[发明专利]一种大型曲面叶片板坯的电渣熔合制造方法

说明书

本发明提供了一种大型曲面叶片板坯的电渣熔合制造方法，特别是对于宽厚比大、薄厚度不均匀的大型曲面叶片板坯类铸件效果更好。首先根据曲面叶片板坯外形尺寸，将充型难度大的部分首先利用电渣熔铸技术制作出预制曲面板坯，放置在结晶器侧边。再利用电渣熔合工艺将自耗电极熔化的金属液与放置在结晶器内的1块或2块电渣预制板坯熔合在一起，形成大型曲面叶片板坯铸件。采用该方法制备的大曲面叶片板坯铸件内部及表面质量良好，可提高材料利用率、缩短加工工期，提高质量，特别是具有较高抗疲劳性能、较高抗裂纹生成和扩展性能。该工艺更适合生产宽厚比＞10、单重在10吨以上的大型或超大型曲面叶片板坯铸件。

技术领域

本发明涉及到大宽厚比曲面铸件制造工艺，特别提供了一种大型曲面叶片板坯的电渣熔合制造方法。

背景技术

装备制造领域，经常用到各种不规则的宽厚板类铸锻件，其特点是宽厚比大、断面形状不规则等。作为高端装备的重要基础部件之一，这种异形板类铸件的质量要求极为严格。例如：水轮发电机叶片铸件的质量问题几乎制约了水轮机组的整体运行寿命。

目前国内外生产此类铸锻件的方法主要有：普通砂型铸造、锻造和电渣熔铸三种工艺方法。

(1)受工艺本身局限性影响，普通砂型铸造产品常因内部质量较差难以满足使用要求；(2)采用锻扎板坯生产的宽厚板类铸锻件内部质量固然很好，但金属利用率极低，生产成本和工期大幅增加，且违背绿色制造理念；(3)电渣熔铸可根据产品外形轮廓直接生产出满足要求的宽厚板类铸锻件，凝固质量和力学性能优异，可达到同材质锻轧材标准。目前，发明人采用电渣熔铸方法已生产出整体叶片压坯，并已取得了发明专利(一种水轮机叶片压坯的电渣熔铸制造方法，公开号：CN 104174834A)。但该工艺只对宽厚比相对较小的板坯类铸件有效，对于宽厚比大(宽厚比＞10)、断面形状复杂的大型板坯类铸件，受自耗电极制作及结晶器冷却条件限制，电渣熔铸产生的金属液不能充分溢流到薄边最远区域，造成铸件薄边成形质量不好，限制了该方法的进一步应用。

除上述三种方法可生产宽厚板类铸锻件外，日本专利(JP 1999019791A)和中国专利(公开号：CN 102029378A)还各自提出了一种将两块原始坯料利用电渣工艺熔合在一起的新方法。但这两种方法只适用于等厚钢板或者铸锭的熔接，对于横截面为不规则形状的大宽厚比铸件很难适用。

发明内容

本发明提供了一种大型曲面叶片板坯的电渣熔合制造方法，特别是对于宽厚比大、薄厚边相差也较大的大型曲面叶片板坯类铸件效果更好，该方法主要是利用电渣熔合工艺将自耗电极熔化的金属液与提前放置在结晶器内的1块或2块电渣预制板坯熔合在一起，形成大型曲面板坯铸件。

本发明技术方案如下：

一种大型曲面叶片板坯的电渣熔合制造方法，其特征在于：首先根据曲面叶片板坯外形及断面尺寸，将叶片板坯分为2-3个区域(见图1-2)，其中：断面厚度变化大、充型困难的单侧或双侧部分提前用电渣熔铸技术制作出预制曲面板坯，并提前放置在结晶器内腔侧边；再利用电渣熔合工艺将自耗电极熔化的金属液与放置在结晶器内的1～2块电渣预制板坯熔合在一起，最终形成大型曲面叶片板坯铸件。

采用本发明所述方法所制备的大曲面叶片板坯铸件其内部及表面质量良好，可提高材料利用率、缩短加工工期，提高质量，特别是具有较高抗疲劳性能、较高抗裂纹生成和扩展性能。该工艺更适合生产宽厚比＞10、单重在10吨以上的大型或超大型曲面叶片板坯铸件。

具体电渣熔合工艺步骤如下：

(1)、渣系与渣量控制：电渣熔合渣系的主要成分为质量百分比：CaF₂：50～62％，Al₂O₃：25～35％，CaO：3～8％，微量成分加入量不高于渣系总质量的5％；构成多元渣系，其中微量成分为MgO、SiO₂、TiO₂之一种或多种，渣层厚度为曲面叶片板坯结晶器等效直径的12～25％；