CN213916738U - 一种燃气轮机透平静叶片高温合金板材焊接坡口结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型燃气轮机高温部件裂纹损伤焊接修补用坡口结构，包括焊接段，以及位于其两端的起弧端和收弧端；所述的高温合金板材厚度处在3～12mm，起弧端的上下底面圆直径分别与焊接段的上下宽度一致，焊接段坡口的下端宽1～4mm，焊接段坡口夹角处在60～80°之间；收弧端圆锥状沉孔上端直径10～14mm，下端直径6～8mm，锥面与下端面间的夹角处在30～60°之间。采用圆弧型、倒梯形和锥形沉孔型相结合的混合坡口形式，可有效解决厚板焊接修补时存在收弧区背面凹陷的问题。该结构可靠，适用性和通用性强，可降低中、厚高温合金板返修率，有利于提高焊接合格率和生产效率。
Description
技术领域
本实用新型属于自动焊接技术领域，具体涉及一种燃气轮机透平静叶片高温合金板材焊接坡口结构。
背景技术
透平静叶片作为燃气轮机透平段的核心部件，在机组频繁启停导致的循环温度和热应力载荷作用下，不可避免地产生热疲劳裂纹损伤，严重影响其高温性能和服役寿命。对于存在裂纹的透平静叶片，国外燃机制造商一般要求直接更换，更换部件费用极高，严重降低国内燃气轮机发电企业的经济性和竞争力。为延长部件寿命，保证燃气轮机发电设备安全、经济、持续运行，开发燃气轮机透平静叶片焊接修复方法研究具有极其重要的意义。
目前，氩弧焊方法适用材料范围广、可填丝、装配间隙适应性强、成本低，已成为燃气轮机高温部件裂纹损伤的重要修补方法。为保证其焊缝内部质量，多采用单面V型或双面V型坡口，当正面焊接完成后，在收弧区正面和背面，容易产生焊缝正面和背面凹陷，造成焊缝背面未填满而强度不足。对于收弧区焊缝正面凹陷，目前已有大量研究报道，并形成了一些颇具效果的收弧方法，如焊接电流衰减法、增加焊速法、多次熄弧法、应用熄弧板法等。对于收弧区焊缝背面凹陷缺陷，目前还没有特别有效的办法，特别对于透平静叶片所用中、厚高温合金板材的裂纹修补，由于高温合金的导热性差，熔池流动性和熔透性差，此类缺陷尤为突出和典型，往往因为收弧区焊缝背面凹陷导致工件无法满足要求而报废。对于透平叶片等内部空间狭窄的部件，焊缝的背面也不具备重新修补的条件。收弧区背面凹陷也成为影响燃气轮机高温部件裂纹损伤修补合格率的重要因素。
因此，开发一种操作可行、适用性强、可有效解决焊缝背面凹陷的燃气轮机透平静叶片高温合金板材焊接坡口形式具有重要的现实意义。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种燃气轮机透平静叶片高温合金板材焊接坡口结构，利于提高焊接合格率和生产效率，能够满足燃气轮机高温部件裂纹损伤的氩弧焊修补需要。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
一种燃气轮机透平静叶片高温合金板材焊接坡口结构，包括焊接段，以及位于其两端的起弧端和收弧端；
所述焊接段的截面为倒梯型槽，起弧端为圆台孔，并与焊接段连通，所述收弧端为盲孔，其上端和下端直径分别大于焊接段的上端和下端的宽度，收弧端与焊接段连通。
优选的，所述焊接段坡口两侧夹角为60～80°，焊接段坡口下端的宽度为1～4mm。
优选的，所述起弧端的截面尺寸与焊接段的截面相同。
优选的，所述收弧端为圆台形盲孔。
优选的，所述圆台形盲孔上端直径为10～14mm，下端直径为6～8mm，其锥面与下端面间的夹角为30～60°。
优选的，所述收弧端的盲孔底面与板材底面的间距为2～3mm。
优选的，所述板材厚度为4～12mm。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型提供的一种燃气轮机透平静叶片高温合金板材焊接坡口结构，采用圆弧型、倒梯形槽和锥形沉孔型相结合的混合坡口结构，在收弧端将厚板焊接设计为薄板焊接，当焊接至V型槽与盲孔底面的界面时，V型坡口深度由大变小，焊透性增强，电弧对熔池的冲击力变大，同时母材发生自熔形成更大质量的熔滴，由于电弧的冲击、熔滴自身的重力以及减小的V型槽两侧对熔滴的牵引作用，共同引起熔滴在凝固过程中在背面形成有一定余高的焊缝，有效解决了燃气轮机高温部件裂纹损伤的氩弧焊过程中在收弧区焊缝背面凹陷缺陷的突出问题。该坡口结构操作可行、方法可靠、适用性强、可降低中、厚高温合金板返修率，有利于提高焊接合格率和生产效率，能够满足燃气轮机高温部件裂纹损伤的氩弧焊修补需要。
附图说明
图1为本实用新型坡口结构的示意图。
图中：1、板材；2、起弧端；3、焊接段；4、收弧端。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
参阅图1，一种燃气轮机透平静叶片高温合金板材焊接坡口结构，该坡口结构为设置在板材上的凹槽，包括焊接段3，以及位于其两端的起弧端2 和收弧端4。
上述焊接段坡口的截面为倒梯型槽结构，坡口两侧壁的夹角为60～80°，其下端b2的宽度为1～4mm。
上述起弧端为空心圆台孔，其上端a1和下端a2的直径分别与焊接段的倒梯型槽上端和下端的宽度相同，并且起弧端与焊接段连通。
上述收弧端4为空心圆台盲孔，其上端和下端直径分别大于焊接段的上端和下端的宽度，并且收弧端与焊接段连通。
收弧端4上端b1直径为10～14mm，下端b2直径为6～8mm，其锥面与下端面间的夹角处在30～60°之间，盲孔底面与板材底面的间距为2～3mm，盲孔底面与盲孔的侧壁圆滑过渡。
上述板材1为高温合金板材，其厚度a3为4～12mm。
高温合金板材包括X40、MGA2400、X45、FSX414、N155、GTD222、 SC PWA 1483、IN939等。
该坡口结构的焊接原理如下，在收弧端通过加工沉孔的方式将厚板坡口转变成薄板坡口，将厚板焊接的收弧区设计为薄板焊接，当焊接至倒梯形槽与盲孔底面的界面时，倒梯形槽坡口深度由大变小，焊透性增强，电弧对熔池的冲击力变大，同时母材发生自熔形成更大质量的熔滴，由于电弧的冲击、熔滴自身的重力以及减小的倒梯形槽两侧对熔滴的牵引作用，共同引起熔滴在凝固过程中在背面形成有一定余高的焊缝。
现以服役透平静叶片高温合金板材焊接坡口为例阐述本实用新型的坡口结构：在6mm厚的透平静叶片试板材料上开坡口，包括：起弧端、焊接段、收弧端。焊接段的下端宽为2.4mm之间，两侧壁夹角为60°，起弧端的上、下底面圆直径分别与焊接段的上、下宽度相等；收弧端圆台状沉孔上端直径为12mm，下端直径为10mm，沉孔底面与部件底面的间距保持在2mm，沉孔底面与沉孔壁面圆滑过渡。采用本实用新型的燃气轮机透平静叶片高温合金板材焊接坡口结构可获得收弧区正面和背面均微凸饱满的氩弧焊焊缝。
采用该坡口结构所得的透平静叶片材料氩弧焊焊缝，氩弧焊收弧区焊缝正面外形微凸，形似T型钉头；收弧区焊缝背面外形微凸，填充饱满。
采用圆弧型、倒梯形槽和锥形沉孔型相结合的混合坡口结构，可有效解决厚板焊接修补时存在收弧区背面凹陷的问题。该方法焊接可靠，适用性和通用性强，可降低中、厚高温合金板返修率，有利于提高焊接合格率和生产效率。
以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种燃气轮机透平静叶片高温合金板材焊接坡口结构，其特征在于，包括焊接段(3)，以及位于其两端的起弧端(2)和收弧端(4)；
所述焊接段的截面为倒梯型槽，起弧端为圆台孔，并与焊接段连通，所述收弧端(4)为盲孔，其上端和下端直径分别大于焊接段的上端和下端的宽度，收弧端与焊接段连通。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平静叶片高温合金板材焊接坡口结构，其特征在于，所述焊接段坡口两侧夹角为60～80°，焊接段坡口下端的宽度为1～4mm。
3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平静叶片高温合金板材焊接坡口结构，其特征在于，所述起弧端的截面尺寸与焊接段的截面相同。
4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平静叶片高温合金板材焊接坡口结构，其特征在于，所述收弧端为圆台形盲孔。
5.根据权利要求4所述的一种燃气轮机透平静叶片高温合金板材焊接坡口结构，其特征在于，所述圆台形盲孔上端直径为10～14mm，下端直径为6～8mm，其锥面与下端面间的夹角为30～60°。
6.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平静叶片高温合金板材焊接坡口结构，其特征在于，所述收弧端的盲孔底面与板材底面的间距为2～3mm。
7.根据权利要求6所述的一种燃气轮机透平静叶片高温合金板材焊接坡口结构，其特征在于，所述板材厚度为4～12mm。
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| CN112475548A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-03-12 | 西安热工研究院有限公司 | 一种燃气轮机高温部件裂纹损伤焊接修补结构 |
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| CN112475548B (zh) * | 2020-11-20 | 2024-01-23 | 西安热工研究院有限公司 | 一种燃气轮机高温部件裂纹损伤焊接修补结构 |
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