CN109570790B - 一种窄流道离心叶轮的组合焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种窄流道离心叶轮的组合焊接方法，该方法具体包括以下步骤：步骤一，确定角焊段和塞焊段；步骤二，焊前工件准备；步骤三，预热：步骤四，焊接：先对塞焊段进行焊接，然后对角焊段进行焊接；步骤五，焊后消应力：焊接完成后进行进炉消应力处理；步骤六，打磨探伤。本发明的组合焊接方法通过采用角焊+塞焊代替制造成功率低的钎焊。制造过程中的关键为确定角焊和塞焊在整个叶片的比例，确定完比例后，辅助于围带设计，氮气压盖、对中盘工装，增加叶轮支撑，提高焊接质量，更有益于提高叶轮焊接成型成功率，成本低。
Description
技术领域
本发明属于离心压缩机叶轮制造领域，涉及窄流道离心叶轮，具体涉及一种窄流道离心叶轮的组合焊接方法。
背景技术
目前，在工业制造中，具有流道窄、三元流叶片且空间扭曲大、叶片稍度大特点的叶轮由于其在特定应用领域具有优点，使用制造频率越来越多。而整体铣制的工艺方法由于其成本问题较少被企业使用，两体焊接是企业青睐的经济而有效的工艺成型方法。角焊、塞焊、钎焊是目前企业常用的三种两体成型方法。由于三种成型方法的特点差异性，目前企业均采用单一的成型方法进行叶轮制造。
角焊由于需要焊条从流道内进行焊接，且要求焊条倾角≥20°，对于特定叶片空间扭曲大、叶片稍度大的叶轮无法实施。
钎焊需要铺设钎料，钎料为80％纯度以上金基钎料，且钎焊质量与叶片结构关系大，对于叶片空间扭曲大、叶片稍度大的叶轮，在制造过程中焊缝容易出现开裂、钎料未融合等质量问题。而塞焊由于需要在轮盘或盖上开设塞焊槽，塞焊槽的开设对叶轮结构要求苛刻，对于叶片空间扭曲大、稍度大的叶轮进风口处塞焊槽无法开设，则无法进行塞焊制造，因此，需要一种工艺方法经济且高质量的制造该种结构叶轮。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种窄流道离心叶轮的组合焊接方法，解决现有技术中窄流道离心叶轮的焊接成型成功率低下的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种窄流道离心叶轮的组合焊接方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，确定角焊段和塞焊段：
在窄流道离心叶轮的叶片上，沿着叶片的叶顶长度方向，从进气边到出气边依次分为角焊段和塞焊段，所述的角焊段的长度与所述的塞焊段的长度之和为叶顶长度；所述的角焊段的长度为叶顶长度的28％～32％，所述的塞焊段的长度为叶顶长度的68％～72％；
步骤二，焊前工件准备：
轮盖按照塞焊段的位置进行塞焊槽加工；叶片按照角焊段的位置打磨坡口，轮盘上加工围带；将轮盘与轮盖拼在一起，将轮盖与轮盘上的围带进行焊接；
步骤三，预热：
将轮盘和轮盖整体进炉预热，预热温度控制在250℃～300℃范围内；
步骤四，焊接：
先对塞焊段进行焊接，然后对角焊段进行焊接；所述的塞焊段的焊接结构为塞焊，所述的角焊段的焊接结构为角焊；
步骤五，焊后消应力：
焊接完成后进行进炉消应力处理；
步骤六，打磨探伤：
消完应力后，对焊缝进行打磨探伤，探伤合格后，窄流道离心叶轮制造结束。
本发明还具有如下区别技术特征：
步骤一中，所述的角焊段的长度为叶顶长度的28％，所述的塞焊段的长度为叶顶长度的72％。
步骤二中，使用对中盘将轮盘与轮盖拼在一起，使用手工电弧焊将轮盖与轮盘上的围带进行焊接；
步骤四中，所述的塞焊段的焊接具体过程为：
将氩气压盖安装在轮盖上，通过氩气压盖的工艺孔进行通氩气，氩气从围带的工艺孔中排除，形成氩气通道，钨极氩弧焊焊过程中全程通氩气；
采用钨极氩弧焊打底焊，钨极氩弧焊焊接共2～3层，逐层焊接，每个叶片全部焊接完一层后，采用钢刷清理干净焊道上的焊渣，确定无裂纹及未融合后，再焊接下层，每一层焊接均为对称施焊；
打底焊完打磨进行着色探伤，确定探伤无缺陷后采用手工电弧焊进行盖面焊，每层焊接工艺过程相同，焊接过程中窄流道离心叶轮温度不得低于150℃。
步骤四中，所述的角焊段的焊接具体过程为：
手工电弧焊打底单面焊双面成型，打磨着色探伤合格后采用手工电弧焊进行盖面焊；焊接过程中窄流道离心叶轮温度不得低于150℃。
步骤五中，所述的进炉消应力处理过程中，升温速率≤50℃/h，升温至640℃后，保温4h。
本发明还保护一种窄流道离心叶轮的组合焊接方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，确定第一角焊段、塞焊段和第二角焊段：
在窄流道离心叶轮的叶片上，沿着叶片的叶顶长度方向，从进气边到出气边依次分为第一角焊段、塞焊段和第二角焊段，所述的第一角焊段的长度、塞焊段的长度和第二角焊段的长度之和为叶顶长度；所述的第一角焊段的长度为叶顶长度的7％～13％，所述的塞焊段的长度为叶顶长度的59％～61％，所述第二角焊段的长度为叶顶长度的25％～32％；
步骤二，焊前工件准备：
轮盖按照塞焊段的位置进行塞焊槽加工；叶片按照第一角焊段和第二角焊段的位置打磨坡口，轮盘上加工围带；将轮盘与轮盖拼在一起，将轮盖与轮盘上的围带进行焊接；
步骤三，预热：
将轮盘和轮盖整体进炉预热，预热温度控制在250℃～300℃范围内；
步骤四，焊接：
先对塞焊段进行焊接，然后依次对第一角焊段和第二角焊段进行焊接；所述的塞焊段的焊接结构为塞焊，所述的第一角焊段和第二角焊段的焊接结构为角焊；
步骤五，焊后消应力：
焊接完成后进行进炉消应力处理；
步骤六，打磨探伤：
消完应力后，对焊缝进行打磨探伤，探伤合格后，窄流道离心叶轮制造结束。
步骤一中，所述的第一角焊段的长度为叶顶长度的7％，所述的塞焊段的长度为叶顶长度的61％，所述的第二角焊段的长度为叶顶长度的32％。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明的组合焊接方法通过采用角焊+塞焊或角焊+塞焊+角焊代替制造成功率低的钎焊。制造过程中的关键为确定角焊和塞焊在整个叶片的比例，确定完比例后，辅助于围带设计，氮气压盖、对中盘工装，增加叶轮支撑，提高焊接质量，更有益于提高叶轮焊接成型成功率，成本低。
附图说明
图1是窄流道离心叶轮的整体结构示意图。
图2是轮盘和叶片的结构示意图。
图3是轮盖的结构示意图。
图4是实施例1至3的轮盘轮盖及氮气压盖装配图。
图5是实施例4至6的轮盘轮盖及氮气压盖装配图。
图6是氮气压盖的结构示意图。
图中各个标号的含义为：1-轮盘，2-叶片，3-轮盖，4-进气边，5-出气边，6-塞焊槽，7-坡口，8-氮气压盖。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
本发明中的窄流道离心叶轮，如图1至图6所示，包括轮盘1，轮盘1上沿着径向布设有多个结构相同的叶片2，叶片2上盖合有轮盖3。叶片2位于轮盘1中心的一侧为进气边4，叶片2位于轮盘1边缘的一侧为出气边5。
优选的，叶片数为17个。
优选的，本发明中的窄流道离心叶轮的材料为合金钢或不锈钢。
本发明中的窄流道离心叶轮的流道最窄处为11mm左右，具有流道窄、三元流叶片且空间扭曲大的特点。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种窄流道离心叶轮的组合焊接方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，确定角焊段和塞焊段：
在窄流道离心叶轮的叶片上，沿着叶片的叶顶长度方向，从进气边到出气边依次分为角焊段和塞焊段，所述的角焊段的长度为叶顶长度的28％，所述的塞焊段的长度为叶顶长度的72％；
步骤二，焊前工件准备：
轮盖按照塞焊段的位置进行塞焊槽加工；叶片按照角焊段的位置打磨坡口，轮盘上加工围带；使用对中盘将轮盘与轮盖拼在一起，使用手工电弧焊将轮盖与轮盘上的围带进行焊接；将轮盘与轮盖拼在一起，将轮盖与轮盘上的围带进行焊接；优选的，坡口为单边V型坡口。
步骤三，预热：
将轮盘和轮盖整体进炉预热，预热温度控制在250℃～300℃范围内；
步骤四，焊接：
先对塞焊段进行焊接，然后对角焊段进行焊接；所述的塞焊段的焊接结构为塞焊，所述的角焊段的焊接结构为角焊；
塞焊段的焊接具体过程为：将氩气压盖安装在轮盖上，通过氩气压盖的工艺孔进行通氩气，氩气从围带的工艺孔中排除，形成氩气通道，钨极氩弧焊焊过程中全程通氩气；采用钨极氩弧焊打底焊，钨极氩弧焊焊接共2～3层，逐层焊接，每个叶片全部焊接完一层后，采用钢刷清理干净焊道上的焊渣，确定无裂纹及未融合后，再焊接下层，每一层焊接均为对称施焊；打底焊完打磨进行着色探伤，确定探伤无缺陷后采用手工电弧焊进行盖面焊，每层焊接工艺过程相同，焊接过程中窄流道离心叶轮温度不得低于150℃。
角焊段的焊接具体过程为：手工电弧焊打底单面焊双面成型，打磨着色探伤合格后采用手工电弧焊进行盖面焊；焊接过程中窄流道离心叶轮温度不得低于150℃。
手工电弧焊的焊条直径φ3.2～φ4.0mm；钨极氩弧焊的焊丝直径φ1.6mm；手工电弧焊采用YD400AT焊机，钨极氩弧焊采用YC-400TX3HVW焊机。
步骤五，焊后消应力：
焊接完成后进行进炉消应力处理；进炉消应力处理过程中，升温速率≤50℃/h，升温至600℃后，保温4h。
步骤六，打磨探伤：
消完应力后，对焊缝进行打磨探伤，探伤合格后，窄流道离心叶轮制造结束。
本实施例焊接的窄流道离心叶轮，经过探伤检测，合格，焊接成功。
实施例2：
本实施例给出一种窄流道离心叶轮的组合焊接方法，该方法与实施例1基本相同，区别仅仅在于步骤一不同。
步骤一，确定角焊段和塞焊段：
在窄流道离心叶轮的叶片上，沿着叶片的叶顶长度方向，从进气边到出气边依次分为角焊段和塞焊段，所述的角焊段的长度为叶顶长度的30％，所述的塞焊段的长度为叶顶长度的70％。
本实施例焊接的窄流道离心叶轮，经过探伤检测，合格，焊接成功。
实施例3：
本实施例给出一种窄流道离心叶轮的组合焊接方法，该方法与实施例1基本相同，区别仅仅在于步骤一不同。
步骤一，确定角焊段和塞焊段：
在窄流道离心叶轮的叶片上，沿着叶片的叶顶长度方向，从进气边到出气边依次分为角焊段和塞焊段，所述的角焊段的长度为叶顶长度的32％，所述的塞焊段的长度为叶顶长度的68％。
本实施例焊接的窄流道离心叶轮，经过探伤检测，合格，焊接成功。
对比例1：
本对比例给出一种窄流道离心叶轮的焊接方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，焊前工件准备：
叶片打磨坡口，优选的，坡口为单边V型坡口。
步骤二，预热：
将轮盘和轮盖整体进炉预热，预热温度控制在250℃～300℃范围内；
步骤三，焊接：
叶片全程的焊接结构均为角焊；
角焊的具体过程与实施例1中的角焊段的焊接具体过程相同。
步骤四，焊后消应力：
与实施例1的焊后消应力过程相同。
本对比例的焊接过程失败，无法获得合格的窄流道离心叶轮。采用此种焊接方法本应每个叶片全部焊接完一层后，采用钢刷清理干净焊道上的焊渣，保证无裂纹及未融合后，再焊接下一层。但在进行第一层焊接时发现，手工电弧焊焊条从流道内伸入，在叶片坡口处焊接时，由于流道窄，叶片空间扭曲大，由于焊条无法达到而无法继续焊接，导致整个叶片无法成功焊接。
对比例2：
本对比例给出一种窄流道离心叶轮的焊接方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，焊前工件准备：
轮盖进行塞焊槽加工，当塞焊槽加工到叶顶从出气边到进气边线的72％部分，塞焊槽打通，加工失败后续的工序则无法进行。
本对比例的焊接过程失败，无法获得合格的窄流道离心叶轮。
对比例3：
本对比例给出一种窄流道离心叶轮的焊接方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，焊前工件准备：
清洗轮盖轮盘和叶片，扣合轮盖与叶片保证间隙≤0.05mm；
步骤二，铺设钎料：
按照叶片与轮盖接触面准备钎料，清理钎料，保证钎料清洁无油污；
步骤三，进炉真空钎焊：
采用工装卡子对轮盘轮盖进行紧固，将紧固好的叶轮进炉钎焊；
步骤四，探伤：
探伤结果叶轮有3个叶片在出气边处未钎焊上，出现缺陷，钎焊失败。
对比例4：
本对比例给出一种窄流道离心叶轮的组合焊接方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，确定角焊段和塞焊段：
在窄流道离心叶轮的叶片上，沿着叶片的叶顶长度方向，从进气边到出气边依次分为角焊段和塞焊段，所述的角焊段的长度为叶顶长度的50％，所述的塞焊段的长度为叶顶长度的50％。
步骤二，焊前工件准备：
与实施例1的步骤焊前工件准备过程相同。
步骤三，预热：
与实施例1的预热过程相同。
步骤四，焊接：
先对塞焊段进行焊接，然后对角焊段进行焊接；所述的塞焊段的焊接结构为塞焊，所述的角焊段的焊接结构为角焊；
塞焊段的焊接具体过程与实施例1的塞焊段的焊接具体过程相同。
角焊段的焊接具体过程与实施例1的角焊段的焊接具体过程相同。
在进行第一层焊接时发现，手工电弧焊焊条从流道内伸入，在叶片的坡口处焊接时，由于流道窄，叶片空间扭曲大，由于焊条无法达到而无法继续焊接。因此，本对比例的焊接成型失败。
从上述对比例1至4和实施例1的对比可以看出，叶轮成型过程中，仅采用一种单一的焊接方式，如纯角焊结构，纯塞焊结构，纯钎焊结构，由于各种原因，叶轮成型失败；采用角焊与塞焊结构组焊方式，要找到合适的比例，若简单的1:1比例进行区别，也不能使叶轮成型成功；只有本申请的角焊及塞焊比例结构才能确保叶轮成型成功。
实施例4：
本实施例给出一种窄流道离心叶轮的组合焊接方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，确定第一角焊段、塞焊段和第二角焊段：
在窄流道离心叶轮的叶片上，沿着叶片的叶顶长度方向，从进气边到出气边依次分为第一角焊段、塞焊段和第二角焊段，所述的第一角焊段的长度、塞焊段的长度和第二角焊段的长度之和为叶顶长度；所述的第一角焊段的长度为叶顶长度的7％，所述的塞焊段的长度为叶顶长度的61％，所述第二角焊段的长度为叶顶长度的32％；
步骤二，焊前工件准备：
轮盖按照塞焊段的位置进行塞焊槽加工；叶片按照第一角焊段和第二角焊段的位置打磨坡口，轮盘上加工围带；将轮盘与轮盖拼在一起，将轮盖与轮盘上的围带进行焊接；优选的，坡口为单边V型坡口。
步骤三，预热：
将轮盘和轮盖整体进炉预热，预热温度控制在250℃～300℃范围内；
步骤四，焊接：
先对塞焊段进行焊接，然后依次对第一角焊段和第二角焊段进行焊接；所述的塞焊段的焊接结构为塞焊，所述的第一角焊段和第二角焊段的焊接结构为角焊；
塞焊段的焊接具体过程与实施例1的塞焊段的焊接具体过程相同。
第一角焊段和第二角焊段的焊接具体过程与实施例1的角焊段的焊接具体过程相同。
步骤五，焊后消应力：
焊接完成后进行进炉消应力处理；
步骤六，打磨探伤：
消完应力后，对焊缝进行打磨探伤，探伤合格后，窄流道离心叶轮制造结束。
本实施例焊接的窄流道离心叶轮，经过探伤检测，合格，焊接成功。
实施例5：
本实施例给出一种窄流道离心叶轮的组合焊接方法，该方法与实施例4基本相同，区别仅仅在于步骤一不同。
步骤一，确定第一角焊段、塞焊段和第二角焊段：
在窄流道离心叶轮的叶片上，沿着叶片的叶顶长度方向，从进气边到出气边依次分为第一角焊段、塞焊段和第二角焊段，所述的第一角焊段的长度、塞焊段的长度和第二角焊段的长度之和为叶顶长度；所述的第一角焊段的长度为叶顶长度的10％，所述的塞焊段的长度为叶顶长度的65％，所述的第二角焊段的长度为叶顶长度的25％。
本实施例焊接的窄流道离心叶轮，经过探伤检测，合格，焊接成功。
实施例6：
本实施例给出一种窄流道离心叶轮的组合焊接方法，该方法与实施例4基本相同，区别仅仅在于步骤一不同。
步骤一，确定第一角焊段、塞焊段和第二角焊段：
在窄流道离心叶轮的叶片上，沿着叶片的叶顶长度方向，从进气边到出气边依次分为第一角焊段、塞焊段和第二角焊段，所述的第一角焊段的长度、塞焊段的长度和第二角焊段的长度之和为叶顶长度；所述的第一角焊段的长度为叶顶长度的13％，所述的塞焊段的长度为叶顶长度的59％，所述的第二角焊段的长度为叶顶长度的28％。
本实施例焊接的窄流道离心叶轮，经过探伤检测，合格，焊接成功。
Claims (8)
1.一种窄流道离心叶轮的组合焊接方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，确定角焊段和塞焊段：
在窄流道离心叶轮的叶片上，沿着叶片的叶顶长度方向，从进气边到出气边依次分为角焊段和塞焊段，所述的角焊段的长度与所述的塞焊段的长度之和为叶顶长度；所述的角焊段的长度为叶顶长度的28％～32％，所述的塞焊段的长度为叶顶长度的68％～72％；
步骤二，焊前工件准备：
轮盖按照塞焊段的位置进行塞焊槽加工；叶片按照角焊段的位置打磨坡口，轮盘上加工围带；将轮盘与轮盖拼在一起，将轮盖与轮盘上的围带进行焊接；
步骤三，预热：
将轮盘和轮盖整体进炉预热，预热温度控制在250℃～300℃范围内；
步骤四，焊接：
先对塞焊段进行焊接，然后对角焊段进行焊接；所述的塞焊段的焊接结构为塞焊，所述的角焊段的焊接结构为角焊；
步骤五，焊后消应力：
焊接完成后进行进炉消应力处理；
步骤六，打磨探伤：
消完应力后，对焊缝进行打磨探伤，探伤合格后，窄流道离心叶轮制造结束。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，所述的角焊段的长度为叶顶长度的28％，所述的塞焊段的长度为叶顶长度的72％。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中，使用对中盘将轮盘与轮盖拼在一起，使用手工电弧焊将轮盖与轮盘上的围带进行焊接。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四中，所述的塞焊段的焊接具体过程为：
将氩气压盖安装在轮盖上，通过氩气压盖的工艺孔进行通氩气，氩气从围带的工艺孔中排除，形成氩气通道，钨极氩弧焊焊过程中全程通氩气；
采用钨极氩弧焊打底焊，钨极氩弧焊焊接共2～3层，逐层焊接，每个叶片全部焊接完一层后，采用钢刷清理干净焊道上的焊渣，确定无裂纹及未融合后，再焊接下层，每一层焊接均为对称施焊；
打底焊完打磨进行着色探伤，确定探伤无缺陷后采用手工电弧焊进行盖面焊，每层焊接工艺过程相同，焊接过程中窄流道离心叶轮温度不得低于150℃。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四中，所述的角焊段的焊接具体过程为：
手工电弧焊打底，单面焊双面成型，打磨着色探伤合格后采用手工电弧焊进行盖面焊；焊接过程中窄流道离心叶轮温度不得低于150℃。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤五中，所述的进炉消应力处理过程中，升温速率≤50℃/h，升温至600℃后，保温4h。
7.一种窄流道离心叶轮的组合焊接方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，确定第一角焊段、塞焊段和第二角焊段：
在窄流道离心叶轮的叶片上，沿着叶片的叶顶长度方向，从进气边到出气边依次分为第一角焊段、塞焊段和第二角焊段，所述的第一角焊段的长度、塞焊段的长度和第二角焊段的长度之和为叶顶长度；所述的第一角焊段的长度为叶顶长度的7％～13％，所述的塞焊段的长度为叶顶长度的59％～61％，所述第二角焊段的长度为叶顶长度的25％～32％；
步骤二，焊前工件准备：
轮盖按照塞焊段的位置进行塞焊槽加工；叶片按照第一角焊段和第二角焊段的位置打磨坡口，轮盘上加工围带；将轮盘与轮盖拼在一起，将轮盖与轮盘上的围带进行焊接；
步骤三，预热：
将轮盘和轮盖整体进炉预热，预热温度控制在250℃～300℃范围内；
步骤四，焊接：
先对塞焊段进行焊接，然后依次对第一角焊段和第二角焊段进行焊接；所述的塞焊段的焊接结构为塞焊，所述的第一角焊段和第二角焊段的焊接结构为角焊；
步骤五，焊后消应力：
焊接完成后进行进炉消应力处理；
步骤六，打磨探伤：
消完应力后，对焊缝进行打磨探伤，探伤合格后，窄流道离心叶轮制造结束。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤一中，所述的第一角焊段的长度为叶顶长度的7％，所述的塞焊段的长度为叶顶长度的61％，所述的第二角焊段的长度为叶顶长度的32％。
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