CN1907627A - 采用电子束焊接汽轮机喷嘴的方法 - Google Patents

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Abstract

采用电子束焊接汽轮机喷嘴的方法，它涉及汽轮机喷嘴的焊接方法。它解决了现有汽轮机喷嘴组采用电火花加工导叶汽道型线，螺栓把紧结构，存在喷嘴漏汽、影响效率、周期长，而且汽道喉高加工精度差，公差仅能达到±1mm。本发明的方法：一、铸成喷嘴室；二、对喷嘴室表面进行清洗；三、将经清洗后的喷嘴室固定在工作台上；四、采用电子束焊机，在真空室内进行汽轮机喷嘴的焊接，焊接过程数据间要相互匹配；五、对焊接成形后的喷嘴冷却后进行热处理，冷却后再将两个半环焊接即焊接完成汽轮机喷嘴。本发明实现单面焊接双面成形，不用反面清根再焊接，焊接质量明显提高，不漏气、效率高、缩短制造周期、减少返修几率，保证了汽道喉部尺寸的公差要求。

Description

采用电子束焊接汽轮机喷嘴的方法
技术领域
本发明涉及汽轮机喷嘴的焊接方法。
背景技术
汽轮机喷嘴是新蒸汽进入汽缸的第一道门槛，焊接质量要求高，如出现问题，将直接影响到机组的安全运行。其材料为改良型9％Cr钢，焊接性较差。另外，此部件的结构空间非常小，焊后清根非常困难，又不能进行双面焊。而现有的300MW、600MW汽轮机喷嘴组一直采用电火花加工导叶汽道型线，采用螺栓把紧结构，该结构存在喷嘴漏汽、影响效率、周期长，而且汽道喉高加工精度差，公差仅能达到±1mm，而距设计要求公差±0.10mm相差甚远。
发明内容
本发明为了解决现有的300MW、600MW汽轮机喷嘴组一直采用电火花加工导叶汽道型线，采用螺栓把紧结构，该结构存在喷嘴漏汽、影响效率、周期长，而且汽道喉高加工精度差，公差仅能达到±1mm的问题，提供了一种采用电子束焊接汽轮机喷嘴的方法，解决上述问题的具体技术方案如下：
本发明采用电子束焊接汽轮机喷嘴的步骤如下：
步骤一、采用铸造工艺，铸成喷嘴室，材质为1Cr9MoVNbN；
步骤二、对铸成的喷嘴室表面进行清洗；
步骤三、将经清洗后的喷嘴室固定在工作台上，放好挡板，将喷嘴组切割成两半并与喷嘴室进行装配；
步骤四、采用电子束焊机，在真空条件下，当真空室内的真空度达到7.8×10-4mba时方可进行喷嘴室与喷嘴组的焊接，焊接的加速电压为45～70KV、焊接速度为50～800mm/min、焊接距离为150～450mm、电子束流为150～800mA、聚焦电流为1.35～3.75A、扫描波形为圆形、方形或三角形、扫描频率为100～700Hz、焊接角度为1～90度、扫描摆幅Vx为1～9mm、Vy为1～9mm，焊接过程上述数据间要相互匹配；
步骤五、对步骤四焊接成形后的汽轮机喷嘴冷却至95～105℃，并保温0.5～1.5小时后，立即以100℃/h的速度升温，升温到710～760℃时并在此温度下保温5～10小时，冷却后再将两个半环焊接即焊接完成汽轮机喷嘴。
本发明可实现单面焊接双面成形，不用反面清根再焊接，焊接质量明显提高，减少返修几率，提高效率，缩短制造周期，该方法焊接的喷嘴不漏气，保证了汽道喉部尺寸的公差要求；实现三缸结构，成本低。该方法焊缝起弧、收弧正常，焊缝外观形状美观，反面成形均匀，能达到设计公差±0.10mm的要求。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的汽轮机喷嘴焊接的步骤如下：
步骤一、采用铸造工艺，铸成两个半环的喷嘴室，喷嘴室半径为475mm、外环半径为630mm，材质为1Cr9MoVNbN或改良型9Cr％，圆环的表面光洁度Ra＝3.2μm，为防止磁性的产生不用磨床加工；
步骤二、对铸成的喷嘴室表面进行清洗；采用机械或化学方法(机械如抛光轮、刮刀等；化学如丙酮、酒精等)对喷嘴室材质表面进行除锈蚀、氧化皮、涂料、油污、乳油液及其对工作台及各工装夹具表面的灰尘进行清除；
步骤三、将经清洗后的喷嘴室的一半固定在工作台上，放好挡板，挡板放在喷嘴室的空腔内，防止焊接时电子束流对喷嘴室的破坏，将喷嘴组切割成与喷嘴室半环相对称的两个半环并与喷嘴室进行装配，装配间隙不超过0.20mm，错边量不大于0.20mm；
步骤四、采用电子束焊机，在真空条件下，当真空室内的真空度达到7.8×10-4mba时方可进行喷嘴室与喷嘴组的焊接，焊接时的加速电压为45～70KV、焊接速度为50～800mm/min、焊接距离为150～450mm、电子束流为150～800mA、聚焦电流为1.35～3.75A、扫描波形为圆形、方形或三角形、扫描频率为100～700Hz、焊接角度为1～90度、扫描摆幅Vx为1～9mm，Vy为1～9mm，焊接过程上述数据间要相互匹配；
步骤五、对步骤四焊接成型的汽轮机喷嘴冷却至95～105℃，并保温0.5～1.5小时后，立即以100℃/h的速度升温，升温到710～760℃时并在此温度下保温5～10小时，冷却降温，300℃以上按70℃/h速度降温，300℃以下自由降至常温，再将两个半环焊接即得焊接成形的汽轮机喷嘴。
焊态下焊缝及热影响区的金相组织为马氏体，硬度高，不能满足使用要求；经去应力热处理后焊接接头组织得到明显的改善，成为性能较佳的回火索氏体，焊缝及铸件侧热影响区的硬度有较明显的降低，可以满足设计和使用要求。
对采用上述方法焊接后的汽轮机喷嘴进行X光射线探伤、评定。
具体实施方式二：本实施方式步骤四中的加速电压为45KV、焊接速度为50mm/min、焊接距离为150mm、电子束流为150mA、聚焦电流为3.75A、扫描波形为方形、扫描频率为100Hz、焊接角度为10度、扫描摆幅Vx为1mm、Vy为1mm，对步骤五焊接成型的喷嘴保温0.5小时后，在760℃时保温7小时。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式步骤四中的加速电压为55KV、焊接速度为200mm/min、焊接距离为220mm、电子束流为260mA、聚焦电流为2.1A、扫描波形为圆形、扫描频率为420Hz、焊接角度为90度、扫描摆幅Vx为1.8mm、Vy为2.0mm，对步骤五焊接成型的喷嘴保温1小时后，在730℃时保温5小时，获得汽轮机喷嘴的最佳焊接数据。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式步骤中的加速电压为70KV、焊接速度为800mm/min、焊接距离为450mm、电子束流为800mA、聚焦电流为1.35A、扫描波形为三角形、扫描频率为700Hz、焊接角度为45度、扫描摆幅Vx为9mm、Vy为9mm，对步骤五焊接成型的喷嘴保温1.5小时后，在710℃时保温10小时。其它步骤与具体实施方式一相同。
聚焦电流的大小直接影响束流焦点的位置、影响焊缝的截面形状，最适宜的焊缝形状是一种它的边由平行到稍稍变尖，实现这种结果的参数，它的焦点位置应位于总的焊接深度中心下面；低频振荡会增加焊接宽度而降低穿透度，高频振荡将减小焊接宽度而增加穿透度；偏摆的大小影响焊缝的宽度及截面形状，偏摆频率应避免是工频的整数倍，避开共振区；焊接速度影响焊缝的成形，主要根据材料的焊接性能、焊接厚度等因素来决定，厚度增加，电压和电子束流相应加大；焊接距离在结构允许的情况下不能过大，否则束流质量不能保证；焊接距离增加，聚焦电流要相应减小，以调整束流焦点位置，并且需要增大输出功率；增加焊接电子束流，或者降低焊接速度，以提高单位长度上的热输入；焊接速度增加，需要增大电子束流，但当焊接电流较大时，焦点上移，又要减少聚焦电流，以保持焦点位置不变；当Vx一定时，改变f，Vx改变；f增大，Vx减小，扫描摆幅值Vx、Vy为实际测量值，单位mm；f-偏摆频率，单位Hz。

Claims (7)

1、采用电子束焊接汽轮机喷嘴的方法，其特征在于该方法采用下列步骤：
步骤一、采用铸造工艺，铸成喷嘴室，材质为1Cr9MoVNbN；
步骤二、对铸成喷嘴室表面进行清洗；
步骤三、将经清洗后的喷嘴室固定在工作台上，放好挡板，将喷嘴组切割成两半并与喷嘴室进行装配；
步骤四、采用电子束焊机，在真空条件下，当真空室内的真空度达到7.8×10-4mba时方可进行喷嘴室与喷嘴组的焊接，焊接的加速电压为45～70KV、焊接速度为50～800mm/min、焊接距离为150～450mm、电子束流为150～800mA、聚焦电流为1.35～3.75A、扫描波形为圆形、方形或三角形、扫描频率为100～700Hz、焊接角度为1～90度、扫描摆幅Vx为1～9mm、Vy为1～9mm，焊接过程上述数据间要相互匹配；
步骤五、对步骤四焊接成形后的汽轮机喷嘴冷却至95～105℃，并保温0.5～1.5小时后，立即以100℃/h的速度升温，升温到710～760℃时并在此温度下保温5～10小时，冷却后再将两个半环焊接即焊接完成汽轮机喷嘴。
2、根据权利要求1所述的采用电子束焊接汽轮机喷嘴的方法，其特征在于步骤四中的加速电压为45KV、焊接速度为50mm/min、焊接距离为150mm、电子束流为150mA、聚焦电流为3.75A、扫描波形为方形、扫描频率为100Hz、焊接角度为10度、扫描摆幅Vx为1mm、Vy为1mm，对步骤五焊接成形的喷嘴保温0.5小时后，在760℃时保温7小时。
3、根据权利要求1所述的采用电子束焊接汽轮机喷嘴的方法，其特征在于步骤四中的加速电压为55KV、焊接速度为200mm/min、焊接距离为220mm、电子束流为260mA、聚焦电流为2.1A、扫描波形为圆形、扫描频率为420Hz、焊接角度为90度、扫描摆幅Vx为1.8mm、Vy为2.0mm，对步骤五焊接成形的汽轮机喷嘴保温1小时后，在730℃时保温5小时。
4、根据权利要求1所述的采用电子束焊接汽轮机喷嘴的方法，其特征在于步骤中的加速电压为70KV、焊接速度为800mm/min、焊接距离为450mm、电子束流为800mA、聚焦电流为1.35A、扫描波形为三角形、扫描频率为700Hz、焊接角度为45度、扫描摆幅Vx为9mm、Vy为9mm，对步骤五焊接成形的喷嘴保温1.5小时后，在710℃时保温10小时。
5、根据权利要求1所述的采用电子束焊接汽轮机喷嘴的方法，其特征在于铸成的喷嘴室半径为475mm、外环半径为630mm。
6、根据权利要求1所述的采用电子束焊接汽轮机喷嘴的方法，其特征在于装配间隙不超过0.20mm，错边量不大于0.20mm。
7、根据权利要求1所述的采用电子束焊接汽轮机喷嘴的方法，其特征在于冷却降温，300℃以上按70℃/h速度降温，300℃以下自由降至常温。
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