[发明专利]一种风电主轴的锻焊制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机主轴的制造方法，特别是一种风力发电机主轴的锻焊制造方法。

背景技术

风力发电机主轴是风电整机的关键件，现有的风电主轴一般采用整体锻压制造方法，这有利于保证风力发电机主轴材料的理化性能、组织结构均匀性，适宜于恶劣的工作环境、较大的交变载荷下运行。当风电机组发电功率较小，风电主轴重量也较小，采用整体锻造方法制造风电主轴对锻压设备吨位要求不高。但是，随着风力发电功率提高，风电主轴的重量也随之较快增加，若仍采用整体锻造方法制造风电主轴对锻压设备吨位要求越来越高，以至无法实施；特别是大型风电主轴若采用整体铸造方法，因主轴的组织致密度低，材料理化性能差，不适合在交变载荷条件下工作。若采用钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、等离子焊、激光焊接等方法焊接分体大壁厚锻件，需要开很大的坡口并填充大量的金属，而填充金属的性能大大低于锻件性能，易于导致焊缝区域与锻件本体性能相差较大，并且焊接过程大量的热输入产生了大的残余应力和焊接变形，不适合在交变载荷对风电主轴工作，无法达到大型风电主轴的设计要求。目前为止，还没有任何可以替代整体锻压或实现整体锻压效果的风电主轴的制造方法。如何克服现有技术存在的不足，已成为当今风力发电机主轴制造领域中亟待解决的重大难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种风电主轴的锻焊制造方法，它能够避免因风电主轴重量的增加而对锻压设备吨位增加的要求，采用锻焊后热处理对焊缝及其热影响区进行消除应力和组织均匀化处理，使锻焊组合制造风电主轴能够承受恶劣工作环境的交变载荷冲击，适用于沿海或近海强台风巨大冲击载荷，有利于提高风电机组的运行稳定性和安全性。

根据本发明提出的一种风电主轴的锻焊制造方法，其特征在于风电主轴依次经锻焊结构设计、部件锻压、机械加工、深熔透焊、质量检测、热处理、成品检测工序而制得风电主轴成品，其中：

锻焊结构设计是依据锻压设备能力和高能电子束焊机深熔焊能力，确定风电主轴锻焊各分体结构部件，其每个分体结构部件的重量小于锻压设备的吨位，焊缝位置和焊缝深度，依据高能电子束穿透的最大深度选取风电主轴可分体的位置和焊缝熔深δ100～250mm；

部件锻压是根据上述风电主轴锻焊结构设计的要求，分别锻压其分体结构部件，对各分体结构部件进行锻压过程温度控制，锻压温度在850～1180℃范围，并对各分体结构部件进行内部质量的缺陷检测；

机械加工是对上述风电主轴各分体结构部件合格锻件的待焊接面进行车、铣机械加工，使得部件待焊面装配互相贴合，满足深熔透焊结构设计要求；

深熔透焊是对上述风电主轴各分体结构部件待焊接面装配后，采用高能电子束深熔焊对待焊接面轴线方向进行轴侧或法兰侧单面焊接，或者对待焊接面轴线方向进行双面焊接，使之成为整体风电主轴毛坯；

质量检测是对上述风电主轴毛坯的高能电子束焊缝进行表面质量检测、熔深检测和内部质量检测；

热处理是对合格的整体风电主轴毛坯进行焊后消除应力的高温回火热处理，以及对焊缝及热影响区的组织均匀化热处理，其热处理温度为580～650℃，保温时间为3～4小时；

成品检测是对完成上述热处理的风电主轴毛坯整体进行无损检测和平行试样的组织性能检测。

本发明对风电主轴的锻焊制造原理是：本发明利用高能电子束深熔焊具有一次最大焊透可达250mm厚度钢的特殊优势，既克服了上述弧焊等其它方法都不能一次焊透30mm以上厚度的钢，且弧焊方法多次重复填充金属和多次焊接，使得焊接热影响区很大、残余应力很高致使变形很大，焊缝及其锻件的性能变差等不足，还克服了上述弧焊等其它方法因填充金属只能采用强度级别低于锻件的材料，所以使得焊缝的强度降低，无法适用对风电主轴制造的不足，使高能电子束一次穿透焊接，焊缝不需要填充其它金属，其高能电子束流特性保障了焊缝的热影响区很小、残余应力和变形都很小，焊缝晶粒细小，焊缝质量优良，焊缝强度达到甚至超过锻件本身强度。本发明充分利用高能电子束流焊接所具有的优势，将风电主轴设计为分体小吨位锻件，然后组合焊接成整体风电主轴，再经热处理、检测等制得成品，这样做即可减小一次性锻压风电主轴的总重量，相当于提高了现有吨位锻压机的风电主轴生产能力，同时为现有锻压设备储备了制造更大功率的风电主轴的能力。