一種水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法
2023-12-10 04:54:26 1
專利名稱：一種水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法
技術領域：
本發明公開了一種機械產品表面加工工藝，具體涉及一種水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法，屬於水電站機電技術領域。
背景技術：
轉輪體是貫流式機組和軸流式機組中的關鍵轉動部件，轉輪體過流部件的使用壽命直接影響到整個機組的運轉效率和壽命。影響過流部件使用壽命的因素主要包括水域泥沙含量和機組運轉時間等，其中，水域泥沙含量為主要影響因素。在含沙量較高的流域安裝的機組，要求其過流部件需具備良好的抗泥沙磨損及腐蝕性能。目前，水輪機轉輪體多採用ZG20SiMn碳鋼鑄件，由於其表面硬度較低，耐磨損、耐腐蝕性能較差，在機組運行時表面容易產生空蝕破壞，需要定期進行焊補修復；而若採用全不鏽鋼轉輪，則造價高、不具有經濟性。製造抗腐蝕、耐磨損的轉輪體又兼具經濟性的方法，即在轉輪體鑄鋼件外球面堆焊不鏽鋼抗磨層。目前，應用於轉輪體球面的堆焊方法主要有手工焊、氣保焊和埋弧焊。上述幾種方法存在一些天然的缺陷，比如堆焊時熔深大、母材稀釋率高，堆焊層合金成分降低，堆焊層性能不佳，並易發生冷裂紋或熱裂紋等焊接缺陷，從而致使轉輪體抗磨層的壽命降低，轉輪體工作效率也降低，相應地會增加機組運營及維護成本。帶極堆焊是一種較先進的堆焊技術，此焊接方法具有較小的母材稀釋率、較高的熔敷速度和優良的堆焊層性能。但帶極堆焊通常用於規則平面施焊，對於弧面、球面，尤其是水輪機轉輪體的不規則球面外表面(它包括圓球弧面部分、上下端圓柱面、以及球面與圓柱面過渡等部分)，帶極堆焊工藝難度較大，堆焊層質量難以保證，易產生諸如堆焊層厚度不均、過度不圓滑等問題。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供了一種耐磨層包覆性能佳、質量可靠的水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法。為實現上述目的，本發明創造採用如下技術方案一種水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法，其特徵在於包括以下步驟(1)轉輪體球面金加工車床對水輪機轉輪體的球面進行金加工，使機體尺寸均勻，表面光潔；(2)轉輪體表面清理對轉輪體球面進行打磨、化學除汙；(3)調整轉輪體位置將轉輪體固定於焊接變位機的迴轉工作檯上，調節迴轉工作檯的翻轉角度，使轉輪體堆焊區位置為水平；(4)堆焊對轉輪體球面焊道區域進行加熱，採用奧氏體不鏽鋼為焊帶，在球面進行埋弧帶極堆焊，焊接過程中，實時調整焊接變位機迴轉工作檯的翻轉角度，保證焊道在水平位置，焊接從轉輪體中部向兩端展開；
(5)堆焊表面金加工使用車床對堆焊表面進行車削加工，以滿足尺寸精度要求；(6)檢測對焊接後的堆焊層進行滲透探傷和超聲探傷，分別檢測堆焊層是否存在表面縫隙、內部氣泡等缺陷。進一步地，所述步驟O)中使用砂輪機或金剛砂對轉輪體球面進行打磨，使用乙醇、丙酮或汽油對轉輪體球面去汙。進一步地，所述步驟中先將轉輪體主軸側的端部固定於焊接變位機的迴轉工作檯，從轉輪體中部(球面直徑最大處)向洩水錐側的外端進行帶極堆焊。洩水錐側堆焊工作全部完成後，變換轉輪體位置，即將轉輪體洩水錐側的端部固定於焊接變位機的底盤上， 從轉輪體中部向主軸側的外端進行帶極堆焊。其中，帶極堆焊的具體工藝參數如下焊帶奧氏體H309L焊劑SJ304焊層厚度12mm焊帶規格30mm X0. 5mm焊接電源反極性的直流電源焊接電流700 800A焊接電壓25 ^V焊接速度200 300mm/min帶極伸出長度30 35mm焊道搭接量6 8mm焊劑至導電咀距離1 2mm焊接位置水平或1 2°上坡焊一種水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法，還可採用以下方案，其步驟為(1)轉輪體球面金加工車床對水輪機轉輪體的球面進行金加工，使機體尺寸均勻，表面光潔；(2)轉輪體表面清理對轉輪體球面進行打磨、化學除汙；(3)調整轉輪體位置將轉輪體固定於焊接變位機的迴轉工作檯上，調節迴轉工作檯的翻轉角度，使轉輪體堆焊區位置為水平；(4)堆焊對轉輪體球面焊道區域進行加熱，先使用奧氏體不鏽鋼為焊帶，在球面埋弧帶極堆焊一過渡層，再使用馬氏體不鏽鋼為為焊帶，在球面埋弧帶極堆焊一工作層，焊接過程中，實時調整焊接變位機迴轉工作檯的翻轉角度，保持焊道在水平位置，焊接從轉輪體中部向兩端展開；(5)熱處理將堆焊後的轉輪體置於加熱爐加熱，爐溫為600士 15°C，保溫6 8小時，爐溫冷卻至200°C或以下時，轉輪體出爐；(6)堆焊表面金加工使用車床對堆焊表面進行車削加工，以滿足尺寸精度要求；(7)檢測對焊接後的堆焊層進行滲透探傷和超聲探傷，分別檢測堆焊層是否存在表面縫隙、內部氣泡等缺陷。進一步地，所述步驟O)中使用砂輪機或金剛砂對轉輪體球面進行打磨，使用乙醇、丙酮或汽油對轉輪體球面去汙。
其中，步驟中對轉輪體表面的帶極堆焊，採用馬氏體不鏽鋼和奧氏體不鏽鋼相結合的方式。具體而言，採用奧氏體不鏽鋼為過渡層，馬氏體不鏽鋼為工作層，進行埋弧帶極堆焊。過渡層及工作層均採用帶極堆焊的方法進行施焊，過渡層堆焊時須保證低的母材稀釋率，控制母材熔深；工作層堆焊時保證堆焊層結合性好，無表面缺陷存在。過渡層與工作層的帶極堆焊均從轉輪體中部向兩端進行，具體方式與上述第一種技術方案相同，先固定轉輪體主軸側的端部於焊接變位機，完成洩水錐側的堆焊後，調轉轉輪體，即固定轉輪體洩水錐側的端部於變位機上，隨後完成主軸側的堆焊。焊接順序為過渡層整體堆焊完成後，再進行工作層的堆焊。進一步地，步驟中過渡層帶極堆焊工藝參數如下焊帶奧氏體H309L焊劑SJ304焊層厚度4mm焊帶規格30mmX0. 5mm焊接電源反極性的直流電源焊接電流700 800A焊接電壓25 ^V焊接速度200 300mm/min
帶極伸出長度30 35mm焊道搭接量6 8mm焊劑至導電咀距離1 2mm步驟中工作層帶極堆焊工藝參數如下工作層堆焊前採用火焰或電加熱塊對堆焊表面預熱70 100°C。焊帶馬氏體H134焊劑SJ315焊層厚度8mm焊帶規格:35mmX 0. 4mm焊接電源反極性的直流電源焊接電流600 750A焊接電壓20 25V焊接速度200 250mm/min帶極伸出長度30 35mm焊道搭接量6 8mm焊劑至導電咀距離1 2mm焊接位置水平或1 2°上坡焊相比現有技術方案，本發明的水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法，其有益效果在於堆焊過程中，對轉輪體堆焊部位的位置進行實時調節，並通過堆焊時電流、電壓及焊接速度的匹配及調整，能確保堆焊層質量的優良，使堆焊層厚度均一、過渡圓滑；堆焊後的堆焊工作層不會產生裂紋，且不會有明顯的脫層缺陷，不易剝落；堆焊層母材稀釋率低，堆焊層抗磨損性能好；堆焊過程為自動焊接，易於掌握，便於操控，生產效率顯著提高。
圖1為轉輪體洩水錐側堆焊示意圖；圖2為轉輪體主軸側堆焊示意圖。
具體實施例方式實施例1水輪機轉輪體基體材料為ZG20SiMn的碳鋼鑄件，在轉輪體球面加工不鏽鋼耐磨損工作層的方法如下(1)使用車床對水輪機轉輪體的球面進行金加工，使機體尺寸均勻，表面光潔；(2)使用砂輪機對轉輪體球面進行打磨，然後用丙酮去除表面油汙；(3)調整轉輪體位置如圖1所示，將轉輪體主軸側11的端部固定於焊接變位機2 的迴轉工作檯20，調節迴轉工作檯20的翻轉角度，使轉輪體堆焊區位置為水平；(4)用噴槍對轉輪體球面焊道區域進行火焰加熱，去除水汽，在轉輪體外球面按照從中部到洩水錐側12端部的順序(圖1中箭頭所示)，進行埋弧帶極堆焊，形成奧氏體不鏽鋼的工作層。帶極堆焊工藝參數如下焊帶奧氏體H309L
焊劑:SJ304
焊層厚度:12mm
焊帶規格:30mmX0. 5mm
焊接電源反極性的直流電源
焊接電流:750A
焊接電壓:28V
焊接速度:300mm/min
帶極伸出長度30mm
焊道搭接量6mm
焊劑至導電咀距離1mm
焊接位置水平
完成轉輪體洩水錐側12的帶極堆焊後，調轉轉輪體，將轉輪體洩水錐側12的端部
固定於焊接變位機2的迴轉工作檯20上，調節變位機迴轉工作檯20的翻轉角度，使轉輪體堆焊區位置為水平。用噴槍對轉輪體主軸側11的焊道區域進行火焰加熱，去除水汽，如圖 2所示，在轉輪體外球面按照從中部到主軸側11端部的順序(圖2中箭頭所示)，進行埋弧帶極堆焊，形成奧氏體不鏽鋼的工作層。其中，帶極堆焊工藝參數與洩水錐側12的參數一致。(5)焊接完成後，使用立式車床對堆焊表面進行金加工，以滿足尺寸精度要求；(6)採用探傷儀對焊接後的奧氏體不鏽鋼工作層進行檢測，包括滲透探傷和超聲探傷檢測。若探傷發現堆焊層有氣泡或裂縫，需進行補焊，補焊採用鎢極氬弧焊(GTAW)進行
6操作，補焊用焊材ER309L，補焊後部位打磨圓滑過渡，再檢測，直至不鏽鋼堆焊層完全滿足使用要求為止。實施例2水輪機轉輪體基體材料為ZG20SiMn的碳鋼鑄件，在轉輪體球面加工不鏽鋼耐磨損工作層的方法如下(1)使用車床對水輪機轉輪體的球面進行金加工，使機體尺寸均勻，表面光潔；(2)使用砂輪機對轉輪體球面進行打磨，然後用丙酮去除表面油汙；(3)調整轉輪體位置如圖1所示，將轉輪體主軸側11的端部固定於焊接變位機2 的迴轉工作檯20，調節迴轉工作檯20的翻轉角度，使轉輪體堆焊區位置為水平；(4)用噴槍對轉輪體洩水錐側12的焊道區域進行火焰加熱，去除水汽，使用奧氏體不鏽鋼為焊帶，從轉輪體中部向洩水錐側12的外端(圖1中箭頭所示)進行埋弧帶極堆焊，完成洩水錐側過渡層的堆焊。再調轉轉輪體，如圖2所示，將轉輪體洩水錐側12的端部固定於變位機迴轉工作檯20，從轉輪體中部向主軸側11的外端(圖2中箭頭所示)，對轉輪體主軸側進行埋弧帶極堆焊，由此，完成整個奧氏體不鏽鋼過渡層的帶極堆焊。過渡層整體堆焊完成後，以與過渡層相同的方式，將轉輪體分為兩部分，最終完成馬氏體不鏽鋼工作層整體的堆焊。其中，過渡層帶極堆焊工藝參數如下焊帶奧氏體H309L焊劑SJ304焊層厚度4mm焊帶規格30mmX0. 5mm焊接電源反極性的直流電源焊接電流750A焊接電壓28V焊接速度300mm/min帶極伸出長度30mm焊道搭接量6mm焊劑至導電咀距離Imm工作層帶極堆焊工藝參數如下工作層堆焊前採用噴槍火焰加熱，對堆焊表面預熱70 100°C。工作層堆焊過程中，保證層間溫度不低於100°C。焊帶馬氏體Hi;34焊劑SJ315焊層厚度8mm焊帶規格:35mmX 0. 4mm焊接電源反極性的直流電源焊接電流600A焊接電壓20V焊接速度200mm/min
帶極伸出長度35mm焊道搭接量8mm焊劑至導電咀距離2mm焊接位置水平(5)焊接完成後，轉輪體入加熱爐進行熱處理，保持爐內溫度為600°C，保溫7個小時。待到爐冷200°C時，轉輪體出爐；(6)熱處理完成後，使用立式車床對堆焊表面進行金加工，以滿足尺寸精度要求；(7)採用探傷儀對焊接後的馬氏體不鏽鋼工作層進行檢測，包括滲透探傷和超聲探傷檢測。若探傷發現堆焊層有氣泡或裂縫，需進行補焊，補焊時採用鎢極氬弧焊(GTAW)進行補焊，補焊用焊絲ER410MMO，補焊後部位打磨圓滑過渡。補焊後再次進行檢測，直至不鏽鋼堆焊層完全滿足使用要求為止。可以理解的是，上述實施方式僅是本發明較有代表性的例子。雖然本發明已通過參考優選的實施例進行了描述，但是，本領域普通技術人員應當了解，可以不限於上述實施例的描述，在權利要求書的範圍內，可作形式和細節上的各種變化。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法，其特徵在於包括以下步驟(1)轉輪體球面金加工車床對水輪機轉輪體的球面進行金加工，使機體尺寸均勻，表面光潔；(2)轉輪體表面清理對轉輪體球面進行打磨、化學除汙；(3)調整轉輪體位置轉輪體固定於焊接變位機的迴轉工作檯，調節迴轉工作檯的翻轉角度，使轉輪體堆焊區位置為水平；(4)堆焊對轉輪體球面焊道區域進行加熱，以奧氏體不鏽鋼為焊帶，在球面進行埋弧帶極堆焊，焊接中，實時調整焊接變位機迴轉工作檯的翻轉角度，保持焊道處於水平位置， 焊接從轉輪體中部向兩端展開；(5)堆焊表面金加工車床對堆焊表面進行車削加工，以滿足尺寸精度要求；(6)檢測對焊接後的堆焊層進行滲透探傷和超聲探傷。
2.如權利要求1所述的一種水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法，其特徵在於所述步驟(2)中使用砂輪對轉輪體球面進行打磨。
3.如權利要求1所述的一種水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法，其特徵在於所述步驟(2)中使用乙醇、丙酮或汽油對轉輪體球面去汙。
4.如權利要求1所述的一種水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法，其特徵在於所述步驟(4)中帶極堆焊採用焊帶H309L，焊劑SJ304。
5.一種水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法，其特徵在於包括以下步驟(1)轉輪體球面金加工車床對水輪機轉輪體的球面進行金加工，使機體尺寸均勻，表面光潔；(2)轉輪體表面清理對轉輪體球面進行打磨、化學除汙；(3)調整轉輪體位置轉輪體固定於焊接變位機的迴轉工作檯，調節迴轉工作檯的翻轉角度，使轉輪體堆焊區位置為水平；(4)堆焊對轉輪體球面焊道區域進行加熱，先以奧氏體不鏽鋼為焊帶，在球面埋弧帶極堆焊一過渡層，再以馬氏體不鏽鋼為為焊帶，在球面埋弧帶極堆焊一工作層，焊接中，實時調整焊接變位機迴轉工作檯的翻轉角度，保持焊道處於水平位置，焊接從轉輪體中部向兩端展開；(5)熱處理堆焊後的轉輪體置於加熱爐加熱，爐溫為600士15°C，保溫6 8小時，爐溫冷卻至200°C或以下，轉輪體出爐；(6)堆焊表面金加工車床對堆焊表面進行車削加工，以滿足尺寸精度要求；(7)檢測對焊接後的堆焊層進行滲透探傷和超聲探傷。
6.如權利要求5所述的一種水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法，其特徵在於所述步驟(2)中使用砂輪對轉輪體球面進行打磨。
7.如權利要求5所述的一種水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法，其特徵在於所述步驟(2)中使用乙醇、丙酮或汽油對轉輪體球面去汙。
8.如權利要求5所述的一種水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法，其特徵在於所述步驟(4)中帶極堆焊過渡層採用焊帶H309L，焊劑SJ304，工作層採用焊帶H134，焊劑SJ315。
全文摘要
本發明公開了一種機械產品表面加工工藝，具體涉及一種水輪機轉輪體表面包覆耐磨層的方法，屬於水電站機電技術領域。它包括以下步驟轉輪體球面金加工；轉輪體表面清理；固定轉輪體於變位機上，調節堆焊區至水平位置；在球面進行埋弧帶極堆焊，並在焊接過程中實時調整變位機迴轉工作檯的翻轉角度，保持焊道在水平位置；堆焊表面金加工；滲透探傷和超聲探傷檢測。本發明的轉輪體表面包覆耐磨層的方法能確保堆焊層質量的優良，使堆焊層厚度均一、過渡圓滑；堆焊後的堆焊工作層不會產生裂紋，不易剝落；堆焊層母材稀釋率低，堆焊層抗磨損性能好。
文檔編號B23K9/235GK102357710SQ20111027467
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月16日 優先權日2011年9月16日
發明者肖凌 申請人:東芝水電設備(杭州)有限公司