專利名稱：電渣熔鑄導(dǎo)葉工藝方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域是電渣熔鑄工藝及設(shè)備。
目前，國(guó)際上對(duì)于水輪機(jī)關(guān)鍵部件導(dǎo)葉的制造上采用了多種方法，隨著水電事業(yè)的發(fā)展，水輪機(jī)向大型化、高功率發(fā)展，大型水輪機(jī)的導(dǎo)葉在質(zhì)量要求上更高，在制造難度上更困難。本發(fā)明將電渣熔鑄工藝用于制造導(dǎo)葉，特別是大型導(dǎo)葉的制造取得了顯著的技術(shù)進(jìn)步。
針對(duì)導(dǎo)葉這種變曲面形狀和作為水輪機(jī)關(guān)鍵部件的高質(zhì)量要求在國(guó)內(nèi)外采用下列一些制造方法；1、普通砂型整體鑄造目前是國(guó)內(nèi)外制造導(dǎo)葉的主要方法。它采用精煉鋼水，但是導(dǎo)葉的內(nèi)部質(zhì)量由于受到瓣體與軸的鑄造熱節(jié)以及鑄造過(guò)程中產(chǎn)生的縮孔、疏松、裂紋等缺陷的影響而難以保證。
2、瓣體模壓成型或砂型鑄造成型與軸組焊該方法制造的導(dǎo)葉工序復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，而且使用范圍受到限制，鑄造瓣體易產(chǎn)生鑄造缺陷。
3、整體鍛造導(dǎo)葉鍛造導(dǎo)葉質(zhì)量較好，但由于工藝原因只適用于制造小型導(dǎo)葉，且后續(xù)仿型加工量較大，使用范圍受到限制。
4、電渣熔鑄導(dǎo)葉經(jīng)查新得知，日本日立公司曾申報(bào)有關(guān)方面的專利(日本專利昭57—00542)，這是和本發(fā)明最接近的背景技術(shù)，它的內(nèi)容是(1)工藝方法上控制結(jié)晶器的冷卻速度，在600℃/h實(shí)現(xiàn)以電渣熔鑄工藝來(lái)代替淬火工藝的急冷，并且熔鑄過(guò)程中是整體箱式結(jié)構(gòu)，其上軸部采用抽錠方法逐漸成型，這種方法對(duì)于軸與瓣體結(jié)合處的金相組織沒(méi)有保證，而且操作復(fù)雜，結(jié)晶器成本雖不高，但工裝費(fèi)用高、總成本高，生產(chǎn)效率低。
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是；用電渣熔鑄方法制造導(dǎo)葉，解決砂型鑄造難以消除的縮孔、疏松、夾渣、裂紋等缺陷，鑄件各向同性，性能指標(biāo)達(dá)到同樣材質(zhì)鍛件水平，且使金屬利用率高達(dá)85％以上，同時(shí)工序簡(jiǎn)單、靈活，生產(chǎn)周期短，能夠生產(chǎn)大型導(dǎo)葉，且使導(dǎo)葉質(zhì)量有可靠保證，高于其它電渣熔鑄導(dǎo)葉。
本發(fā)明的具體內(nèi)容是；一、、本發(fā)明電渣熔鑄裝置采用結(jié)晶器上、下箱分體結(jié)構(gòu)，自耗電極為隨型結(jié)構(gòu)分體制作，在熔鑄過(guò)程中采用兩工位或多工位連續(xù)進(jìn)行熔鑄，整體熔鑄成型，上箱為整體結(jié)構(gòu)，下箱為組合結(jié)晶器，上、下箱定位采用標(biāo)尺定位法，如

圖1所示1為自耗電極、2為下結(jié)晶器、3為熔鑄渣池、4為金屬熔池、5為電渣熔鑄毛坯、6為底水箱、7為變位機(jī)、8為上結(jié)晶器。圖1、2分別為下、上結(jié)晶器結(jié)構(gòu)和電渣熔鑄導(dǎo)葉兩工位工藝過(guò)程示意圖。
二、本發(fā)明工藝1、本發(fā)明上下結(jié)晶器采用不同導(dǎo)熱系數(shù)的材質(zhì)制作，上結(jié)晶器用銅材，下結(jié)晶器用鋼材或銅銅復(fù)合材料，對(duì)于導(dǎo)葉類異型鑄件各部分的截面形狀和面積不同，熔鑄中出現(xiàn)結(jié)晶組織的差異，利用結(jié)晶器不同材質(zhì)控制不同部位冷卻強(qiáng)度，按照需要可以對(duì)異型鑄件采用銅、鋼、鋁、鐵不同的配合達(dá)到控制冷卻強(qiáng)度的范圍要求。
本發(fā)明工藝過(guò)程；
(1)、通電起弧造渣在一定時(shí)間內(nèi)形成渣層，將隨型自耗電極插入液態(tài)熔渣，，液態(tài)熔渣通過(guò)電流產(chǎn)生電阻熱將金屬自耗電極熔化，熔化的金屬匯集成熔滴，穿過(guò)渣層進(jìn)入金屬熔池，然后在導(dǎo)葉下結(jié)晶器內(nèi)形成導(dǎo)葉，瓣體液態(tài)形狀如圖，如果是大型導(dǎo)葉采用多次變換工位連續(xù)熔鑄成型。
(2)、當(dāng)下箱銅水充填完后，利用變位機(jī)將下箱結(jié)晶器換到下一工位上，利用外降裝置將上箱結(jié)晶器與下箱結(jié)晶器聯(lián)接并定位，上結(jié)晶器內(nèi)自耗電極開(kāi)始熔化充填成型完成軸部熔鑄導(dǎo)葉整體成型。
(3)、本發(fā)明渣系采用二元渣系，其配比為CaF2 70％Al2O3 30％(重量比)，渣層厚度控制在100mm-220mm范圍。
(4)、在電制度給定上，采用不同的斷面給定不同的熔化電流和電壓，熔化速率控制在2kg-5kg/min，電壓52—70V，電流2500A、1000A，渣量40—200kg。
如圖3所示，a區(qū)探傷要求為φ3當(dāng)量I級(jí)，該區(qū)在工作狀態(tài)下受到扭矩與沖擊力的作用，因此，內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量要求較高，其它區(qū)探傷要求為φ當(dāng)量II級(jí)，這樣在工區(qū)本發(fā)明采用不同導(dǎo)熱系數(shù)材料作為結(jié)晶器內(nèi)腔，控制水冷強(qiáng)度，上下結(jié)晶器水縫間隙依毛坯壁厚的大小，控制在5—100mm范圍內(nèi)，以控制水冷強(qiáng)度，使該區(qū)形成一定溫度梯度的順序凝固，從而得到結(jié)晶組織致密，性能良好不能產(chǎn)生開(kāi)裂等高質(zhì)量鑄件。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比所具有的有益的效果如下本發(fā)明采用上下箱分體結(jié)構(gòu)，分箱面設(shè)在軸與瓣體相接面上，使我們采用不同導(dǎo)熱系數(shù)材質(zhì)制作上下結(jié)晶器內(nèi)腔，以及控制水冷強(qiáng)度的變化使軸與瓣體交界處熔融金屬在一定溫度梯度下順序凝固，從而使鑄件組織致密性能優(yōu)異，而對(duì)比技術(shù)沒(méi)有采用上下箱分體結(jié)構(gòu)，軸部采用抽錠方法熔鑄成型，該方法與本發(fā)明相比設(shè)備復(fù)雜，操作困難，抽錠設(shè)備成本高，而其發(fā)明解決的是對(duì)某些材料利用電渣重熔方法可減少淬火工序(以一定的冷卻速度)。對(duì)不同斷面尤其是軸與瓣體交界處由于冷卻速度的不同易造成熱應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋沒(méi)有提出有效的解決辦法。
實(shí)施例1利用如下表1的化學(xué)成分的材質(zhì)采用圖2所示的裝置。上、下結(jié)晶器內(nèi)腔分別采用銅、鋼材料制造，水縫為10—75mm，電渣熔鑄導(dǎo)葉自耗電極為隨型結(jié)構(gòu)，分體制作，渣系采用二元渣系其配比為CaF2 70％Al2O3 30％(重量比)，渣層高度控制在100—220mm范圍，電制度給定上采用不同的斷面給定不同的熔化電流和電壓，電流2500-7500，電壓52—72，冷卻時(shí)通過(guò)水冷控制冷卻強(qiáng)度，然后進(jìn)行補(bǔ)縮制成導(dǎo)葉毛坯。本實(shí)施例在圖4所示a、b、c、d位置上取樣，與同樣材質(zhì)砂型鑄造工藝方法生產(chǎn)的導(dǎo)葉毛坯測(cè)定的性能指標(biāo)作了比較，如表2、3所示表1
本發(fā)明電渣熔鑄導(dǎo)葉的機(jī)械性能如表2所示表2
>砂型鑄造導(dǎo)葉機(jī)械性能表權(quán)利要求
1.一種電渣熔鑄導(dǎo)葉的工藝方法，其特征是；采用兩工位或多工位連續(xù)進(jìn)行熔鑄直至成型，其過(guò)程是先完成對(duì)導(dǎo)葉瓣體部分(下箱)的熔鑄(可采用多次變換工位連續(xù)熔鑄)，瓣體成型部分的鋼水充填完了以后，利用變位機(jī)將下箱結(jié)晶器換到下一工位上，將上、下箱聯(lián)接并定位上結(jié)晶器內(nèi)自耗電極開(kāi)始熔化充填成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征是其上、下結(jié)晶器采用兩種具有不同導(dǎo)熱系數(shù)的材質(zhì)制作，上結(jié)晶器用銅材，下結(jié)晶器用鋼材或銅與鋼的復(fù)合材料，以控制冷卻強(qiáng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征是上、下結(jié)晶器水縫間隙依毛坯壁厚的大小控制在5—100mm范圍內(nèi)以控制水冷強(qiáng)度和結(jié)晶順序。
4.一種電渣熔鑄導(dǎo)葉的設(shè)備，其特征是其結(jié)晶器結(jié)構(gòu)采用上、下箱分體結(jié)構(gòu)，上箱為整體結(jié)構(gòu)，下箱為分塊組合結(jié)晶器，上、下箱定位采用標(biāo)尺定位法，自耗電極為隨形結(jié)構(gòu)分體制作。
全文摘要
本發(fā)明屬于電渣熔鑄工藝及設(shè)備領(lǐng)域，它采用結(jié)晶器上、下箱分體結(jié)構(gòu)，自耗電極為隨形結(jié)構(gòu)分體制作，組焊成型，在熔鑄過(guò)程中采用兩工位或多工位一次整體熔鑄成型。本發(fā)明工序簡(jiǎn)單、靈活，生產(chǎn)周期短，金屬利用率高達(dá)80％以上，能使導(dǎo)葉毛坯鑄件各向同性能指標(biāo)達(dá)到同樣材質(zhì)鍛件水平，導(dǎo)葉內(nèi)部組織致密，對(duì)水輪機(jī)制造向型化、高功率發(fā)展起到推動(dòng)作用。
文檔編號(hào)B22D23/10GK1125649SQ9411271
公開(kāi)日1996年7月3日 申請(qǐng)日期1994年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月28日
發(fā)明者何樹(shù)生, 耿承偉, 徐超, 王瑞舟, 夏萬(wàn)金, 胡學(xué)軍, 姜云飛, 王云志 申請(qǐng)人:機(jī)械工業(yè)部沈陽(yáng)鑄造研究所