CN110605542A - 一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，涉及真空热处理技术领域。为解决现有的去应力工艺方法，既不能保证去应力效果，又不能保证钛合金零件变形在设计要求范围内的问题。其具体方法如下：步骤一、钛合金轮盘半精加工；步骤二、酸洗；步骤三、钛合金轮盘去应力Ⅰ；步骤四、钛合金轮盘精加工；步骤五、钛合金轮盘组合电子束焊接；步骤六、钛合金转鼓去应力Ⅱ；步骤七、钛合金转鼓退卸工装；步骤八、钛合金转鼓焊缝加工；步骤九、钛合金转鼓去应力Ⅲ。本发明适用于对燃机用钛合金轮盘及鼓筒进行去应力处理。
Description
技术领域
本发明涉及真空热处理技术领域，具体涉及一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法。
背景技术
在燃气轮机实际生产中，双重退火态的钛合金轮盘锻件经半精加工、精加工以及后续轮盘之间的电子束焊焊接等一系列的加工后，会累积大量的残余应力导致零件变形，而且，轮盘及鼓筒作为关键件重要件，其车加工和焊接后的去应力处理工艺没有相关标准，因此，现有的去应力工艺方法，既不能保证去应力效果，又不能保证钛合金零件变形在设计要求范围内。
发明内容
本发明为解决现有的去应力工艺方法，既不能保证去应力效果，又不能保证钛合金零件变形在设计要求范围内的问题，而提出一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法。
本发明的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，其具体方法如下：
步骤一、钛合金轮盘半精加工；
步骤二、酸洗；
步骤三、钛合金轮盘去应力Ⅰ；
步骤四、钛合金轮盘精加工；
步骤五、钛合金轮盘组合电子束焊接；
步骤六、钛合金鼓筒去应力Ⅱ；
步骤七、钛合金鼓筒退卸工装；
步骤八、钛合金鼓筒焊缝加工；
步骤九、钛合金鼓筒去应力Ⅲ；
进一步的，所述的步骤二中的酸洗，半精车状态的轮盘经过酸洗缺陷检查后，应及时进行除氢处理，否则，可能引起钛合金轮盘吸氢，导致氢含量超标，产生氢脆；
进一步的，所述的步骤三中的去应力Ⅰ、步骤六中的去应力Ⅱ和步骤九中去应力Ⅲ的温度和工作真空度均相同；
进一步的，所述的步骤三中的去应力Ⅰ，一方面，对酸洗后的钛合金轮盘起到除氢的作用；另一方面，钛合金轮盘的材料为TC11时，具体去应力方法如下：将钛合金轮盘或置于金属型真空炉中进行处理，加热温度500～530℃，工作真空度≤6.65×10-2Pa；
进一步的，所述的步骤三中，保温时间1.5～4.5h，保温结束后，充入0.85Bar高纯氩气，气冷至≤100℃出炉空冷，得到半精车后去除应力的轮盘；
进一步的，所属步骤四中，获得多个精车加工后的钛合金轮盘，轮盘Ⅰ、轮盘Ⅱ、轮盘Ⅲ、轮盘Ⅳ、轮盘Ⅴ；
进一步的，所属步骤五中，将精车的轮盘Ⅰ、轮盘Ⅱ、轮盘Ⅲ、轮盘Ⅳ、轮盘Ⅴ装夹在专用工装上，通过电子束焊接方法，在焊缝Ⅰ、焊缝Ⅱ、焊缝Ⅲ、焊缝Ⅳ进行电子束焊接，形成鼓筒零件；
进一步的，所述的步骤五和步骤六需在专用的工装上进行电子束焊接和去应力处理，且工装应选用与零件热膨胀系数相同的材质，工装与零件的间隙应小于等于鼓筒内圆设计要求的变形值；
进一步的，所述的工装包括吊耳、楔形块、上压抓、底座、中心轴和鼓筒退卸孔。通过旋转吊耳挤压楔形块将作用力作用于上压抓上，进而起到固定鼓筒的作用。拆卸鼓筒时，松掉吊耳，通过底座的退卸孔将鼓筒从工装上拆下；
进一步的，钛合金轮盘的材料为TC11时，所述的步骤六中去应力Ⅱ采用电子束焊后钛合金鼓筒去应力退火工艺；
进一步的，所述的电子束焊后钛合金鼓筒去应力退火工艺，具体方法如下：将焊接后的钛合金以5℃/min，加热至400℃，然后以3℃/min继续加热至500～530℃保温10-10.5h，保温结束后，随炉冷至≤300℃，充入高纯氩气冷至≤100℃出炉空冷，得到去除应力的鼓筒零件；
进一步的，所述的步骤七、钛合金鼓筒退卸工装，具体方法如下：通过鼓筒退卸孔，在工装与鼓筒间隙小于等于设计要求的0.02mm情况下，成功将工装与鼓筒分离，说明鼓筒内圆变形符合设计要求；
进一步的，所述的步骤八、钛合金鼓筒焊缝加工，具体方法如下：加工掉多余焊缝，同时检查焊缝缺陷；
进一步的，所述的步骤九中鼓筒去应力Ⅲ，保温时间2～2.5h，保温结束后，随炉真空冷至70℃出炉空冷，得到成品鼓筒零件。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本发明克服了现有技术的缺点，采用对半精车状态的钛合金轮盘进行去应力的方法，，降低了去应力加工难度，可以实现轮盘去应力加工过程中的批量生产。
二、本发明采用电子束焊后钛合金鼓筒去应力退火工艺，可以有效控制钛合金鼓筒零件变形的问题
三、本发明通过合理的工序安排及去应力热处理工艺参数，保证了生产零件的加工质量和性能。
四、本发明采用TC11钛合金加工燃气轮机的轮盘和鼓筒，加工后的轮盘和鼓筒满足技术要求。
附图说明
图1是本发明所述的一种燃机用钛合金轮盘及转鼓去应力工艺方法的工艺流程图；
图2是本发明的装夹鼓筒的工装剖面示意图；
图3是本发明的鼓筒装夹工装的示意图；
图2中包含吊耳-1、楔形块-2、中心轴-3、上压抓-4、圆底座-5和鼓筒退卸孔-6；
图3中包含轮盘Ⅰ-7、轮盘Ⅱ-8、轮盘Ⅲ-9、轮盘Ⅳ-10、轮盘Ⅴ-11、电焊缝Ⅰ-12、焊缝Ⅱ-13、焊缝Ⅲ-14、焊缝Ⅳ-15、鼓筒和工装间的间隙-16。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，其具体方法如下：
步骤一、钛合金轮盘半精加工；
步骤二、酸洗；
步骤三、钛合金轮盘去应力Ⅰ；
步骤四、钛合金轮盘精加工；
步骤五、钛合金轮盘组合电子束焊接；
步骤六、钛合金鼓筒去应力Ⅱ；
步骤七、钛合金鼓筒退卸工装；
步骤八、钛合金鼓筒焊缝加工；
步骤九、钛合金鼓筒去应力Ⅲ。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的工艺方法的进一步的限定，本实施方式所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，所述的步骤一、钛合金轮盘半精车加工，为了去除零件表面微裂纹、磕碰伤，步骤二、酸洗为了检查轮盘零件表面缺陷。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的工艺方法的进一步的限定，本实施方式所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，所述的步骤三中的去应力Ⅰ、步骤六中的去应力Ⅱ和步骤九中去应力Ⅲ的温度和工作真空度均相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的工艺方法的进一步的限定，本实施方式所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，若钛合金材料为TC11时，所述的步骤三中的去应力Ⅰ、步骤六中的去应力Ⅱ和步骤九中去应力Ⅲ，具体方法如下：将钛合金轮盘或鼓筒置于金属型真空炉中进行处理，加热温度500～530℃，工作真空度≤6.65×10-2Pa；
本具体实施方式，由于零件在车加工步骤一、步骤四和电子束焊接步骤五中会产生较大的残余应力，在加工过程中累积的残余应力会直接影响后续轮盘及鼓筒零件变形情况，尤其是薄壁处影响特别明显，因此，去应力退火处理显得尤为重要。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的工艺方法的进一步的限定，本实施方式所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，钛合金轮盘的材料为TC11时，所述的步骤三中，保温时间1.5～4.5h，保温结束后，充入0.85Bar高纯氩气，气冷至≤100℃出炉空冷，得到半精车后去除应力的轮盘；
因轮盘经酸洗加工后可能引起氢含量超标，此工艺方法同时起到了除氢的作用；而且，由于零件为半精加工，削弱了因零件变形对成品尺寸的影响，可以实现多个轮盘同时进行去应力处理，实现批量生产，节约成本。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的工艺方法的进一步的限定，本实施方式所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，所述的步骤五和步骤六需在专用的工装上进行电子束焊接和去应力处理，且工装应选用与零件热膨胀系数相同的材质,工装与零件的间隙小于等于鼓筒内圆变形值；
本具体实施方式，因为不同轮盘焊接接头厚度不同，因此，不同焊缝电子束焊焊接参数不同，为防止电子束焊焊接导致鼓筒零件在轴向或径向发生变形，应在专用的工装上进行电子束焊焊接和随后的去应力处理，在专用工装的支撑下，限制了零件在轴向上和径向上的变形，一方面通过测量去应力前后鼓筒的外圆和端面跳动来控制，材料为TC11时，结果如下表；另一方面因鼓筒内圆跳动无法测量，可通过控制鼓筒与工装之间的间隙达到限制作用，本具体实施方式采用工装与零件的间隙小于等于鼓筒内圆设计要求的变形值0.02mm。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的工艺方法的进一步的限定，本实施方式所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，钛合金轮盘的材料为TC11时，所述的步骤六中去应力Ⅱ采用电子束焊后钛合金鼓筒去应力退火工艺。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式七所述的工艺方法的进一步的限定，本实施方式所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，所述的电子束焊后钛合金鼓筒去应力退火工艺，具体方法如下：将焊接后的钛合金以5℃/min，加热至400℃，然后以3℃/min继续加热至500～530℃保温10-10.5h，保温结束后，随炉冷至≤300℃，充入高纯氩气冷至≤100℃出炉空冷，得到去除应力的鼓筒零件；
本具体实施方式由于转鼓的电子束焊焊缝多，残余应力大，且难于去除，去应力保温时间应足够长，材料为TC11时，保温时间10-10.5h，达到保温时间以后，为了防止零件产生变形，同时提高生产效率，应采用随炉冷后再充入高纯氩气冷却小于100℃出炉。采用电子束焊后钛合金鼓筒去应力退火工艺，对零件进行去应力，可以有效控制钛合金轮盘零件经电子束焊接成鼓筒后的变形的问题。
具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的工艺方法的进一步的限定，本实施方式所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，所述的步骤七、钛合金鼓筒退卸工装，具体方法如下：松掉吊耳，拿掉楔形块，通过鼓筒退卸孔，在工装与鼓筒间隙为0.02mm情况下，成功将工装与鼓筒分离。
具体实施方式十：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的工艺方法的进一步的限定，本实施方式所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，所述的专用工装包括吊耳1、楔形块2、中心轴3、上压爪4、圆底座5和鼓筒退卸孔6；中心轴3上端设有螺纹，圆底座5上设有两个鼓筒退卸孔6，吊耳1底端设有螺母，与中心轴3上端螺纹连接。
具体实施方式十一：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式十所述的工艺方法的进一步的限定，本实施方式所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，所述的将鼓筒装夹工装上，具体实施方式，将轮盘Ⅰ-7、轮盘Ⅱ-8、轮盘Ⅲ-9、轮盘Ⅳ-10、轮盘Ⅴ-11依次套装在中心轴3上，并旋转吊耳1底端的螺母，对楔形块2施加一个向下的压力，并将压力传递到轮盘上，从而将多个轮盘进行纵向夹紧，轮盘Ⅰ-7下端与轮盘Ⅱ-8上端连接处为焊缝Ⅰ-12，轮盘Ⅱ-8下端与轮盘Ⅲ-9上端连接处为焊缝Ⅱ-13，轮盘Ⅲ-9下端与轮盘Ⅳ-10上端连接处为焊缝Ⅲ-14，轮盘Ⅳ-10下端与轮盘Ⅴ-11上端连接处为焊缝Ⅳ-15，采用电子束焊接将钛合金轮盘两两焊接在一起，形成鼓筒。
具体实施方式十二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的工艺方法的进一步的限定，本实施方式所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，所述的步骤八、钛合金鼓筒焊缝加工，具体方法如下：加工掉多余焊缝，同时检查焊缝缺陷。
具体实施方式十三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的工艺方法的进一步的限定，本实施方式所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，所述的步骤九中鼓筒去应力Ⅲ，保温时间2～2.5h，保温结束后，随炉真空冷至70℃出炉空冷，得到成品零件。
Claims (9)
1.一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，其特征在于：其具体方法如下：
步骤一、钛合金轮盘半精加工；
步骤二、酸洗；
步骤三、钛合金轮盘去应力Ⅰ；
步骤四、钛合金轮盘精加工；
步骤五、钛合金轮盘组合电子束焊接；
步骤六、钛合金鼓筒去应力Ⅱ；
步骤七、钛合金鼓筒退卸工装；
步骤八、钛合金鼓筒焊缝加工；
步骤九、钛合金鼓筒去应力Ⅲ。
2.根据权利要求1所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，其特征在于：所述的步骤三中的去应力Ⅰ、步骤六中的去应力Ⅱ和步骤九中去应力Ⅲ的温度和工作真空度均相同，加热温度500～530℃，工作真空度≤6.65×10-2Pa。
3.根据权利要求2所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，其特征在于：钛合金轮盘的材料为TC11时，所述的步骤三中，保温时间1.5～4.5h，保温结束后，充入0.85Bar高纯氩气，气冷至≤100℃出炉空冷，得到半精车后去除应力的轮盘。
4.根据权利要求1所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，其特征在于：所述的步骤五和步骤六需在专用的工装上进行电子束焊接和去应力处理，且工装应选用与零件热膨胀系数相同的材质，工装与零件的间隙小于等于鼓筒内圆变形值。
5.根据权利要求1所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，其特征在于：所述的步骤六中去应力Ⅱ采用电子束焊后钛合金鼓筒去应力退火工艺。
6.根据权利要求5所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，其特征在于：所述的电子束焊后钛合金鼓筒去应力退火工艺，具体方法如下：将焊接后的钛合金以5℃/min，加热至400℃，然后以3℃/min继续加热至500～530℃保温10-10.5h，保温结束后，随炉冷至≤300℃，充入高纯氩气冷至≤100℃出炉空冷，得到去除应力的鼓筒零件。
7.根据权利要求1所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，其特征在于：所述的步骤七、钛合金鼓筒退卸工装，具体方法如下：松掉吊耳，拿掉楔形块，通过鼓筒退卸孔，在工装与鼓筒间隙为设计要求变形值0.02mm情况下，成功将工装与鼓筒分离。
8.根据权利要求1所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，其特征在于：所述的步骤八、钛合金鼓筒焊缝加工，具体方法如下：加工掉多余焊缝，同时检查焊缝缺陷。
9.根据权利要求1所述的一种燃机用钛合金轮盘及鼓筒去应力工艺方法，其特征在于：所述的步骤九中鼓筒去应力Ⅲ，保温时间2～2.5h，保温结束后，随炉真空冷至70℃出炉空冷，得到成品零件。
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