[发明专利]小型汽轮机不锈钢转子成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽轮机转子成型方法，具体是一种小型汽轮机不锈钢转子成型方法。

背景技术

近年来，随着各项节能减排政策的相继有力出台，行业内对汽轮机组的转速、温度、压力及输出功率等运行参数亦在不断的提升，而作为汽轮机组稳定运行的最主要部件之一-转子，其性能的高低直接决定了这些提升的运行参数能否落到实处。

合金含量较高的不锈钢材料具有韧性、高温强度、蠕变及持久等优良性能，其能够可靠地适应苛刻的工况环境。因而，以不锈钢制造成型的汽轮机转子所具备的高性能，能够有利于上述汽轮机组运行参数提升要求的顺利实现。故而，以不锈钢材质制造汽轮机转子，近年来得到了汽轮机制造商的重视，并且有些制造商付诸以实施、在部分汽轮机组上得到了应用。

纵观已应用于汽轮机组的不锈钢转子，因其成型材质所存在的导热性差、易磨损等特性，使得不锈钢转子易与巴氏合金的轴瓦之间产生粘着失效，进而导致汽轮机组的轴系异常，这在一定程度上增大了不锈钢转子在汽轮机组上的应用难度。针对此问题，一般的，通过在不锈钢转子的易磨损部位堆焊耐磨层就能可靠解决。

然而，若不锈钢转子应用于小型汽轮机组的话，则应用于小型汽轮机组的不锈钢转子因匹配小型汽轮机组的结构特性而具有尺寸小、刚性差的特性，在此特性的基础上若进行耐磨层堆焊，则存在以下技术难点：1.如何在不锈钢转子的较小堆焊尺寸内控制堆焊层的稀释率，以满足化学成分的要求？2.热处理过程及堆焊过程如何控制不锈钢转子的整体变形？3.如何保证不锈钢转子上耐磨层堆焊质量的稳定性？这些技术难点目前国内、外尚无成功解决的先例，这也就直接限制了不锈钢转子在小型汽轮机组上的应用，使得高性能的不锈钢转子存在较大的应用局限性。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述不锈钢转子的高性能特性以及其在小型汽轮机上应用的技术难点，自主研发一种易操作、有效克服技术难点、可靠性高、稳定性好的小型不锈钢转子成型方法，从而将高性能的不锈钢转子可靠地应用于小型汽轮机。

本发明所采用的技术方案是，一种小型汽轮机不锈钢转子成型方法，包括下列步骤：

1）. 采用不锈钢材质制造毛坯转子，在毛坯转子的径向和轴向方向分别留足加工余量；

2）. 将毛坯转子进行粗加工，确保粗加工转子上形成满足设计要求的各坡口结构及倒角结构；根据成品转子使用时的易磨损区域，在粗加工转子上确定好待焊部位；

3）. 对粗加工转子上所确定的待焊部位进行无损检验，确保待焊部位无缺陷；将无损检验合格的粗加工转子竖直起吊至自动旋转焊接设备上；

4）. 对焊接设备上所吊粗加工转子的某一待焊部位进行预热，预热温度为150～250℃，保证该待焊部位的坡口结构被均匀加热，直至该待焊部位及附近区域的预热温度达150～250℃后保温；

5）. 以手工氩弧焊法，对加热至设定温度的粗加工转子待焊部位进行焊接，若该待焊部位的焊接表面为粗加工转子上的径向面时，以平焊位进行堆焊，若该待焊部位的焊接表面为粗加工转子上的轴向面时，以横焊位进行堆焊；在待焊部位的焊接表面堆焊满一层后，进行抛光打磨处理，待处理完毕后，再进行下一层的堆焊，以此形成多层多道的堆焊焊缝，直至堆焊至设定厚度，然后将堆焊完毕的部位经350～450℃的后热处理、并以包覆缓冷；

6）. 依照步骤4和步骤5）的焊接处理方式，以就近原则依次焊接处理粗加工转子上的各待焊部位，直至整个粗加工转子上的所有待焊部位全部焊接处理完毕；

7）. 将焊接处理完毕的粗加工转子转入去应力炉内，去应力炉内的粗加工转子呈自由状态的竖直起吊；对去应力炉内的粗加工转子进行温度为640～700℃的热处理，热处理完毕后，使去应力转子随炉冷却；

8）. 对去应力转子的各堆焊部位的表面进行粗加工处理，并进行相应的检验处理；进行精加工处理，直至成品。

步骤4）中的堆焊设备上所吊装的粗加工转子以3～10r/min进行匀速旋转，旋转时的粗加工转子的底部圆周跳动偏差小于1mm。

步骤5）中的焊接所选用焊丝为CrMo（V）钢材料。

步骤5）中的焊接顺序为由内向外的螺旋焊接，焊接速度为45～75mm/min，焊接电流为90～160A、电压8～15V。

步骤5）中的堆焊层的层间温度为200～300℃，且后一道堆焊层的焊缝搭接量为前一道堆焊层的焊缝宽度的1/3～1/2，各堆焊层的焊缝高度为0.8～3.0mm。