CN109128626A - 燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术及焊机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术及焊机，涉及燃气轮机零组件制造领域，用冷金属过渡焊接增材加工技术代替传统的减材加工技术来加工燃气轮机燃烧室火焰筒外表面扰流器，降低生产成本，提高生产效率；该燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术于火焰筒的外表面上通过CMT焊接技术焊接出螺旋线，能够降低扰流器生产成本，提高生产效率。一种焊机，用于燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术，能够用于生产扰流器，降低扰流器生产成本，提高生产效率。

Description

燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术及焊机

技术领域

本发明涉及燃气轮机零组件制造领域，具体的说，是燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术及焊机。

背景技术

燃气轮机燃烧室火焰筒外表面扰流器传统的加工工艺为将钣金件筒体表面通过材料切削加工而成，材料为AMS5872高温合金，加工前母材的厚度为5.334mm，加工完成后最薄处的厚度为3.175mm，加工原材料减薄了40％，材料浪费较多。加工一件燃烧室火焰筒外表面扰流器需要8小时，需要专用的刀具，加工成本和加工周期较长。

发明内容

本发明的目的在于设计出燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术及焊机，用冷金属过渡焊接增材加工技术代替传统的减材加工技术来加工燃气轮机燃烧室火焰筒外表面扰流器，降低生产成本，提高生产效率，切合国家对增材技术发展的号召。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明提供了一种燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术，所述加工技术中，引入CMT焊接技术加工扰流器，于火焰筒的外表面上通过CMT焊接技术焊接出螺旋线。

采用上述设计时，在燃烧室火焰筒扰流器的生产中引入CMT焊接技术，用冷金属过渡焊接增材加工技术代替传统的减材加工技术来加工燃气轮机燃烧室火焰筒外表面扰流器，能够降低生产成本，提高生产效率，切合国家对增材技术发展的号召。

进一步的，所述加工技术包括以下加工步骤：

步骤S1：将火焰筒水平放置，将火焰筒的大端固定在焊接机的转台上；

步骤S2：将装夹有焊枪的焊枪支架固定在十字架导轨的Y轴滑块上，调整焊枪，使焊枪对准火焰筒的外表面；

步骤S3：对火焰筒外表面进行CMT焊接技术下的螺旋线焊接，焊接过程中转台持续转动，Y轴沿X轴轴向水平运动。

采用上述设计时，利用转台的旋转以及十字架导轨的Y轴沿X轴的水平运动能够使焊枪在火焰筒的外表面完成螺旋线的焊接作业。

进一步的，步骤S2中，焊丝与火焰筒的外表面垂直。

进一步的，步骤S3中，焊枪进行螺旋线焊接时，焊丝所对的火焰筒的外表面的线速度前后一致；其中，转台沿周向W向匀加速转动，保证火焰筒的大端和小端的线速度不变；Y轴沿X轴轴线水平匀加速运动，使焊枪的移动速度与转台的转速匹配保证螺旋线间距不变。

采用上述设计时，能够焊接出较高质量的均匀的螺旋线。

进一步的，在螺旋线焊接前，在Y轴滑块上固定水平伸缩调节装置，水平伸缩调节装置成为H轴，水平伸缩调节装置的伸缩方向与X轴轴线垂直，水平伸缩调节装置的工作端连接滚轮支架，滚轮支架的前端具有滚轮，使滚轮与火焰筒的外表面保持接触，滚轮的轴向与转台的轴向平行，螺旋线焊接时焊枪与滚轮支架固定并同步伸缩。

进一步的，步骤S3中，焊枪进行螺旋线焊接时，Y轴滑块沿Y轴轴线竖直匀速运动，使焊枪到火焰筒的外表面的距离保持不变。

采用上述设计时，能够焊接出更高质量的均匀的螺旋线。

采用上述设计时，通过水平伸缩调节装置的调节作用，能够使焊枪导电嘴与火焰筒的外表面的间距变化进一步减小，保证螺旋线的焊接质量。

进一步的，在螺旋线焊接时，焊接电压保持不变，焊接气流量为12-15L/min，送丝速度为4.8-5.2m/min，电弧长度补偿为30％，在焊接螺旋线时转台的线速度为1680mm/min-1760mm/min。

进一步的，在步骤S1之前还包括焊前准备步骤，焊前准备步骤为：

步骤S01：对火焰筒的外表面进行清理，使火焰筒的外表面不得有油污、杂质、水等杂质；

步骤S02：对火焰筒的外表面碰划伤使用砂带枪等进行抛修；

步骤S03：对火焰筒的外表面使用叶轮进行螺旋抛修，使火焰筒的外表面的整个待焊面出现均匀的金属光泽；

步骤S04：对火焰筒的外表面使用奥氏体不锈钢进行抛修，使火焰筒的外表面整个面出现均匀的金属纹路。

本发明根据上述的加工技术提供了一种，所述焊机用于燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术，包括CMT焊接电源、焊机支架，所述焊机支架上固定有转台、十字架导轨，所述十字架导轨的Y轴滑块上固定有焊枪，所述焊枪与所述CMT焊接电源连接。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述Y轴滑块上固设有水平伸缩装置，所述水平伸缩装置成为H轴，所述水平伸缩调节装置的伸缩方向与X轴轴线垂直，所述水平伸缩调节装置的工作端连接有滚轮支架，滚轮支架的前端滚动设置有滚轮，所述滚轮用于与火焰筒的外表面保持接触，所述滚轮的轴向与转台的轴向平行，所述焊枪与滚轮支架固定连接并能同步伸缩。

本发明具有以下优点及有益效果：

本发明中，在燃烧室火焰筒扰流器的生产中引入CMT焊接技术，用冷金属过渡焊接增材加工技术代替传统的减材加工技术来加工燃气轮机燃烧室火焰筒外表面扰流器，在实际生产过程中，能够降低生产成本，提高生产效率，切合国家对增材技术发展的号召。

本发明中，焊机能够用于燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术的运用中去，保证燃烧室火焰筒扰流器的加工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是所述焊机的主视结构示意图；

图2是图1的A向结构示意视图；

图3是图1的俯视结构示意图；

图4是图3中的B部结构放大示意图；

图5是焊枪到工件的距离变化示意图一；

图6是焊枪到工件的距离变化示意图二；

图中标记为：

1-W轴伺服电机；2-X轴伺服电机；3-转台；4-火焰筒；5-Y轴；6-Y轴滑块；7-X轴；8-Y轴伺服电机；9-滚轮支架；10-焊枪；11-滚轮；12-焊机支架；13-转台支撑架；14-焊枪固定块；15-连接块；16-气动装置；17-H轴气动伸缩杆；18-H轴气动装置导轨。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：

燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术，用冷金属过渡焊接增材加工技术代替传统的减材加工技术来加工燃气轮机燃烧室火焰筒外表面扰流器，降低生产成本，提高生产效率，如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示：

为了降低燃气轮机燃烧室火焰筒外表面扰流器的加工成本，并缩短其加工周期，通过收集增材技术方面的资料，最终选定冷金属焊接增材加工技术来代替传统的减材加工技术。

燃气轮机燃烧室火焰筒外表面扰流器由90圈的螺旋线组成，单个螺旋线的焊缝宽度为2.54±0.38mm，高度为0.81±0.38mm，焊缝与母材的润湿角≤35°，这些技术条件给我们带来了很大困难，通过不断的试验，设计出了一种燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术。

本发明提供了一种燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术，该加燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术中引入CMT焊接技术加工扰流器，其核心在于，于火焰筒的外表面上通过CMT焊接技术焊接出螺旋线。

燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术包括以下步骤：

步骤S1：对火焰筒的外表面进行清理，使火焰筒的外表面不得有油污、杂质、水等杂质；

步骤S2：对火焰筒的外表面碰划伤使用砂带枪等进行抛修。

步骤S3：对火焰筒的外表面进行叶轮螺旋抛修，使火焰筒的外表面的整个待焊面出现均匀的金属光泽，一般来说需要保证其表面粗糙度≤3.2μm。

步骤S4：对火焰筒的外表面使用奥氏体不锈钢进行抛修，使火焰筒的外表面整个面出现均匀的金属纹路，金属纹路一致时则达到金属纹路均匀的效果。

步骤S5：将经过步骤S1-S4处理后的火焰筒水平放置，并将火焰筒的大端固定在焊接机的转台上。

步骤S6：将装夹有焊枪的焊枪支架固定在十字架导轨的Y轴滑块上，调整焊枪，使焊枪对准火焰筒的外表面。

步骤S7：向控制十字架导轨运动的数控设备内输入工艺参数。

步骤S8：对火焰筒外表面进行CMT焊接技术下的螺旋线焊接，焊接过程中转台持续转动，Y轴沿X轴轴向水平运动。

步骤S1-S4为焊前准备步骤，该步骤十分关键，关系到螺旋线焊接质量，会影响焊缝熔池的表面张力，造成焊缝达不到设计要求报废，因此需要十分重视。

优选的，在步骤S6中，为了保证稳定的螺旋线焊接质量，焊丝与火焰筒的外表面应垂直。

但此类型燃烧室火焰筒为锥形筒，若采用普通的转台和十支架导轨来进行螺旋线的加工时，螺旋线的加工存在一些问题，本实施例以大端直径为457.2mm、小端直径350mm的火焰筒为例进行说明。

火焰筒和转台一起匀速转动，十支架导轨带动焊枪做X轴向运动，两个运动合成为螺旋运动，火焰筒大端的线速度较大，焊接线能量小，火焰筒小端线速度较小，焊接线能量大，导致焊接过程焊缝宽度和高度尺寸逐渐变大，对于加工要求较高的扰流器则会超过设计图的规定尺寸，不满足设计尺寸要求。

因此，优选的，为了得到更高质量的均匀的螺旋线，在步骤S8中，焊枪进行螺旋线焊接时，焊丝所对的火焰筒的外表面的线速度应该保持前后一致；其中，转台沿周向W向匀加速转动，保证火焰筒的大端和小端的线速度不变；Y轴沿X轴轴线水平匀加速运动，使焊枪的移动速度与转台的转速匹配保证螺旋线间距不变。

当焊接过程中十支架导轨在竖直方向即Y轴向上不运动，即对焊枪高度设定一个值，无辅助结构调节焊枪到工件的距离，在焊接螺旋线的整个过程中，焊枪到火焰筒的距离变化较大，焊枪到火焰筒的距离逐渐变大，导致填充材料的干伸长变长，影响堆焊焊缝的焊缝外观和尺寸，对于要求较高的螺旋线焊接要求，不能满足设计要求，如图5所示，焊枪位于火焰筒的大端和小端时，焊枪与火焰筒的外表面的距离尺寸分别为a1＝16mm和b1＝37mm。

优选的，为了得到更高质量的均匀的螺旋线，在螺旋线焊接前，在Y轴滑块上固定水平伸缩调节装置，水平伸缩调节装置成为H轴，水平伸缩调节装置的伸缩方向与X轴轴线垂直，水平伸缩调节装置的工作端连接滚轮支架，滚轮支架的前端具有滚轮，使滚轮与火焰筒的外表面保持接触，滚轮的轴向与转台的轴向平行，螺旋线焊接时焊枪与滚轮支架固定并同步伸缩。其中，水平伸缩调节装置可以为弹簧或具有气动推杆的气动装置，本实施例以气动装置为例进行说明。采用此设计时，将焊枪与一个滚轮支架固定在一个气动装置上，气动装置施加一个外力使得滚轮与火焰筒的外表面紧密接触，焊接过程中滚轮随火焰筒的外表面一起运动，减少火焰筒锥形筒对焊枪导电嘴到火焰筒的外表面的距离的影响，通过水平伸缩调节装置的调节作用，能够使焊枪导电嘴与火焰筒的外表面的间距变化进一步减小，保证螺旋线的焊接质量，比如如图6所示，焊枪位于火焰筒的大端和小端时，焊枪与火焰筒的外表面的距离尺寸分别为a2＝16mm和b2＝18.5mm。

因此，优选的，为了得到更高质量的均匀的螺旋线，在步骤S8中，除了增加水平伸缩调节装置外，焊枪进行螺旋线焊接时，还通过数控设备控制Y轴滑块沿Y轴轴线竖直匀速运动，使焊枪处于火焰筒大端和小端时，焊枪导电嘴到火焰筒的外表面的距离保持不变。

CMT焊接电源将熔滴过渡过程和送丝运动进行数字化协调，通过控制电源输出波形和焊丝运动在火焰筒外表面逐渐焊接出型面和特征尺寸符合要求的扰流器。之前国内无此类焊接参数的记录，需要通过调节气体流量、送丝速度及电弧长度补偿等参数配合，在试验件上不断试验，调节出满足单个螺旋线的焊缝宽度为2.54±0.38mm，高度为0.81±0.38mm，焊缝与母材的润湿角≤35°的焊缝，在螺旋线焊接时，焊接参数为：焊接电压保持不变，焊接气流量为12-15L/min，送丝速度为4.8-5.2m/min，电弧长度补偿为30％，转台的线速度为1680mm/min-1760mm/min。其中，转台的线速度优选为1723mm/min。

燃气轮机燃烧室火焰筒外表面扰流器冷金属焊接增材加工技术的成功应用使该类产品顺利完成了产品改型，降低生产成本，提高生产效率，完成了此类工艺的技术储备。

实施例2：

本实施例提供了一种焊机，用于燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术，燃气轮机燃烧室火焰筒外表面扰流器由90圈的螺旋线组成，单个螺旋线的焊缝宽度为2.54±0.38mm，高度为0.81±0.38mm，焊缝与母材的润湿角≤35°，这些技术条件给我们带来了很大困难，通过不断的试验，在燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术的基础上设计了专用的焊接操作机，特别采用下述设置结构：

该种焊机包括一CMT焊接电源，该CMT电源为Fronius transpulssynergic3200CMT，还包括一焊机支架12，在焊机支架12上固定有转台3、十字架导轨，转台3具有一固定在焊接支架12上的W轴伺服电机1，转台3座于转台支撑架13上，十字架导轨具有X轴7和Y轴5，X轴7和Y轴5分别具有X轴伺服电机2和Y轴伺服电机8。Y轴5上活动连接有Y轴滑块6，Y轴滑块6上固定有焊枪10，焊枪10与CMT焊接电源连接。

优选的，为了能够保证螺旋线的焊接质量，在Y轴滑块6上固设有水平伸缩装置，该水平伸缩装置可以是弹簧或具有H轴气动伸缩杆17的气动装置16，该水平伸缩装置成为H轴，本实施例以气动装置16为例进行说明。气动装置16还具有一与X轴轴线垂直H轴气动装置导轨18，该H轴气动装置导轨18用于帮助H轴气动伸缩杆17导向，H轴气动伸缩杆17的伸缩方向与X轴轴线垂直，气动装置16上固定有连接块15，连接块15固定有滚轮支架9，滚轮支架9位于气动装置16的工作端位置，滚轮支架9的前端滚动设置有滚轮11，滚轮11用于与火焰筒的外表面保持接触，滚轮11的轴向与转台的轴向平行，焊枪10与滚轮支架9固定连接并能同步伸缩。

使用时，将火焰筒固定在转台3上，转台3旋转带动火焰筒沿W向旋转，焊枪10通过Y轴能够沿X轴向水平运动，焊枪10在通过Y轴滑块6能够竖向运动，滚轮11用于帮助焊枪10与火焰筒4的外表面保持距离，使螺旋线的焊接更加稳定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术，其特征在于：于火焰筒的外表面上通过CMT焊接技术焊接出螺旋线。

2.根据权利要求1所述的燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术，其特征在于，包括以下加工步骤：

步骤S1：将火焰筒水平放置，将火焰筒的大端固定在焊接机的转台上；

步骤S2：将装夹有焊枪的焊枪支架固定在十字架导轨的Y轴滑块上，调整焊枪，使焊枪对准火焰筒的外表面；

步骤S3：对火焰筒外表面进行CMT焊接技术下的螺旋线焊接，焊接过程中转台持续转动，Y轴沿X轴轴向水平运动。

3.根据权利要求2所述的燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术，其特征在于：步骤S2中，焊丝与火焰筒的外表面垂直。

4.根据权利要求3所述的燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术，其特征在于：步骤S3中，焊枪进行螺旋线焊接时，焊丝所对的火焰筒的外表面的线速度前后一致；其中，转台沿周向W向匀加速转动，保证火焰筒的大端和小端的线速度不变；Y轴沿X轴轴线水平匀加速运动，使焊枪的移动速度与转台的转速匹配保证螺旋线间距不变。

5.根据权利要求4所述的燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术，其特征在于：在螺旋线焊接前，在Y轴滑块上固定水平伸缩调节装置，水平伸缩调节装置成为H轴，水平伸缩调节装置的伸缩方向与X轴轴线垂直，水平伸缩调节装置的工作端连接滚轮支架，滚轮支架的前端具有滚轮，使滚轮与火焰筒的外表面保持接触，滚轮的轴向与转台的轴向平行，螺旋线焊接时焊枪与滚轮支架固定并同步伸缩。

6.根据权利要求5所述的燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术，其特征在于：步骤S3中，焊枪进行螺旋线焊接时，Y轴滑块沿Y轴轴线竖直匀速运动，使焊枪到火焰筒的外表面的距离保持不变。

7.根据权利要求6所述的燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术，其特征在于：焊接电压保持不变，焊接气流量为12-15L/min，送丝速度为4.8-5.2m/min，电弧长度补偿为30％，在焊接螺旋线时转台的线速度为1680mm/min-1760mm/min。

8.根据权利要求7所述的燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术，其特征在于：在步骤S1之前还包括焊前准备步骤，焊前准备步骤为：

步骤S01：对火焰筒的外表面进行清理，使火焰筒的外表面不得有油污、杂质、水等杂质；

步骤S02：对火焰筒的外表面碰划伤进行抛修；

步骤S03：对火焰筒的外表面使用叶轮进行螺旋抛修，使火焰筒的外表面的整个待焊面出现均匀的金属光泽；

步骤S04：对火焰筒的外表面使用奥氏体不锈钢进行抛修，使火焰筒的外表面整个面出现均匀的金属纹路。

9.一种焊机，其特征在于：所述焊机用于燃烧室火焰筒扰流器冷金属过渡焊接增材加工技术，包括CMT焊接电源、焊机支架(12)，所述焊机支架(12)上固定有转台(3)、十字架导轨，所述十字架导轨的Y轴滑块(6)上固定有焊枪(10)，所述焊枪(10)与所述CMT焊接电源连接。

10.根据权利要求9所述的焊机，其特征在于：所述Y轴滑块(6)上固设有水平伸缩装置，所述水平伸缩装置成为H轴，所述水平伸缩调节装置的伸缩方向与X轴轴线垂直，所述水平伸缩调节装置的工作端连接有滚轮支架(9)，滚轮支架(9)的前端滚动设置有滚轮(11)，所述滚轮(11)用于与火焰筒的外表面保持接触，所述滚轮(11)的轴向与转台的轴向平行，所述焊枪(10)与滚轮支架(9)固定连接并能同步伸缩。