[发明专利]一种小内径空心主轴的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及主轴铸造的机械加工领域，具体是一种贯流式水轮发电机组或潮汐发电机组等水力发电机组的小内径空心主轴的制造方法。

背景技术

贯流式水轮发电机组或潮汐发电机组的主轴由于其结构、强度要求，一般采用小内径空心主轴。该小内径主轴需要承载水轮转动部分的重量和内部水流的轴向推力，同时，小内径主轴两端分别连接水轮机和发电机，关联整个机组的关键部件，并且传递转轮转动产生的扭矩。如图1所示，该类小内径主轴的主要结构特点是：1、内径小：Ф<600mm；2、壁厚大：δ>300mm。由于，该部件为转动部件，对其机械性能、疲劳强度要求较高，因此，该小内径主轴的加工制造的强度、质量尤为重要，直接影响整个发电机组的顺利运转。

由于，该小内径主轴的尺寸较大、结构特殊，如图1所示，以某贯流机组为例，小内径主轴长度9924mm，内径600mm，外径1250mm，法兰外径2500mm，总重量119吨。其强度要求和加工质量要求较高，现有技术只能采用整轴锻造的方案对其进行制造。在满足锻造质量和生产周期的情况下，该方案是较为成熟的制造方案。但是，由于该小内径主轴的尺寸较大，整轴锻造的制造成本高昂，且制造周期较长，一般供货的周期在一年左右，同时，对厂家制造能力要求非常高，在保证锻造质量的前提下，世界范围内能承接该类小内径主轴锻造的公司只有寥寥几家，根本无法满足水轮发电机组制造周期。

因此，水电行业内致力于研究出一种能够将该小内径空心主轴进行分段铸造，再焊接装配的制造方法。水电行业内对于轴类工件进行装配连接的方法，一般是采用窄间隙埋弧焊分段主轴焊接技术。但是，将其运用到此类小内径主轴的焊接时，存在以下几个至今无法解决的困难：1、由于该小内径主轴的内径<600mm，焊接操作人员无法进入该小内径主轴的内部，对小内径主轴的接口处进行分段主轴的装配、固定和焊接清根；无损检测人员也难以进行焊缝根部的过程和最终检测。2、埋弧焊技术仅适用于平焊位置，要求在水平位置进行分段主轴装配、焊接。而该类小内径主轴轴身长，水平位置装配时无法准确定位，有效固定，容易在坡口装配时形成错牙，焊接时易产生未熔合等焊接缺陷，同时也会影响小内径主轴焊接完成后的同轴度及端面平行度。3、埋弧自动焊在焊接内径较小轴类产品时，会因焊接面圆弧度太大导致焊剂滑落。焊接过程无法形成有效保护，严重影响焊接质量。4、壁厚δ>300mm，属于超厚截面焊接，形成焊接镕池与操作人员距离过远，操作人员对焊接过程的监控能力大幅降低。

因此，水电行业普遍采用的窄间隙埋弧焊分段主轴焊接技术在该类主轴的制造上无法顺利实施。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能够分段锻造、焊接成型的水轮发电机组的小内径空心主轴的制造方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种小内径空心主轴的制造方法，所述加工方法先将小内径主轴分为若干段轴段、分别进行分段锻造，焊接成为整体后，再将小内径主轴去应力退火、对其外圆及内圆精加工，得到成品；所述相邻轴段的焊接接头内侧是装配止口、外侧是焊缝坡口；所述焊接分为两个步骤：先采用氩弧焊进行打底和根部焊接，再采用埋弧焊填肉、盖面。

所述氩弧焊采用立式装焊，即将轴段沿轴向竖直设置、重叠配合安装，且绕其轴线转动，氩弧焊枪头水平设置、对应轴段连接处的焊接接头。

所述立式装焊时采用装配工装将轴段配合安装，该装配工装包括底座和柱体，底座是一个圆盘体、设置在水平转胎上，柱体竖直设置在圆盘的上表面上，柱体的外周面对应配合轴段的内壁。

所述埋弧焊采用卧式装焊，即将打底和根部焊接后的轴段沿轴向水平设置、且绕其轴线转动，埋弧焊枪头竖直设置、对应轴段连接处的焊接接头。

所述氩弧焊是窄间隙热丝钨极氩弧横焊。

所述埋弧焊是窄间隙埋弧自动焊。

所述焊缝坡口包括氩弧焊坡口和埋弧焊坡口，两者之间通过双R圆滑过渡连接成为一个台阶状的曲面。

所述轴段的分段位置设置在小内径主轴的低应力区。

本发明所产生的有益效果是： 

同时，本发明的小内径空心主轴的制造方法具有以下特点：

1、创新的焊接工艺：