CN117798558A - 一种提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法，包括：在设计焊前加工余量时，将轮盖进口端直段与叶轮出口端直段之间的轮盖外侧型线设计为半径为R的圆弧；按照轮盖进口端直段与叶轮出口端直段之间的轮盖外侧型线为半径为R的圆弧对叶轮轮盖加工；按叶片出风口非工作面→出风口工作面→进风口工作面→进风口非工作面的焊接顺序焊接叶轮叶片。本发明提供的一种提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法，能够较大提升焊接质量、减少焊接裂纹的产生。

Description

一种提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法

技术领域

本发明涉及叶轮焊接技术领域，特别涉及一种提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法。

背景技术

一些宽叶片且型线较陡的大直径铣制焊接三元叶轮，尤其对于外圆900mm以上叶轮，这类叶轮由于尺寸较大，在焊接过程中很容易出现焊接缺陷的情况。如何提高这类叶轮的焊接质量，减少焊接缺陷，通常是从焊接结构和焊接顺序为切入点对焊接工艺进行研究。

目前，对叶轮焊前加工结构进行设计时，通常在进风口和出风口侧预留足够的装卡直段，两装卡直段之间采用直线相连，如图2所示。这种加工留量方式，由于焊前加工余量较大，容易出现局部刚性过大而造成焊接开裂等问题。特别是对于大直径、宽叶片的三元叶轮，更容易出现局部刚性过大而造成焊接开裂等方面的焊接问题。

并且，这类大尺寸的三元铣制焊接叶轮在焊接过程中还很容易出现裂纹的情况，而且通常在叶片进风口非工作面位置出现的裂纹较多。而当前的大尺寸三元铣制叶轮往往是按照出风口非工作面1→进风口非工作面2→出风口工作面3→进风口工作面4的焊接顺序进行焊接，其焊接顺序如图3所示。对于叶片宽且型线较陡的此类大尺寸三元铣制叶轮，在叶片进风口非工作面位置，叶片通常与盘面呈钝角边，焊接量较大，导致在焊接过程中，该位置焊接应力较大，再加上该处焊缝先焊接，后续焊缝焊接过程中对其反复作用，所以出现焊接裂纹的倾向较大。

基于大直径、宽叶片三元铣制叶轮在加工过程中存在的上述焊接质量问题，当前亟需一种新的提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法，以提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮在加工与焊接过程中的加工质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够较大提升焊接质量、减少焊接裂纹产生的提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法，包括：

在设计焊前加工余量时，将轮盖进口端直段与叶轮出口端直段之间的轮盖外侧型线设计为半径为R的圆弧；

按照轮盖进口端直段与叶轮出口端直段之间的轮盖外侧型线为半径为R的圆弧对叶轮轮盖加工；

按叶片出风口非工作面→出风口工作面→进风口工作面→进风口非工作面的焊接顺序焊接叶轮。

进一步地，所述圆弧半径R的确定方法包括：

根据公式δ3＝(δ1+δ2)/2计算所述圆弧中心位置的轮盖厚度δ3，其中δ1为轮盖进口端直段的厚度，δ2为叶轮出口端直段的厚度；

确定轮盖进口端直段外侧与所述圆弧交接处的点为D1，所述叶轮出口端直段外侧与所述圆弧交接处的点为D2，所述轮盖厚度为δ3的圆弧中心位置外侧的点为D3；

经过D1、D2和D3三点的圆弧的半径即为所述圆弧的半径R。

进一步地，所述轮盖进口端直段外侧与所述圆弧交接处加工倒角R5，所述叶轮出口端直段外侧与所述圆弧交接处加工倒角R5。

进一步地，所述加工完成的叶轮轮盖与轮盘组装后，在焊接叶轮叶片前需进炉预热。

进一步地，所述叶轮叶片焊接完成后需进行消应力和调质处理。

本发明提供的一种提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法，在设计焊前加工余量时，将轮盖进口端直段与叶轮出口端直段之间的轮盖外侧型线设计为圆弧并按此设计对叶轮轮盖进行加工。通过优化焊接结构，可使焊接结构更加均匀，避免了焊接时因局部应力过大而出现焊接裂纹的问题。特别是对于大直径、宽叶片的三元铣制叶轮，由于焊前加工尺寸调整的比较大，焊接效果更佳明显。其焊接裂纹发生率由20％左右降低到7％左右，在保证了三元铣制叶轮的刚度与控制了焊接变形的同时，大大降低了焊接过程中的裂纹发生概率。

并且，本发明提供的一种提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法，在焊接叶轮叶片时按照叶片出风口非工作面→出风口工作面→进风口工作面→进风口非工作面的顺序进行叶轮叶片的焊接。通过调整叶轮叶片的焊接顺序，最大程度地降低了叶轮叶片处焊缝应力的作用，并保证了叶轮叶片的对称焊接，减少叶轮的整体焊接变形。

本发明提供的一种提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法，通过对焊接结构和焊接顺序的调整，在实际生产中对近4个月的生产产品的跟踪与统计，200多件叶轮仅有两例裂纹情况发生，焊接裂纹发生概率仅为1％，可视为偶发裂纹，可以说焊接过程中叶轮几乎没有出现焊接裂纹的情况，焊接裂纹情况得到了极大的改善，极大程度地提升了大直径、宽叶片三元铣制叶轮的焊接质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法中叶轮轮盖焊前加工余量示意图；

图2为本发明提供的现有技术在大直径、宽叶片三元铣制叶轮加工过程中的叶轮轮盖焊前加工余量示意图；

图3为本发明提供的现有技术在大直径、宽叶片三元铣制叶轮加工过程中的叶轮叶片焊接顺序图；

图4为本发明实施例提供的提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法中确定圆弧半径R过程中涉及的三处厚度的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法中确定圆弧半径R过程中涉及的三个点的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法中叶轮叶片焊接顺序图。

具体实施方式

本发明实施例提供的一种提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法，包括：

参见图1，在设计焊前加工余量时，将轮盖进口端直段与叶轮出口端直段之间的轮盖外侧型线设计为半径为R的圆弧。

其中，圆弧半径R的确定方法包括：

参见图4，先根据公式δ3＝(δ1+δ2)/2计算圆弧中心位置的轮盖厚度δ3，其中δ1为轮盖进口端直段的厚度，δ2为叶轮出口端直段的厚度。

参见图5，然后将轮盖进口端直段外侧与所述圆弧交接处的点确定为D1，将叶轮出口端直段外侧与所述圆弧交接处的点确定为D2，将轮盖厚度为δ3的圆弧中心位置外侧的点确定为D3。

最后，经过D1、D2和D3三点的圆弧的半径即为所述圆弧的半径R。

加工叶轮轮盖时，按照轮盖进口端直段与叶轮出口端直段之间的轮盖外侧型线为半径为R的圆弧对叶轮轮盖加工。

参见图6，在焊接叶轮的叶片时，按叶片出风口非工作面11→出风口工作面12→进风口工作面13→进风口非工作面14的焊接顺序对叶轮叶片进行焊接。

其中，为了过渡，以及去除应力集中、避免叶轮出现开裂等问题，在轮盖进口端直段外侧与所述圆弧交接处加工倒角R5，在叶轮出口端直段外侧与所述圆弧交接处加工倒角R5。

其中，在加工完成的叶轮轮盖与轮盘组装后，在焊接叶轮叶片前需进炉预热。

其中，叶轮叶片焊接完成后需进行消应力和调质处理。

下面通过实例对本发明提供的一种提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法做具体说明。

首先，对焊接结构进行优化。常规生产制造中，在轮盖进口端和叶轮出口端分别预留足够的装卡直段，在这两装卡直段中间直接采用直线相连进行加工余量的设计。这种设计方法虽然容易加工，但存在局部刚性过大而在后续的如焊接、消应力和调质等热处理过程中容易造成开裂等问题。为解决上述问题，参见图1，本发明将轮盖进口端直段与叶轮出口端直段之间的轮盖外侧型线由上述直线结构调整为半径为R的圆弧形式。

但将轮盖进口端直段与叶轮出口端直段之间的轮盖外侧型线设计圆弧形式，其难点在于，轮盖外侧轮廓型线比较复杂，往往由多段圆弧及角度线构成，若用一段圆弧代替多段圆弧何角度线相接的结构，该圆弧的半径值算法不易表达。为了解决这个问题，本发明结合生产实际，以各处余量均匀为计算理念，采用如下计算方法计算圆弧的半径R。

参见图4，先测量确定轮盖进口端直段对应的厚度δ1和叶轮出口端直段对应的厚度δ2。引入δ3，δ3为圆弧中心位置的轮盖厚度，根据公式δ3＝(δ1+δ2)/2，可以计算出圆弧中心位置的轮盖厚度δ3值。

参见图5，然后将轮盖进口端直段外侧与圆弧交接处的点确定为D1，将叶轮出口端直段外侧与圆弧交接处的点确定为D2，将轮盖厚度为δ3的圆弧中心位置外侧的点确定为D3。

最后，经过D1、D2和D3三点可以确定一个圆弧，该圆弧的半径即为设计的轮盖进口端直段与叶轮出口端直段之间的轮盖外侧型线圆弧的半径R。

轮盖进口端直段与叶轮出口端直段之间的轮盖外侧型线圆弧半径R确定后，即可按照轮盖进口端直段与叶轮出口端直段之间的轮盖外侧型线的圆弧半径R对叶轮轮盖进行加工。

由于优化后的焊接结构更加均匀，从而避免了叶轮轮盖局部应力过大，尤其对于大直径叶轮，焊前加工尺寸调整的比较大，效果更加明显。焊接裂纹发生率由以往20％左右降低到7％左右，焊接过程中裂纹发生概率大大降低。而且，在保证叶轮刚度和控制焊接变形的同时，叶轮出现裂纹的倾向大大变小。

在叶轮轮盖进口端直段与叶轮出口端直段之间的轮盖外侧型线圆弧加工完成后，在轮盖进口端直段外侧与圆弧交接处加工倒角R5，在叶轮出口端直段外侧与圆弧交接处加工倒角R5。通过在直段与圆弧段的交接处加工倒角，可以去除应力集中的现象，进一步避免叶轮出现开裂的问题。

当叶轮轮盖加工完成后，将叶轮轮盖与轮盘组装，然后将组装后的轮盖与轮盘进炉预热。

组装后的轮盖与轮盘预热后，对叶轮叶片位置进行焊接。

在叶轮焊接时，通过跟踪观察，发现三元铣制焊接叶轮焊接过程中出现裂纹的情况，往往集中在叶片进风口非工作面位置。究其原因，该位置往往与盘面成钝角连接，焊接量较大，先焊接该位置，焊接应力大，再加上焊接其他位置时，对该位置再次作用，造成该位置焊缝反复受力，承受更大应力作用，开裂风险增大。为了进一步减小该位置的焊接应力，本发明重新调整叶轮叶片的焊接顺序。参见图6，在焊接叶轮的叶片时，按叶片出风口非工作面11→出风口工作面12→进风口工作面13→进风口非工作面14的焊接顺序对叶轮叶片进行焊接。按照该顺序焊接，能够最大程度上降低该处焊缝应力作用，并保证了叶轮对称焊接，减少叶轮整体焊接变形。

叶轮叶片焊接完成后对叶轮进行相应的消应力处理和调质处理。

本发明实施例提供了一种提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法，叶轮焊接过程中出现焊接裂纹的情况几乎没有，很大程度提升了大直径、宽叶片三元铣制叶轮的焊接质量。针对叶轮焊接过程中出现裂纹情况，经过近4个月的跟踪与统计，焊接裂纹情况得到很大改善，共200余叶轮仅有两例裂纹情况发生，焊接裂纹发生概率1％，为偶发裂纹。因此，三元铣制焊接叶轮焊接过程中出现裂纹情况基本得到解决，很大程度提升了大直径、宽叶片三元铣制叶轮的焊接质量。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法，其特征在于，包括：

在设计焊前加工余量时，将轮盖进口端直段与叶轮出口端直段之间的轮盖外侧型线设计为半径为R的圆弧；

按照轮盖进口端直段与叶轮出口端直段之间的轮盖外侧型线为半径为R的圆弧对叶轮轮盖加工；

按叶片出风口非工作面→出风口工作面→进风口工作面→进风口非工作面的焊接顺序焊接叶轮叶片。

2.根据权利要求1所述的提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法，其特征在于，所述圆弧半径R的确定方法包括：

根据公式δ3＝(δ1+δ2)/2计算所述圆弧中心位置的轮盖厚度δ3，其中δ1为轮盖进口端直段的厚度，δ2为叶轮出口端直段的厚度；

确定轮盖进口端直段外侧与所述圆弧交接处的点为D1，所述叶轮出口端直段外侧与所述圆弧交接处的点为D2，所述轮盖厚度为δ3的圆弧中心位置外侧的点为D3；

经过D1、D2和D3三点的圆弧的半径即为所述圆弧的半径R。

3.根据权利要求2所述的提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法，其特征在于，所述轮盖进口端直段外侧与所述圆弧交接处加工倒角R5，所述叶轮出口端直段外侧与所述圆弧交接处加工倒角R5。

4.根据权利要求1所述的提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法，其特征在于，所述加工完成的叶轮轮盖与轮盘组装后，在焊接叶轮叶片前需进炉预热。

5.根据权利要求1所述的提升大直径、宽叶片三元铣制叶轮焊接质量的工艺方法，其特征在于，所述叶轮叶片焊接完成后需进行消应力和调质处理。