[发明专利]一种发电机护环镦粗胀形复合强化方法

说明书

技术领域：

本发明涉及汽轮发电机和核电发电机技术领域，尤其涉及一种发电机护环镦粗、胀形复合强化方法。

背景技术：

护环是汽轮发电机组及核电发电机组中的关键锻件，它与转子的两端过盈配合，将转子端部线圈紧压在转轴上，防止其在离心力的作用下向外飞出。护环随着转子做高速旋转，除承受转子绕组端部、自身的巨大离心力及线圈绕线对护环的迭加载荷外，同时还要承受热装时的装配应力，受力状况复杂、工作环境恶劣。为了保证发电机组的安全运转，要求护环具有较高的屈服强度、良好的塑性韧性、均匀的力学性能和小的残余应力。一般容量在300MW以上的大型汽轮机发电机护环，要求屈服强度在1000MPa以上。核电发电机对护环屈服强度的要求更高，通常为1350-1400MPa。

另一方面，护环在强磁场和有腐蚀介质的环境中工作，必须采用奥氏体无磁钢来制造。目前国内外护环生产厂都采用Mn18Cr18N钢生产制造大容量机组的护环锻件，这种钢材热锻后屈服强度一般为400MPa左右，经过固溶处理以后，其屈服强度可升高到600MPa左右，远不能达到对护环的力学性能要求。

Mn18Cr18N材料是单相奥氏体组织，没有相变，不能用常规热处理方法来提高其力学性能，只能通过冷塑性变形的强化效应来提高其强度，以满足设计所要求的力学性能指标。

目前，护环变形强化方法主要有楔块扩孔成形强化技术和液压胀形强化技术。

20世纪80年代初，日本首先使用楔块扩孔强化的方法，其原理如图1所示。在护环内放入一套由锥形冲头1'和扇形分瓣楔块2'组成的扩孔模具，扩孔模具置于垫板4'之上。在液压机提供的载荷作用下锥形冲头1'下行推动楔块产生横向移动，护环3'机械扩胀产生塑性变形而达到强化的目的。这种方法的特点是切向变形不均匀，环坯变形后截面呈梅花状。为了减缓此种现象，只能采用多工步逐次变形的方式，锥形冲头每提起压下一次为一个工步。每个相邻工步之间，环坯按规定转动一定角度。该法生产效率极低，生产一个300MW的护环就需要8个小时。另外，楔块扩孔强化的操作难度大、模具加工困难，因而生产成本很高。

1960法国人发明了发电机护环液压胀形强化专利技术。在法国人专利技术的基础上，护环液压胀形强化技术在国内外不断改进和发展，形成了若干种不同的技术分支。代表国内外先进技术水平的是“外补液液压胀形强化工艺”，其工作原理如图2所示。护环毛坯置于下模4”之上，高压泵(或增压器)向护环毛坯内部加注高压液体，在此高压液体的作用下，护环毛坯产生塑性变形，达到强化的目的。护环毛坯上下端面的内壁处设置一个狭窄的倒角带，上模1”、下模4”的锥角与该倒角带相配合，施加到上模1”、下模4”上的合模力P”将上模1”和下模4”压靠在环坯的倒角斜面上，起到对环坯内高压液体的密封作用。减力柱3”的作用在于减小上模1”、下模4”与高压液体的接触面积，从而减小所需要的合模力。类似的护环液压胀形强化工艺从技术原理上都是相同的，只不过是合模力P”和高压液体的产生及提供方式有所不同而已。在现有液压胀形强化技术条件下，无论采用哪种方法，护环毛坯的变形特征均是高度减小，内、外径增大，厚度减小。上下冲头施加于模具上的轴向载荷(合模力)，主要是在胀形过程中起密封作用，而对护环产生塑性变形的贡献很小，可以忽略不计。所以从力学的角度来看，均可视为轴对称平面应力问题，此类工艺中，环坯的应力状态近似于受均布内压作用的厚壁圆筒模型：径向为压缩应力，切向为拉伸应力，而切向拉应力的数值要比径向压应力的数值大得多，胀形过程中环坯上任意一点的应力球张量均大于0，因而会降低护环材料的塑性。当护环(特别是核电发电机护环)强化工艺要求较大的变形程度时，护环会出现胀裂缺陷。另外，此类工胀形工艺，胀形前后坯料与护环的尺寸关系是一一对应的，故而对坯料尺寸的要求极为严格，稍一不慎就会因尺寸问题出现废品。

本发明提供的胀形、镦粗护环复合强化工艺可以克服现有护环液压胀形工艺的上述不足。

发明内容

本发明针对高强度发电机护环液压胀形强化技术现状，提供一种高强度护环镦粗胀形复合强化工艺方法。

本发明的技术原理是，采用一种径向、轴向同时加载的双向加载方式来实现护环变形强化。轴向加载对环坯进行镦粗，径向加载对环坯进行胀形。

本发明是通过以下技术方案实现的：