[发明专利]一种汽轮机空心静叶片冷金属过渡三段焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽轮机领域，尤其涉及一种汽轮机空心静叶片冷金属过渡三段焊接方法。

背景技术

空心叶片是汽轮机的关键部件，又是最精细、最重要的部件之一。叶片工作条件极苛刻，承受高温、高压、离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀的共同作用。汽轮机叶片的空气动力学性能、加工几何形状、表面粗糙度、安装间隙及运行工况、结垢等因素均影响汽轮机的效率、出力。汽轮机叶片的结构设计、振动强度及运行方式则对机组的安全可靠性起决定性的影响。

汽轮机第五级空心静叶片的焊接制造是叶片制造的难点。主要原因是汽轮机第五级空心静叶片的空心结构、壁薄、尺寸大，与此同时，叶片整体焊接变形需要极其精确的控制，并且不能存在过大的残余应力，焊接成型成为叶片加工制造的难题。

从焊接残余应力与变形控制的角度，焊接过程采用分段和不同焊接方向的方法，来一定程度抵消残余应力和焊接变形。焊接的分段数越多，其优点是焊接残余应力和焊接变形越小，其缺点是焊接搭头越多、焊接过程越复杂，将导致焊接质量稳定性下降。因此，在保证残余应力和焊接变形满足指标要求的前提下，应尽量减少焊接分段数，以提高焊件质量的稳定性。目前我国很多汽轮机发电设备中的空心静叶片都是国外进口的，例如西门子公司的空心叶片基本是采用激光焊接，其焊接方法热输入量小、热影响区小，其焊接时叶片不易变形，但是进口叶片的价格非常昂贵，导致汽轮机发电设备的制造成本加大。此外，法国阿尔斯通公司的空心叶片主要是采用五段或七段药芯焊接方法，焊接变形能够有效控制，但是由于焊接接头数过多，焊接质量较难控制。

现有对空心叶片进行自动化焊接有如下问题：1、空心叶片为人工装配，每片之间均存在装配误差导致每条焊缝的空间位置不一，重复工作的焊接专机和示教再现型焊接机器人难以满足要求；2、每片空心叶片具有四条彼此不在同一平面内的空间直线焊缝，焊接时难以保证施焊焊缝基本保持水平；3、叶片都具有一个变形量的限制，超过该限制即为不合格产品；4、焊接过程不具有可追溯性，出现问题不能及时发现。

如专利申请号为200810021508，申请日2008年7月30日，名称为“汽轮机空心静叶片焊接制造方法”的发明专利，其技术方案为：本发明为汽轮机空心静叶片焊接制造方法。使用现有的焊接设备，可以生产出高质量的空心叶片，而且对操作工人的技术要求不需要很高，只要焊接工艺评定合格的焊接工人即可，生产成本低，易于国内推广，可以生产出其它牌号钢材和各种截面形状的空心叶片。其特征在于：其按照以下步骤顺序进行，交互点焊进气边、出气边、交互进行出气边打底焊和进气边打底焊、全焊出气边、全焊进气边。

上述专利采用两部件焊接方式，即背弧面零件、内弧面零件。所对应焊道为两道，即叶片前缘（背弧面零件--内弧面零件）、叶片后缘（背弧面零件--内弧面零件）。由于其采用上述结构，所以这种形式将导致焊接方法与工艺的较大差异，不利于整体工艺的统一，增加了焊接的难度。从焊接工艺上，上述专利采用手工钨极氩弧焊，但是钨极氩弧焊存在热输入量大、变形严重、飞溅无法避免等缺陷，不适宜薄板型工件的焊接。上述专利采用两道焊缝，采用焊接方式为五段+五段（简称五段法），这种方式在焊接时，焊接效果不好。

发明内容

为了克服现有的空心叶片焊接方法存在的上述问题，现特别提出一种能够减小汽轮机空心叶片焊接过程中热输入、有效控制焊接变形、减少冷却时间，减少焊接接头数目以保证焊接质量、简化焊接操作、提高焊接质量、提高汽轮机核心装备的安全性的汽轮机空心静叶片冷金属过渡三段焊接方法。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种汽轮机空心静叶片冷金属过渡三段焊接方法，其特征在于：具体步骤包括点焊进气边，点焊出气边，冷却至室温，全焊进气边，全焊出气边；所述全焊进气边和全焊出气边采用冷金属过渡方法，在汽轮机空心静叶片上分布四道焊缝，所述四道焊缝分别为进气边背弧面焊缝，进气边内弧面焊缝，出气边背弧面焊缝和出气边内弧面焊缝，所述进气边背弧面焊缝和进气边内弧面焊缝均采用三段式焊接，所述出气边背弧面焊缝和出气边内弧面焊缝采用两段式焊接。

所述点焊进气边具体为采用激光焊接，进气边电焊数为30～45个；

所述点焊出气边具体为采用激光焊接，出气边电焊数为8～15个；

所述激光焊接工艺为激光钎焊，激光束功率为1～4kW，光斑直径为0.3～0.5毫米焊接速度0.2～4.0毫米/分钟，保护器流量15～20m/min。