用于焊接用于發(fā)電的轉(zhuǎn)子的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于焊接用于發(fā)電的轉(zhuǎn)子(30)(燃?xì)鉁u輪、蒸汽渦輪、發(fā)電機(jī))的方法，該轉(zhuǎn)子(30)包括沿轉(zhuǎn)子軸線(34)布置的多個轉(zhuǎn)子盤(26,27)，該方法包括以下步驟：向所述盤(26)提供焊接縫隙制備，焊接縫隙制備包括根部(33)、在徑向方向上鄰接根部(33)的第一間隙狀焊接區(qū)段(32)，以及在徑向方向上鄰接所述第一焊接區(qū)段(32)的第二間隙狀焊接區(qū)段(31)；借助于第一焊接過程來熔化根部(33)；借助于第二焊接過程來產(chǎn)生所述第一焊接區(qū)段(32)中的焊縫；以及借助于第三焊接過程來填補(bǔ)所述第二焊接區(qū)段(31)。制造方法的簡化和靈活化通過將所述第一焊接過程選擇為激光焊接(LW)、電子束焊接(EB)、摩擦焊接和激光混合焊劑中的一個來實現(xiàn)，并且/或者所述第二焊接過程為激光焊接或激光混合焊接中的一個。
【專利說明】用于焊接用于發(fā)電的轉(zhuǎn)子的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及渦輪機(jī)技術(shù)。其涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于焊接用于發(fā)電 的轉(zhuǎn)子的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)有技術(shù)中，鍛造和經(jīng)NDT (非破壞性試驗）測試的盤被加工用于焊接縫隙制 備。隨后，盤釘在彼此頂部上，并且它們關(guān)于彼此偏轉(zhuǎn)并且作為整體被檢查，并且如果需要 就調(diào)整。現(xiàn)在，在盤處于堅直位置的情況下，焊縫的根部在沒有焊縫填料的情況下使用鎢極 惰性氣體焊接（TIG)來熔化。此后，使用具有母體金屬焊縫填料（用以允許轉(zhuǎn)子傾斜的加強(qiáng) 層）的非常窄間隙TIG來增大徑向方向上的焊縫高度，以允許轉(zhuǎn)子在水平位置的傾斜。在 使轉(zhuǎn)子在水平位置傾斜之后，焊接結(jié)束，使用潛弧焊接（SAW)來填充焊縫。最后，轉(zhuǎn)子的焊 縫使用US (超聲波）測試來進(jìn)行DNT檢查。
[0003] EP0665079A1和EP2215329A1中更詳細(xì)描述了用于發(fā)電裝備的轉(zhuǎn)子的現(xiàn)有技術(shù)焊 接。
[0004] 文獻(xiàn) EP0665079A1 和 EP2215329A1 (分別 W02009/065739A1)描述了用于焊接用于 發(fā)電的轉(zhuǎn)子（燃?xì)鉁u輪、蒸汽渦輪、發(fā)電機(jī)）的原理，該轉(zhuǎn)子包括沿轉(zhuǎn)子軸線布置的多個轉(zhuǎn) 子盤，從而使用TIG焊接，尤其是非常窄間隙的TIG來用于焊接接頭的根部區(qū)域，并且隨后 使用潛弧焊接（SAW)來填充焊接縫隙。
[0005] 圖1(類似于EP0665079A1)示出了具有在焊接轉(zhuǎn)子10的兩個相鄰轉(zhuǎn)子盤11和12 之間的焊縫13的現(xiàn)有技術(shù)的焊接接頭。在焊接之前，兩個盤11和12與高度h的定心階梯 接頭20相鄰，從而產(chǎn)生極窄的間隙19,其由盤11和12的極窄間隙構(gòu)件面23和24限定，以 及窄間隙14,其由盤11和12的窄間隙構(gòu)件面15和16限定。
[0006] 極窄的間隙19填充有TIG焊縫25,各個焊縫在整個極窄間隙寬度b上延伸。窄間 隙14填充有小于窄間隙寬度a的SAW焊縫17, 18,并且交替抵靠相對的窄間隙構(gòu)件面15和 16,并且在窄間隙14的中部重疊。在TIG焊接期間，焊接接頭的根部處的熔合區(qū)域22被熔 化。此外，具有緩解凸脊寬度c和高度d和緩解凸脊角α的緩解凸脊21設(shè)在焊接接頭的 根部處。
[0007] 極窄間隙的TIG焊縫（焊縫25)典型地焊接在轉(zhuǎn)子盤（例如，見W02009/065739A1 的圖2)的堅直疊堆中，并且隨后填充的SAW焊縫（SAW焊縫17, 18)在水平位置被填充（例 如，見W02009/065739A1的圖3)。TIG-SAW過渡示為具有用于SAW區(qū)域的U形焊縫接頭制 備。
[0008] 此類現(xiàn)有技術(shù)的焊接接頭的典型大小為： TIG極窄間隙的典型寬度：b=10mm。
[0009] SAW窄間隙的典型寬度：a=17mm。
[0010] 文獻(xiàn)EP0665079A1公開了一種方法，其關(guān)于通過電弧烙焊連結(jié)金屬構(gòu)件，該電弧 熔焊產(chǎn)生由根據(jù)DE2633829A1中指定的工藝交替施加于構(gòu)件側(cè)面的焊珠構(gòu)成的小體積焊 縫。除正常間隙外，構(gòu)件設(shè)有鄰接的端部間隙和定心插入件。構(gòu)件借助于該插入件定位，緩 解膨脹形成在焊縫底部的區(qū)中，并且所需的貫穿熔合位置通過焊接過程產(chǎn)生。隨后，構(gòu)件側(cè) 面通過全自動TIG焊接連結(jié)，或者M(jìn)PG焊接產(chǎn)生多層焊珠，其寬度覆蓋端部間隙的整個寬度 b〇
[0011] 文獻(xiàn)EP2215329A1或W02009/065739A1分別涉及用于生產(chǎn)通過將盤和/或鼓形元 件（特別是盤）焊接在一起來制造的轉(zhuǎn)子的方法，其中，所述盤以沿縱軸線的順序借助于裝 置組裝，并且在兩級焊接過程中焊接。盤在組裝期間在堅直方向上沿軸向堆疊。第一焊接 過程以堆疊的盤的堅直定向發(fā)生，后面是以堆疊的盤的水平定向的第二焊接過程。
[0012] 現(xiàn)在，在用于渦輪機(jī)的焊接轉(zhuǎn)子的領(lǐng)域中，存在可用的其它強(qiáng)大焊接程序，其可替 代鎢極惰性氣體（TIG)焊接用于以高質(zhì)量和降低的成本熔化根部和填充加強(qiáng)層。
[0013] 金屬活性氣體（MAG)全自動工藝為強(qiáng)大工藝，以替代潛弧焊接（SAW)工藝用于在 根部熔化和焊接加強(qiáng)層之后填補(bǔ)焊縫。如果需要，MAG焊接還可在堅直位置施加。在該情 況下，將不需要允許SAW焊接之前的加強(qiáng)層傾斜，而是緊接在根部區(qū)域熔化之后，焊縫可在 堅直位置通過MAG填充。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的目的在于公開一種用于制造用于渦輪機(jī)的焊接轉(zhuǎn)子的方法，該方法更靈 活且更易于執(zhí)行。
[0015] 該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法來獲得。
[0016] 用于焊接包括沿轉(zhuǎn)子軸線布置的多個轉(zhuǎn)子盤的用于發(fā)電的轉(zhuǎn)子（燃?xì)鉁u輪、蒸汽 渦輪、發(fā)電機(jī)）的根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟： 向所述盤提供焊接縫隙制備，所述焊接縫隙制備包括根部、在徑向方向上鄰接所述根 部的第一間隙狀焊接區(qū)段，以及在徑向方向上鄰接所述第一焊接區(qū)段的第二間隙狀焊接區(qū) 段； 借助于第一焊接過程來熔化根部； 借助于第二焊接過程來產(chǎn)生所述第一焊接區(qū)段中的加強(qiáng)焊縫；以及 借助于第三焊接過程來填補(bǔ)所述第二焊接區(qū)段， 其特征在于，所述第一焊接過程為激光焊接（LW)、電子束焊接（EB)、摩擦焊接和激光 混合焊接中的一個，并且/或者第二焊接過程為激光焊接或激光混合焊接中的一個。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第一焊接過程為激光焊接（LW)、電子束焊接（EB)、摩 擦焊接和激光混合焊接中的一個，并且所述第二焊接過程為鎢極惰性氣體焊接（TIG)。根據(jù) 本發(fā)明的另一個實施例，所述第二焊接過程為激光焊接或激光混合焊接，并且所述第一焊 接過程為鎢極惰性氣體焊接（TIG)。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述第三焊接過程為全自動金屬活性氣體焊接 (MAG)。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，所述第三焊接過程為冷金屬過渡焊接（CMT)。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的附加實施例，所述第三焊接過程為激光混合焊接。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例，所述第二焊接過程為激光焊接（LW)，并且該過程利 用粉末或線填料金屬來完成。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 現(xiàn)在借助于不同實施例且參照附圖來更進(jìn)一步闡釋本發(fā)明。
[0023] 圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子盤之間的焊接接頭；以及 圖2示出了如圖1中使用的和根據(jù)發(fā)明的實施例的焊接接頭構(gòu)造之間的比較。
[0024] 部件列表 10, 30轉(zhuǎn)子 11，12轉(zhuǎn)子盤 13焊縫 14窄間隙 15, 16構(gòu)件面（窄間隙） 17, 18SAW 焊縫 19極窄間隙 20定心階梯接頭 21緩解凸脊 22熔合區(qū)域 23, 24構(gòu)件面（極窄間隙） 25TIG焊縫 26, 27轉(zhuǎn)子盤 28SAW焊接區(qū)域 29TIG焊接區(qū)域 31，32焊接區(qū)段 33根部。

【具體實施方式】
[0025] 本發(fā)明的總體構(gòu)想在于通過一個或更多個有利的焊接工藝來至少部分地替代渦 輪機(jī)的焊接轉(zhuǎn)子的現(xiàn)有技術(shù)的制造工藝中的TIG焊接工藝和/或SAW焊接工藝，以簡化程 序且/或使程序更靈活。
[0026] 如圖2所示，具有轉(zhuǎn)子軸線34的轉(zhuǎn)子30的兩個相鄰盤26和27之間的焊接接頭 構(gòu)造包括不同區(qū)段，即，根部33、第一焊接區(qū)段32 (替代現(xiàn)有技術(shù)的TIG焊接區(qū)域29)，以及 鄰接的第二焊接區(qū)段31 (替代現(xiàn)有技術(shù)的SAW焊接區(qū)域28)。
[0027] 本發(fā)明的第一實施例涉及在使用SAW填充焊縫（在焊接區(qū)段31中）之前通過以 下來替代根部33的TIG焊接和加強(qiáng)（在焊接區(qū)段32中） ： ?用于熔化根部33且利用粉末或線填料金屬來制作加強(qiáng)層（在焊接區(qū)段32中）的激 光焊接（LW); ?用于熔化根部33和加強(qiáng)層（在焊接區(qū)段32中）的電子束焊接（EB); ?替代熔化根部33和填充加強(qiáng)層（在焊接區(qū)段32中）的線性或通過旋轉(zhuǎn)的摩擦焊接； ?用于熔化根部33和填充加強(qiáng)層（在焊接區(qū)段32中）的激光混合焊接； ?以上程序與彼此和/或與用于熔化根部33或用于加強(qiáng)層（在焊接區(qū)段32中）的TIG 焊接的組合。
[0028] 本發(fā)明的第二實施例涉及通過使用全自動金屬活性氣體（MAG)焊接工藝來替代 用于填補(bǔ)焊縫（在焊接區(qū)段31中）的SAW焊接。
[0029] 因此，根部33的TIG焊接和以加強(qiáng)層（在焊接區(qū)段32中）的填料金屬的附加焊 接可通過其它現(xiàn)今可用且驗證的焊接程序來完成，如： ?激光焊接（LW); ?電子束焊接（EB); ?摩擦焊接，尤其是線性摩擦焊接 ?激光混合焊接 ?以上且與TIG的組合 使用的填料金屬可為線或粉末。
[0030] 取決于現(xiàn)有技術(shù)中的轉(zhuǎn)子細(xì)節(jié)，高達(dá)四個TIG燃燒器并行使用來用于焊接。對于 上文提到的備選焊接程序，多個燃燒器可以以相同方式并行使用，這取決于轉(zhuǎn)子幾何形狀。
[0031] MAG焊接可在轉(zhuǎn)子熔化和加強(qiáng)層焊接之后替換在轉(zhuǎn)子的水平位置的焊縫（在焊接 區(qū)段31中）的SAW填充，但還可用于轉(zhuǎn)子的堅直位置，替代SAW焊接，且沒有將轉(zhuǎn)子從堅直 位置安全地傾斜至水平位置用于SAW焊接所必需的加強(qiáng)層（在焊接區(qū)段32中）。在堅直位 置的SAW焊接是可能的，但復(fù)雜，并且因此典型地不使用。
[0032] 因此，取決于獨立應(yīng)用，目前與SAW焊接組合來用于發(fā)電轉(zhuǎn)子焊接的TIG焊接可由 上文提到的備選焊接程序來替換，其組合且與TIG組合來用于熔化或用于加強(qiáng)層。
[0033] 因此，MAG焊接可用于替代SAW焊接以最終完成轉(zhuǎn)子焊縫，在如常用于SAW的水平 位置，但也在堅直位置，其中，不可能施加加強(qiáng)層。
[0034] 本發(fā)明的另一個實施例涉及通過使用冷金屬過渡（CMT)焊接工藝來替代用于填 補(bǔ)焊縫（在焊接區(qū)段31中）的SAW焊接。
[0035] 用于根部33的激光焊接（LW)和在堅直位置的加強(qiáng)焊接（在焊接區(qū)段32中）的 優(yōu)點為： ?不需要加強(qiáng)焊接，因為替代TIG焊接的LW允許焊縫厚度足以替代第二加強(qiáng)焊接； ?不需要用于根部焊接的焊縫填料（TIG替代）； ?較不復(fù)雜的根部焊縫區(qū)域制備，因為不再需要非常窄間隙的TIG焊接（見圖1); ?激光焊接（LW)比TIG焊接更容易； ?激光焊接（LW)比TIG或EB焊接對磁場更不敏感； ?激光焊接（LW)不要求真空（相比于EB焊接）。
[0036] 在堅直位置的用于根部33的電子束焊接（EB)的優(yōu)點為： ?不需要加強(qiáng)焊接，因為替代TIG焊接的EB焊接允許焊縫厚度足以替代加強(qiáng)焊接； ?不需要用于根部焊接的焊縫填料（TIG替代）。
[0037] 用于根部33的激光混合焊接和在堅直位置的焊接（在焊接區(qū)段32中）的優(yōu)點 為： ?不需要加強(qiáng)焊接，因為替代TIG焊接的激光混合焊接允許焊縫厚度足以替代TIG根部 和TIG加強(qiáng)焊接； ?填補(bǔ)焊縫所需的焊接過程沒有變化，因為激光混合還可替代SAW在焊接區(qū)段31中使 用。
[0038] 通過用于填補(bǔ)焊接縫隙（在焊接區(qū)段31中）的其它焊接工藝替代SAW焊接的優(yōu) 點為： ?不需要在水平位置的焊縫，不同于SAW焊接； ?不需要焊劑； 通過用于填補(bǔ)焊接縫隙（在焊接區(qū)段31中）的激光混合焊接工藝替代SAW焊接的優(yōu) 點為： ?不需要將轉(zhuǎn)子30轉(zhuǎn)移至水平焊接的設(shè)備； ?不需要焊劑； ?相比于SAW焊接，減小了可能的焊縫寬度（尤其是對于大焊縫深度）； ?較少的需要的焊縫填料（按體積），較小的焊縫收縮； ?相同工藝對于根部焊接和填充焊接縫隙（在焊接區(qū)段31中）是可能的。
[0039] 通過用于填補(bǔ)焊接縫隙（在焊接區(qū)段31中）的MAG焊接工藝替代SAW焊接的優(yōu) 點為： ?不需要將轉(zhuǎn)子30轉(zhuǎn)移至水平焊接的設(shè)備； ?不需要焊劑； ?利用藥芯焊絲，與SAW焊接相同或更好的熔化速率； ?相比于SAW的可能的焊縫寬度減?。ㄓ绕涫菍τ诖蠛缚p深度）。
[0040] 通過用于填補(bǔ)焊接縫隙（在焊接區(qū)段31中）的冷金屬過渡（CMT)焊接工藝替代 SAW焊接的優(yōu)點為： ?不需要將轉(zhuǎn)子30轉(zhuǎn)移至水平焊接的設(shè)備； ?不需要焊劑； ?相比于SAW焊接，減小了可能的焊縫寬度（尤其是對于大焊縫深度）； ?相比于MAG焊接，減少了進(jìn)入基部材料的熱輸入。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于焊接用于發(fā)電的轉(zhuǎn)子（30)(燃?xì)鉁u輪、蒸汽渦輪、發(fā)電機(jī)）的方法，所述轉(zhuǎn) 子（30)包括沿轉(zhuǎn)子軸線（34)布置的多個轉(zhuǎn)子盤（26, 27)，所述方法包括以下步驟： 向所述盤（26)提供焊接縫隙制備，所述焊接縫隙制備包括根部（33)、在徑向方向上鄰 接所述根部（33)的第一間隙狀焊接區(qū)段（32)，以及在徑向方向上鄰接所述第一焊接區(qū)段 (32)的第二間隙狀焊接區(qū)段（31); 借助于第一焊接過程來熔化所述根部（33); 借助于第二焊接過程來產(chǎn)生所述第一焊接區(qū)段（32)中的焊縫；以及 借助于第三焊接過程來填補(bǔ)所述第二焊接區(qū)段（31); 其特征在于 所述第一焊接過程為激光焊接（LW)、電子束焊接（EB)、摩擦焊接和激光混合焊接中的 一個，并且/或者 所述第二焊接過程為激光焊接（LW)和激光混合焊接中的一個。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一焊接過程為激光焊接（LW)、電子 束焊接（EB)、摩擦焊接和激光混合焊接中的一個，并且所述第二焊接過程為鎢極惰性氣體 焊接（TIG)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二焊接過程為激光焊接和激光混 合焊接中的一個，并且所述第一焊接過程為鎢極惰性氣體焊接（TIG)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的一項所述的方法，其特征在于，所述第三焊接過程 為全自動金屬活性氣體焊接（MAG)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的一項所述的方法，其特征在于，所述第三焊接過程 為冷金屬過渡焊接（CMT)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的一項所述的方法，其特征在于，所述第三焊接過程 為激光混合焊接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二焊接過程為激光焊接（LW)，并且 該過程利用粉末或線填料金屬來完成。
【文檔編號】B23K31/00GK104096984SQ201410139699
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月4日
【發(fā)明者】S.凱勒, W.M.巴巴奇, C.P.格德斯 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司