DE2531327A1 - Verfahren und einrichtung zum herstellen eines aus scheiben zusammengeschweissten rotors - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum herstellen eines aus scheiben zusammengeschweissten rotors

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DE2531327A1
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welding
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Felix Dipl Ing Bernasconi
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BBC Brown Boveri France SA
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Description

Ke/dh
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Verfahren und Einrichtung zum Herstellen eines aus Scheiben zusammengeschweissten Rotors.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines aus Scheiben zusammengeschweissten Rotors, wobei in einer Einrichtung die Scheiben aufeinanderfolgend mit horizontaler Achse zusammengefügt und geschweisst werden, ii\_dem jeweils die zwei zu verbindenden Scheiben gegeneinander räumlich orientiert werden, danach bis zum Aneinanderliegen der zu verschweissenden Stossflächen axial zusammengedrückt und unter Aufrechterhaltung einer Axialpressung durch Schweissung zusammengefügt werden; die Erfindung betrifft überdies eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens und einen nach dem Verfahren geschweissten Rotor.
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Ein derartiges Verfahren und die entsprechende Vorrichtung sind aus der DT-OS 2,324,388 bekannt; es wird dem Verfahren eine grosse Herstellungsgenauigkeit und der Einrichtung eine Verminderung der Kapitalanlagen gegenüber aus mehreren Arbeitsständen bestehenden Schweissanlagen zugeschrieben.
Das bekannte Verfahren sieht vor, dass auf einer Vorrichtung Rotorteile in Form von Scheiben sukzessive mit einer Grundnahtschweissung verbunden werden. Nachdem sämtliche Einzelteile zu einem Läufer zusammengefügt sind (es wird ein Rotor von 12 m Länge, bestehend aus 11 Scheiben und mit 200 t Gewicht erwähnt), wird dieser frei aufliegend auf zwei Lünetten abgesenkt. Die Vorrichtung, eine eigentliche "Schweissbank" wird anschliessend zum Teil demontiert, um das ungestörte Heranführen der nicht näher beschriebenen Anwärm- und Schweissausrüstung zu gestatten.
Um ein Vorwärmen der Scheiben zu vermeiden, werden alle zu verschweissenden Teile im Bereich der Wurzelnahtzone mit einer Ringnut versehen, welche mit einem nicht näher bezeichneten, jedoch gegenüber dem Scheibenmetall "bildsameren" Material (plastisches Metall, welches beim Zusammenpressen der zwei Scheiben zerquetscht wird) aufgefüllt wird. Hierdurch soll der Rotor in Richtung seiner Längsachse eine besondere Elastizität besitzen und es wird das Auftreten von Ermüdungsrissen während des Betriebseinsatzes vermieden.
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Es ist nunmehr die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem Rotorteile aus Werkstoffen, die unbedingt zum Schweissen vorgewärmt werden müssen, wie beispielsweise DIN 21 Cr Mo V 511, und ohne Verwendung, von mitzuverschweissenden Fremdmaterialien zu einem Rotor verbunden werden können. Der zur Durchführung des Verfahrens zu schaffenden Einrichtung liegt der Gedanke von kurzer Durchlaufzeit aller Verfahrensschritte zugrunde.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in ein und der selben Einrichtung in aufeinanderfolgenden Operationen sowohl die einzelnen Scheiben vorgewärmt, zentriert und verschweisst werden, als auch der fertige Rotor geglüht und der WarmrundlaufrKontrolle unterworfen wird.
Die Einrichtung^welche neben einer ersten festen Wellenaufnahme ein in Axialrichtung des Rotors verschiebbares Auflager zur Abstützung und räumlichen Zuordnung der jeweils anzuschweissenden Scheibe sowie einen ebenfalls axial verschiebbaren Anpressbock aufweist, wobei vorzugsweise sowohl das verschiebbare Auflager als auch der Anpressbock auf einem gemeinsamen Wagen montiert sind, und welche ferner mit mindestens einer Lünette zum Unterstützen der bereits durch Schweissung zusammengefügten Rotorteile sowie mit einer Wellendrehvorrichtung versehen ist, wird erfindungsgemäss so ergänzt,
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dass die bereits geschweissten Rotorteile sowie mindestens eine der verbleibenden anzuschweissenden Scheiben von einem Heizkasten umgeben sind, ferner dass ausserhalb des Heizkastens eine zweite, axial verschiebbare Wellenaufnahme zur Abstützung des fertiggeschweissten Rotors vorgesehen ist.
Da die räumliche Zuordnung mit einem einfachen Auflager durchgeführt wird,sind die Rotorteile in Hinsicht auf ein problemloses Zusammenfügen zu gestalten; dies wird dadurch gelöst, dass die Scheiben gegeneinander innenzentriert sind durch einen am Scheibenzentrum angeordneten Zentrierzapfen, dessen Durchmesser etwa*5-20% des Schweissnaht-Aussendurchmessers beträgt.
Die Vorteile der Erfindung sind folgende:
- zur Durchführung des Verfahrens braucht der Rotor weder gekippt, ausgebaut noch abgelegt zu werden. Er verbleibt die ganze Zeit über in derjselben Einrichtung. Werden im Verlauf der verschiedenen Schweissoperationen Schweissfehler festgestellt, so können die fehlerhaften Nähte unmittelbar nach Feststellung ausgestochen und neu geschweisst werden. Als besonders günstig wird zudem die Möglichkeit der abschliessenden Warmrundlaufkontrolle angesehen.
- Die Einrichtung erfüllt die in sie gestellten Anforderungen
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nach kurzer Durchlaufzeit. Zudem benötigt sie geringen Raumbedarf, bedarf relativ geringer Investitionskosten und weist als besonders günstige Einzelheit den recht einfachen Heizkasten auf, welcher den jeweils unterschiedlichen Wärmebedarf für das Vorwärmen, Schweissen, Spannungsarmglühen und für die Warmrundlaufprüfung liefert.
- Der vorzugsweise aus innenzentrierten Scheiben zusammengesetzte Rotor ist insofern einfach zu schweissen, als die Stosssteilen nur noch für Planlage, nicht jedoch für Zentrierung zu sorgen haben. ,Beim Herstellen der Grundnaht kann dank des Wegfalls des Würzelzentrieransatzes auf das Pendeln der Schweisselektrode verzichtet werden, wodurch in Umfangsrichtung eine erhöhte Schweissgeschwindigkeit erzielbar ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch die Einrichtung, wie sie zum Vorwärmen und Schweissen aufgebaut ist
Fig. 2 schematisch die Einrichtung, wie sie zum Glühen und Rundlaufkontrollieren aufgebaut ist
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Fig. 3 eine Ausführungsform des Zentrierzapfens
Fig. H eine erste Abwandlung der Anordnung gemäss Fig. 3
Fig. 5 eine zweite Abwandlung der Anordnung gemäss Fig. 3
Fig. 6 ein Gasbehältnis im Zentrierzapfen gemäss Fig. 5
Fig. 7 eine Skizze des Heizkastens
Fig. 8 eine Vorderansicht einer mittels Elektronenstrahlen zu schweissenden Scheibe
In der nur skizzenhaften Darstellung der Einrichtung ist die Mehrzahl der für das Verständnis der Erfindung unnötigen Elemente nicht gezeigt. So sind in der Fig. 1 der Einfachheit halber die zur Herstellung der Schweissnähte benötigten Hilfsmittel, wie beispielsweise Schweissbrenner, Drahtzuführung, Draht—-führungszangen und dergleichen fortgelassen. In Fig. 2 sind die Werkzeugmaschine zur spanabhebenden Bearbeitung sowie die Messinstrumente zur Rundlaufkontrolle nicht dargestellt.
Fig. 1 zeigt die Einrichtung, wie sie in der Phase der Nahtfüllschweissung aufgebaut ist. Mit 1 ist die feste Wellenauf-
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nähme bezeichnet, die in dem^den nichtgezeigten Wellendrehantrieb enthaltenden Bock 2 gelagert ist. In die Wellenaufnahme 1 ist ein aus den Scheiben 3, 3', 3" teilweise fertig geschweisster Rotorteil U eingespannt. Die erst durch eine GrundnahtscHweissung mit der Scheibe 3' verbundene Scheibe 3" ist mittels einer Roll-Lünette 5 abgestützt. Das verschiebbare Auflager 6 weist eine federbelastete, in der Höhe einstellbare Lünette 7 auf und ist mit dem verschiebbaren Anpressbock 8, welcher vorzugsweise mit einem federbelasteten, losen Zentrumsspitz 9 versehen ist, auf einen gemeinsamen Wagen 10 montiert. Selbstverständlich könnten statt der Federmittel auch hydraulische oder andere Unterstützungen und Anpressmittel zur Verwendung gelangen. Nicht gezeigt ist die in der Laufrichtung des Wagens erforderliche Abstützung in der Phase des Aneinanderdrückens zweier Scheiben (beispielsweise 3", 3"'). Die Scheibe 3"'ist zwecks Vorwärmen auf der Lünette 7 angeordnet. Der Rotorteil H und der Wagen 10 befinden sich innerhalb des Heizkastens 11, welcher in der einfachsten Ausführung zwei Böden II1 sowie einen aus baukastenförmigen Elementen 11" zusammensetzbaren Mantel aufweist. Eine derartige, recht einfache Heizkastenkonstruktion gestattet eine beliebige Anpassung an die verschiedenen auftretenden Rotorlängen. Dabei können die Mantelteile der Böden 11' so bemessen sein, dass der Heizkasten bei Rotoren mit kleinstmöglicher Länge ohne Elemente 11" auskommt. Dieser
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Fall kann insbesondere beim Schweissen der beiden ersten Scheiben 3, 31 eintreten.
In der Fig. 7 ist scheinatisch der Aufbau eines Heizkastens dargestellt, mit welchem Rotorteile durch Konvektion aufgeheizt werden. Eine solche Vorwärmung ist aus folgenden Gründen besonders günstig: Bekannte Heizkästen, beispielsweise Warmrundlauf-Prüföfen, arbeiten in der Regel mit zonenweise steuerbarer elektrischer Strahlungsheizung oder Gasheizung. In den unteren Temperaturbereichen, bei welchen die Rotorteile noch nicht oxydiert sind, ist bei derartigen Aufheizmethoden die Wärmeaufnahme stark von dem Absorptionsvermögen der Scheibenoberfläche abhängig. Bei der Konvektionsheizung ist die Abstrahlung an die ungefähr gleich heisse Ofenwand nur bei ca. über 5000C stark; Temperaturen über 5000C sind nur zum Spann ungsarm-Glühen und für die Warmrundlauf prüfung,, nicht jedoch zum Vorwärmen nötig.
In der Figi 7 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen versehen. Der mit dem Warmlufteinlass 15 versehene Boden II1 befindet sich vorzugsweise an jenem Ende der Einrichtung, das die Rotordrehvorrichtung aufweist. Ein in der Verschalung 16 angeordnetes Umwälzgebläse saugt die Luft über die ebenfalls baukastenförmig verlängerbare Leitung 13 an und fördert sie durch das in der Verschalung 16
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angedeutete Heizregister in den Heizkasten 11 hinein. Der Warmlufteinlass 15 ist so angebracht, dass die Luft tangential auf den Rotorteil 4 auftrifft.Der Ansaugstutzen 17 ist vorzugsweise an dem nicht gezeigten Boden angebracht, entgegen der Darstellung in Fig. 7, in welcher er aus Gründen der Anschaulichkeit an einem Mantelelement 11" angeordnet ist. Ein in Rotorachsrichtung verlaufender Schlitz 18, auf welchen später noch eingegangen wird, ist an der Oberseite des Heizkörpers 11 angeordnet.
Während der ersten Operationsfolgen, nämlich dem Vorwärmen, Zentrieren und Schweissen in der gleichen Einrichtung wird folgendermassen vorgegangen:
Das Wellenende, im vorliegenden Fall die Scheibe 3 (Fig. 1) wird in der Wellenaufnahme 1, vorzugsweise einer Planscheibe eingespannt und wird mit der Roll-Lünette 5 unterstützt. Die mit Scheibe 3 zu verbindende Scheibe 3f wird auf dem Wagen angeordnet, wobei die gefederte Lünette 7 das Scheibengewicht aufnimmt. Die mit Rollen versehene Lünette 7 ist in bekannter Art auf Durchmesser verstellbar, wodurch die genaue Achslage der Scheibe 31 zur Scheibe 3 eingestellt werden kann. Das Einfahren in die Scheibenzentrierung erfolgt in ebenfalls bekannter Art durch Verschieben des Wagens 10, wobei die Scheibe '3 rotiert, bis der lose Zentrumspitz 9 die Stosssteilen der Scheiben 3 und 31 axial zusammenpresst und zwar
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so stark, dass die Scheibe 3' sich bei einer Rotation in der Zentrierung nicht mehr gegenüber der Scheibe 3 bewegen kann. Es wird dann der Heizkasten 11 so aufgebaut, dass sich nur die Wellenaufnahme 1 ausserhalb des Kastens befindet, worauf mit der Vorwärmung begonnen wird.
Da sowohl die Zentrierung als auch die Vorwärmung erfindungswesentlich sind, wird in den nachfolgenden Abschnitten näher darauf eingegangen.
Die Zentrierung von zwei zu verschweissenden Scheiben ist bei einigen bekannten Verfahren recht delikat. Aussen- und Lippenzentrierungen beispielsweise weisen den Nachteil auf, dass sie wegen der grossen Durchmesser der Versatzungen zunächst einmal sehr genau gefertigt werden müssen, was MessSchwierigkeiten bedingt, sodann beim Aufstapeln (eigentlicher Zentriervorgang zweier Scheiben) die Bohrungspartie leicht aufgeheizt werden muss, da es sich in der Regel um eine leichte Presspassung handelt.
Erfindungsgemäss wird anstelle der kurzen, anspruchsvollen Scheibenzentrierung von grossem Durchmesser eine Innenzentrierung 19 kleinen Durchmessers vorgesehen. Fig. 3 zeigt eine solche Zapfenzentrierung mit Positiv/Negativ-Versatz, deren grösster Durchmesser zweckmassigerweise etwa 5-20%
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des Sehweissnaht-Aussendurchmessers beträgt. Im Gegensatz zur beschränkten Tiefe einer Schweisslippenzentrxerung kann die Zentriertiefe beliebig tief gewählt werden. Um das Einfahren in die Zentrierung zu erleichtern, ist der Positiv-Versatz mit einem konischen Ansatz 28 versehen. Fig. 4 zeigteine Anordnung, bei welcher der Positiv/Negativ-Versatz gemäss Fig. 3 mit einem Bolzen- resp. Muttergewinde versehen ist. Abgesehen .von den relativ hohen Herstellungskosten ist eine derartige Anordnung insofern vorteilhaft, als nach dem Aufschrauben der beiden Scheiben diese selbsttätig zusammenhalten.
Fig. 5 schliesslich zeigt eine kostengünstige Kombination der beiden genannten Zentrierungen. Die beiden Scheiben sind mit Positiv-Versätzen versehen, wobei auf einen der Versätze ein Gewinde aufgearbeitet ist. Darauf kann ein mit einer Aufnahn\ebohrung für den "glatten" Positiv-Versatz versehenes Zwischenstück 20 aufgeschraubt werden, welches neben der eigentlichen Muffenfunktion auch als brauchbarer Manipuliernocken benutzt werden kann.
Nicht gezeigt ist eine denkbare Anordnung, bei welcher das Zwischenstück 20 im Sinne der Ausführung gemäss Fig. 4 mit beidseitigem Gewinde versehen ist. Es könnte axial dehnbar, bspw. versehen mit einer Einschnürung bzw. als Sollbruchstelle disponiert werden.
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Eine weitere dem Zwischenstück 20 zuzuordnende Funktion kann die eines Aufbewahrungsortes für ein Gasbehältnis 21 sein (Fig. 6). Beim Einführen der Scheibe 3' in die Zentrierung durchstösst der Spitz 22 des Positiv-Versatzes das Behältnis 21, wodurch auf einfache Art das für die Grundnaht-Schweissung benötigte Innert-Gas zur Verfügung steht. Die Konstruktion kann so gewählt sein, dass das Schutzgas der Nahtstelle langzeitig und dosiert zuströmt.
Das Vorwärmen zum Schweissen ist insbesondere bei niedrig legierten Vergütungsstählen, wie sie für Rotoren verwendet werden, sehr wichtig, da durch das nachfolgende Schweissen bei der erhöhten Materialtemperatur in der wärmebeeinflussten Zone neben der Schweissnaht die Bildung von sprödem Martensit unterbunden wird und sich ein zähes Zwischenstufengefüge bildet; zudem wird die Diffusions- und Entweichungsgeschwindigkeit von eventuell entstehendem Wasserstoff durch die Vorwärmung vergrössert. Die benötigte Vorwärmtemperatur ist abhängig vom sogenannten Kohlenstoffäquivalent und liegt in der Regel zwischen 150°C und 400°C.
Um Temperaturdifferenzen grosser als ca. 15 C zwischen zusammenzuschweissenden Scheiben schnell und frühzeitig ausgleichen zu können, ist die Aufheizgeschwindigkeit kleiner als ca. 30°C pro Stunde. Die Kontrolle des Temperaturver-
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laufes beim Aufheizen auf Arbeitstemperatur erfolgt in der Regel mit Thermoelementen, die in den Schweissnuten an den Nahtflanken angebracht sind, oder durch auf der Oberfläche schleifenden Thermoelement-Klötzen bzw. Strahlungs-Vergleichs-Pyrometern.
Die Haltezeit nach Erreichen der Arbeitstemperatur ist abhängig vom grössten Rotordurchmesser. Sie ist notwendig, um über alle Scheiben eines Rotors vor Schweissbeginn einen vollkommenen Temperaturausgleich zu erreichen. Die Mindesthaltezeit beträgt in der Regel ca. 5 Stunden für Rotoren mit einem Durchmesser kleiner als 500 mm, pro 100 mm Durchmesser-Zunahme wird die Haltezeit um etwa eine Stunde erhöht. Ist die erfindungsgemässe Einrichtung stark belegt, so können unter Umständen aus den genannten Gründen (lange Vorwärmzeit) die zwei ersten zu verweissenden Scheiben 3, 3' bis zum Erreichen der Arbeitstemperatur ausserhalb der Einrichtung mit herkömmlichen Mitteln (Induktionsheizung) vorgewärmt werden.
Nachdem nun die Scheiben 3, 3* zentriert und auf Arbeitstemperatur aufgeheizt sind, wird zur eigentlichen Grundnahtschweissung geschritten. Dabei wird über den Anpressbock 8 während der ganzen Schweissdauer eine Kraft auf die Scheibe 31 ausgeübt. Vorzugsweise werden mit dem TIG-Verfahren unter Bei-
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gäbe von Zusatzdraht die Schweisslippen aufgeschmolzen. Da aufgrund der Innenzentrierung 19 (Fig. 3) die Schweisslippen 23 nur noch für Planlage zu sorgen haben, können sie in einen Entlastungswulst'verlegt werden, der sich an der radial inneren Kontur der zu verschweissenden Stossstellen nach dem Scheibenzentrum hin erstreckt; in eine Zone also, in welcher die alternierenden Biegespannungen des sich im Betrieb befindlichen Rotors (beispielsweise Turbinenrotor) sich wenig auswirken. Die Schweisslippen 2 3 liegen demnach in einer nahezu belastungsfreien oder spannungsfreien Zone, womit eventuelle Schwexssunregelmässigkeiten und Schweissfehler nicht mehr Ausgangspunkt für eine mögliche Rissbildung sind.
Zweckmässig ist, nur mit einer TIG-Schweissvorrichtung von obenherab zu schweissen. Gemäss Fig. 7 werden der nicht gezeigte Elektrodenhalter mit der Schweissstromzuführung und die Schweissdrahtzuführung durch den Schlitz 18 im Heizkasten 11 an die Schweissstelle herangeführt. Sollte aufgrund von sehr grossen Scheibendurchmessern eine Wolframelektrode für eine oder zwei Scheibenumdrehungen nicht ausreichen, so wird dieser Gegebenheit und dem möglichen Planverzug beim einseitigen Schweissen durch segmentweises Schweissen abgeholfen.
Nach Beendigung der Grundnahtschweissung wird der lose Zentrums-
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spitz 9 zurückgezogen, die Lünette 7 abgesenkt und der Wagen 10 zurückgefahren. Die Scheibe 3' wird mit der Lünette 5 unterstützt, der Wagen 10 mit der Scheibe 3" beladen, der Heizkasten um ein Mantelelemerit 11" verlängert und in Betrieb genomme.n. Anschliessend wird mit der" Füllnahtschweissung begonnen, wobei vorzugsweise das Unterpulver-Schweissverfahren angewendet wird. Es versteht sich, dass die Scheiben 3, 31 beim Schweissbeginn wiederum die notwendige Vorwärmtemperatur aufweisen. Die Stromführungs- und Drahtführungszange wird wiederum durch den Schlitz 18 des Heizkastens 11 eingeführt. Je nach Scheibendurchmesser und Nahttiefe dauert die Füllschweissung pro Naht zwischen 10 und 50 Stunden; während dieser Zeit ist die Scheibe 3" in Bereitstellung innerhalb des Heizkastens 11 und wird auf die Vorwärmtemperatur aufgeheizt.
Nach Beendigung der Füllschweissung verbleibt die Scheibe 3 auf der Lünette 5, die Scheibe 3" wird auf dem Wagen 10 herangeführt, in Achslage zum nunmehr aus den Scheiben 3 und 3' bestehenden Rotorteil 4 ausgerichtet, in die Zentrierung eingeführt, bis die Schweisslippen 2 3 aneinanderliegen, dann zusammengepresst, worauf der Zyklus mit der Grundnahtschweissung erneut be gi nnt.
Bemerkenswert ist, dass der Heizkasten 11 nur zwischen den Operationen Grundnahtschw eissen/Füllnahtschweissen verlängert
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werden muss, nicht hingegen beim Uebergang vom Nahtfüllen zum nächstfolgenden Grundnahtschweissen.
Aufgrund des sehr grossen Zeitbedarfs für die Füllnahtschweissung besteht eine interessante Variante in der jeweiligen Bereitstellung von zwei zusätzlichen Scheiben zum Vorwärmen· Diese können nach einer Füllnahtoperation unmittelbar nacheinander durch eine Grundnahtschweissung verbunden werden, und nach dem Bereitstellen von zwei weiteren Scheiben und dem Verlängern des Heizkastens um beispielsweise zwei weitere Elemente 11" können anschliessend zwei Nähte gleichzeitig mit dem Unterpulver-Verfahren aufgefüllt werden.
Dies beendet die ersten, mit der Einrichtung nach Fig. 1 auszuführenden Verfahrensschritte.
Die Fig. 2 zeigt die Einrichtung, wie sie für die abschliessenden Operationen aufgebaut ist und zwar in der Phase des Spannungsarmglühens; gestrichelt dargestellt sind die für die spätere Rundlaufkontrolle benötigten Roll- oder Gleitlünetten 21 sowie das für die Rundlauf- und Ultraschallprüfung benötigte und lediglich angedeutete Drehwerkzeug 25. Dieses kann beispielsweise auf einem fahrbaren Drehbanksupport angeordnet sein.
Nach dem Fertigschweissen wird mit dem Ausbau des Wagens
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begonnen und das der letzten angeschweissten Scheibe entsprechende Wellenende in einer axial verschiebbaren Wellenaufnahme 26, welche vorzugsweise ebenfalls eine Planscheibe ist, eingespannt. Anschliessend wird die Lünette 5 oder; wenn wegen der Länge des Rotors an mehreren Stellen unterstützt wurde, alle Lünetten 5 abgesenkt, wobei die bei jeder Drehbank vorhandenen Probleme des Rotor-Durchhangs nicht zu vermeiden sind. Der Heizkasten 11 wird montiert, abgedichtet und es wird mit dem Aufheizen zum Spannungsärmglühen begonnen. Ein wesentlicher Vorteil ist hierbei, dass das Glühen aus der Schweisshitze ohne wesentliches Abkühlen erfolgen kann. Das Aufheizen tkann bei stillstehendem Rotor beginnen, worauf zu einem späteren Zeitpunkt der Rotor in Drehung versetzt wird.
Die Heissluftumwälzung innerhalb des Heizkastens 11 hat wiederum den Vorteil eines sehr guten Temperaturausgleiches der Rotoroberfläche. Dadurch kann die Aufheizgeschwxndxgkext gegenüber anderen Verfahren erhöht werden. Der Rotor wird auf etwa 30°C unter der Vergütungsanlasstemperatur seines Grundwerkstoffes geglüht, wodurch die als Folge des Schweissens entstandenen Spannungen abgebaut werden. Die Haltezeit der Glühtemperatur ist vorwiegend eine Funktion des Rotordurchmessers.
Ist die Spannungsärmglühung vollzogen, so wird beim Erkalten
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zum Vermeiden von Abkühlspannungen die Abkühlgeschwindigkeit von der Glühtemperatur auf die Raumtemperatur mit etwa 30 C pro Stunde gewählt. Beim Erreichen der letzteren beginnen die Vorbereitungen für die Rundlaufprüfung.
Es werden mit dem Werkzeug 25 an den Wellenenden Rollenlageroder Gleitlager-Partien sowie mehrere über den Rotor verteilte Rundlaufkontrollbänder angedreht. Der Rotor wird in die Gleitlünetten 24 eingelegt und die nicht gezeigten Rundlaufkontrollfühler werden angebracht. Es wird dann zur Kaltrundlauf-Kontrolle gestartet. Nach deren Beendigung wird der Heizkasten 11 wiederum montiert, abgedichtet und in Betrieb genommen. Dabei befinden sich die Gleitlünetten 2U ausserhalb des Heizkastens 11 (Fig. 2). Es folgen ein oder mehrere Läufe bei einer Temperatur, die entsprechend der späteren Betriebstemperatur des Rotors gewählt wird. Damit ist die eigentliche Herstellung des aus Scheiben zusammengeschweissten Rotors abgeschlossen.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung Dargestellte beschränkt ist. So wurden beispielsweise nur zusammenzuschweissende Scheiben und Wellenendscheiben erwähnt; in Abweichung hierzu können selbstverständlich Rotoren aus Scheiben und/oder Trommeln mit dem Verfahren und der Einrichtung zu dessen Durchführung hergestellt werden.
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Desgleichen könnte ein zusätzlicher Verfahrensschritt in die Operationsfolge eingefügt werden, nämlich die Ultraschallprüfung. Sie könnte mit gekühltem Tastkopf beispielsweise nach dem Nahtfüllschweissen durchgeführt werden bei noch warmem Rotor. Die Schweissnähte sind, nachdem der Heizkasten 11 teilweise abgebaut und der Rotor in der verschiebbaren Wellenaufnahme 26 eingespannt ist, mit dem Werkzeug 25 zu überdrehen, welche Operation für die Prüfung unerlässlich ist. Selbstverständlich kann die Ultraschallkontrolle auch zu einem späteren Zeitpunkt, bei kaltem Rotor, beispielsweise vor der Rundlaufprüfung durchgeführt werden.
In Abweichung zur gezeigten Innenzentrierung kann das Verfahren auf der beschriebenen Einrichtung auch bei Rotorteilen mit allen möglichen Zentrierungen ausgeführt werden.
Ebenso könnten für das Grundnahtschweissen ein anderes als das TIG-Verfahren, beispielsweise das Elektronenstrahlschweissen und für das Füllnahtschweissen ein anderes Hochleistungsverfahren als das Unterpulver-Verfahren, beispielsweise das MIG-Verfahren angewandt werden.
Eine weitere Variante besteht darin, die beschriebene Grundnaht- und Füllnahtschweissung durch eine einzige Elektronenstrahlschweissung zu ersetzen. Diese Operation wäre analog
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der Grundnahtschwexssung, also mit vom verschiebbaren Auflager 6 abgestützter und vom Anpressbock 8 angedrückter Scheibe auszuführen. Da bei diesem Vorgang der Wagen 10 nicht für die Vorwärmung zur Verfügung steht, müsste die aufzuheizende Scheibe auf eine andere bekannte Art im Heizkasten 11 angeordnet werden. Um die Innenzentrierung 19 nicht zu gefährden, sollte gemäss Fig. 8 der Elektronenstrahl 27 nicht radial geführt werden; der WinkelX wird so gewählt, dass der Strahl 2 7 knapp an der Zentrierung 19 vorbeizielt. Die betrachtete Radiale R fällt vorzugsweise mit der Vertikalachse der Scheibe zusammen.
Zusammenfassend sei nochmal betont, dass es nunmehr mit dem erfindungsgemässen Verfahren möglich ist, alle Operationen zum Herstellen eines Rotors - Vorwärmen, Zentrieren, Grundnahtschweissen, Füllnahtschweissen,(Elektronenstrahlschweissen) Ultraschallprüfung, rotierendes Spannungsarmglühen» Kaltrundlauf kontrolle, Warmrundlaufkontrolle - auf ein und derselben Einrichtung durchzuführen, im Gegensatz zu bekannten Verfahren, welche entweder mehrerer Arbeitsstände bedürfen, oder aber auf das für die Rotorqualität entscheidenden Einfluss ausübende Vorwärmen vor dem Grundnahtschweissen verzichten.
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Claims (13)

92/75 Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines aus Scheiben zusammengeschweissten Rotors, wobei in einer Einrichtung die Scheiben aufeinanderfolgend mit horizontaler Achse zusammengefügt und geschweisst werden, indem jeweils die zwei zu verbindenden Scheiben gegeneinander räumlich orientiert werden, danach bis zum Aneinanderliegen der zu verschweissenden Stossflächen axial zusammengedrückt und unter Aufrechterhaltung einer Axialpressung durch Schweissung zusammengefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in ein und derselben Einrichtung in aufeinanderfolgenden Operationen sowohl die einzelnen Scheiben (3,3',3",3"') vorgewärmt, zentriert und verschweisst werden als auch der fertige Rotor (12) geglüht und der Warmrundlauf-Kontrolle unterworfen wird.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche neben einer ersten festen Wellenaufnahme ein in Axialrichtung des Rotors verschiebbares Auflager zur Abstützung und räumlichen Zuordnung der jeweils anzuschweissenden Scheibe sowie einen ebenfalls axial verschiebbaren Anpressbock aufweist, wobei vorzugsweise sowohl das verschiebbare Auflager als auch der Anpressbock auf einem gemeinsamen Wagen montiert sind, und welche ferner mit mindestens einer Lunette zum Unterstützen der bereits durch
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Schweissung zusammengehefteten Rotorteile sowie mit einer-Wellendrehvorrichtung versehen ist, -dadurch gekennzeichnet, dass die bereits gesehwei.ssten Rotorteile (4) sowie mindestens eine der verbleibenden anzuschweiseenden.Scheiben (3"') von einem Heizkasten (11) umgeben sind, ferner, dass ausserhalb des Heizkastens (11) eine zweite, axial verschiebbare Wellenaufnahme (26) zur Abstützung des fertiggeschweissten Rotors (12) vorgesehen ist.
3. Mit dem Verfahren nach Anspruch 1 geschweisster Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (3 bis 3"') ge-
. geneinander innenzentriert sind durch einen am Scheibenzentrum angeordneten Zentrierzapfen (19), dessen Durchmesser etwa 5~2O % des Schweissnaht-Aussendurchmessers. beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorteile (3,4,12) durch eine Warmluft- oder Gaszirkulation auf die jeweils erforderlichen Vorwärm- und Glühtemperaturen erhitzt werden. ■ ■ j
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei in der Einrichtung vorgewärmten und' an der Stossstelle zusammengepressten Scheiben (3,3') zunächst eine Grundnahtschweissung durchgeführt wird,.hierauf der erst
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teilweise verschweisste Rotorteil (4) vom Anpressbock (8) und dem axial verschiebbaren Auflager (6) gelöst und auf eine Lünette (5) abgestützt Wird, und dass, nachdem die nächstfolgende Scheibe (3") zur Vorwärmung auf dem nunmehr freien Auflager (6) angeordnet ist, bei zirkulierender Warmluft die Füllnaht-Schweissung am Rotorteil (H) durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei in der Einrichtung vorgewärmten und an der Stossstelle zusammengepressten Scheiben (3,3') eine Elektronenstrahlschweissung durchgeführt wird, hierauf der verschweisste Rotorteil (4) vom Anpressbock (8) und dem axial verschiebbaren Auflager (6) gelöst und auf eine Lünette (5) abgestützt wird, und dann eine vorgewärmte Scheibe (3")zum Verschweissen auf dem Auflager (6) angeordnet wird bei gleichzeitiger Bereitstellung einer Scheibe (3"V) in der Einrichtung zwecks Vorwärmung.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Elektronenstrahlschwexssen der Elektronenstrahl (27) unter einem von der Radialen (R) abweichenden Winkel (o( ) an der Nahtstelle auftrifft.
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8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Fertigschweissen des Rotors (12) das zuletzt angeschweisste Welle.nende in der axial verschiebbaren Wellenaufnahme (26) gelagert wird, worauf die Lünette (5) abgesenkt wird und mit dem Aufheizen zum Spannungsarmglühen begonnen wird, bei stillstehendem und/oder drehendem Rotor (1.2).
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Warmrundlaufkontrolle am weitgehend abgekühlten Rotor (12) Gleitlagerpartien an den Rotorenden sowie Rundlaufkontrollbänder angedreht werden, hierauf der Rotor (12)
in Gleitlünetten (24) gelagert wird und au-f etwa 5OO-65O°C aufgeheizt wird.
10. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressbock (8) mit einem federbelasteten oder hydraulisch betätigtem losen Zentrum-Spitz (9) versehen ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verschiebbare Auflager (6) eine feder- oder hydraulisch unterstützte, auf Durchmesser einstellbare Lunette (7) aufweist.
12. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkasten (11) von einem Heizregister über ein Umwälz-
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gebläse mit Warmluft "versorgt wird, wobei der Warmlufteinlass (15) sich vorzugsweise an der mit der festen Wellenaufnahme (1) und der Wellendrehvorrichtung versehenen Einrichtungsseite befindet.
13. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmlufteinlass (15) am Heizkasten (11) derart angeordnet ist, dass die Luft bezüglich der Rotorachse tangential einströmt.
lA. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit zunehmender Länge des Rotors (12) der Heizkasten (11) baukastenförmig verlängerbar ist.
15· Rotor nach Anspruch 3S dadurch gekennzeichnet, dass am Zentrierzapfen (19) ein Gasbehältnis (21) vorgesehen ist, welches beim Zentrieren der zu verschweissenden Scheiben (3 bis 3I!I) aufbricht und den Scheibenhohlraum mit dem für das Wurzelschweissen notwendigen Inertgas auffüllt.
BBC Aktiengesellschaft .Brown, Boveri & Cie.
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