接路径规划进行片层的增材制造，最终形成近净成型的外斗(6)；
4)在数控机床上进行完成外斗(6)增材制造的转轮(1)的外斗(6)的机械加工，而后对其进行抛光，完成转轮(1)的修复再制造。
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