專利名稱：采用電子束焊接汽輪機噴嘴的方法
技術領域：
本發明涉及汽輪機噴嘴的焊接方法。
背景技術：
汽輪機噴嘴是新蒸汽進入汽缸的第一道門檻，焊接質量要求高，如出現問題，將直接影響到機組的安全運行。其材料為改良型9％Cr鋼，焊接性較差。另外，此部件的結構空間非常小，焊后清根非常困難，又不能進行雙面焊。而現有的300MW、600MW汽輪機噴嘴組一直采用電火花加工導葉汽道型線，采用螺栓把緊結構，該結構存在噴嘴漏汽、影響效率、周期長，而且汽道喉高加工精度差，公差僅能達到±1mm，而距設計要求公差±0.10mm相差甚遠。
發明內容
本發明為了解決現有的300MW、600MW汽輪機噴嘴組一直采用電火花加工導葉汽道型線，采用螺栓把緊結構，該結構存在噴嘴漏汽、影響效率、周期長，而且汽道喉高加工精度差，公差僅能達到±1mm的問題，提供了一種采用電子束焊接汽輪機噴嘴的方法，解決上述問題的具體技術方案如下本發明采用電子束焊接汽輪機噴嘴的步驟如下步驟一、采用鑄造工藝，鑄成噴嘴室，材質為1Cr9MoVNbN；步驟二、對鑄成的噴嘴室表面進行清洗；步驟三、將經清洗后的噴嘴室固定在工作臺上，放好擋板，將噴嘴組切割成兩半并與噴嘴室進行裝配；步驟四、采用電子束焊機，在真空條件下，當真空室內的真空度達到7.8×10-4mba時方可進行噴嘴室與噴嘴組的焊接，焊接的加速電壓為45～70KV、焊接速度為50～800mm/min、焊接距離為150～450mm、電子束流為150～800mA、聚焦電流為1.35～3.75A、掃描波形為圓形、方形或三角形、掃描頻率為100～700Hz、焊接角度為1～90度、掃描擺幅Vx為1～9mm、Vy為1～9mm，焊接過程上述數據間要相互匹配；步驟五、對步驟四焊接成形后的汽輪機噴嘴冷卻至95～105℃，并保溫0.5～1.5小時后，立即以100℃/h的速度升溫，升溫到710～760℃時并在此溫度下保溫5～10小時，冷卻后再將兩個半環焊接即焊接完成汽輪機噴嘴。
本發明可實現單面焊接雙面成形，不用反面清根再焊接，焊接質量明顯提高，減少返修幾率，提高效率，縮短制造周期，該方法焊接的噴嘴不漏氣，保證了汽道喉部尺寸的公差要求；實現三缸結構，成本低。該方法焊縫起弧、收弧正常，焊縫外觀形狀美觀，反面成形均勻，能達到設計公差±0.10mm的要求。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式的汽輪機噴嘴焊接的步驟如下步驟一、采用鑄造工藝，鑄成兩個半環的噴嘴室，噴嘴室半徑為475mm、外環半徑為630mm，材質為1Cr9MoVNbN或改良型9Cr％，圓環的表面光潔度Ra＝3.2μm，為防止磁性的產生不用磨床加工；步驟二、對鑄成的噴嘴室表面進行清洗；采用機械或化學方法(機械如拋光輪、刮刀等；化學如丙酮、酒精等)對噴嘴室材質表面進行除銹蝕、氧化皮、涂料、油污、乳油液及其對工作臺及各工裝夾具表面的灰塵進行清除；步驟三、將經清洗后的噴嘴室的一半固定在工作臺上，放好擋板，擋板放在噴嘴室的空腔內，防止焊接時電子束流對噴嘴室的破壞，將噴嘴組切割成與噴嘴室半環相對稱的兩個半環并與噴嘴室進行裝配，裝配間隙不超過0.20mm，錯邊量不大于0.20mm；步驟四、采用電子束焊機，在真空條件下，當真空室內的真空度達到7.8×10-4mba時方可進行噴嘴室與噴嘴組的焊接，焊接時的加速電壓為45～70KV、焊接速度為50～800mm/min、焊接距離為150～450mm、電子束流為150～800mA、聚焦電流為1.35～3.75A、掃描波形為圓形、方形或三角形、掃描頻率為100～700Hz、焊接角度為1～90度、掃描擺幅Vx為1～9mm，Vy為1～9mm，焊接過程上述數據間要相互匹配；步驟五、對步驟四焊接成型的汽輪機噴嘴冷卻至95～105℃，并保溫0.5～1.5小時后，立即以100℃/h的速度升溫，升溫到710～760℃時并在此溫度下保溫5～10小時，冷卻降溫，300℃以上按70℃/h速度降溫，300℃以下自由降至常溫，再將兩個半環焊接即得焊接成形的汽輪機噴嘴。
焊態下焊縫及熱影響區的金相組織為馬氏體，硬度高，不能滿足使用要求；經去應力熱處理后焊接接頭組織得到明顯的改善，成為性能較佳的回火索氏體，焊縫及鑄件側熱影響區的硬度有較明顯的降低，可以滿足設計和使用要求。
對采用上述方法焊接后的汽輪機噴嘴進行X光射線探傷、評定。
具體實施例方式
二本實施方式步驟四中的加速電壓為45KV、焊接速度為50mm/min、焊接距離為150mm、電子束流為150mA、聚焦電流為3.75A、掃描波形為方形、掃描頻率為100Hz、焊接角度為10度、掃描擺幅Vx為1mm、Vy為1mm，對步驟五焊接成型的噴嘴保溫0.5小時后，在760℃時保溫7小時。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施例方式
三本實施方式步驟四中的加速電壓為55KV、焊接速度為200mm/min、焊接距離為220mm、電子束流為260mA、聚焦電流為2.1A、掃描波形為圓形、掃描頻率為420Hz、焊接角度為90度、掃描擺幅Vx為1.8mm、Vy為2.0mm，對步驟五焊接成型的噴嘴保溫1小時后，在730℃時保溫5小時，獲得汽輪機噴嘴的最佳焊接數據。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施例方式
四本實施方式步驟中的加速電壓為70KV、焊接速度為800mm/min、焊接距離為450mm、電子束流為800mA、聚焦電流為1.35A、掃描波形為三角形、掃描頻率為700Hz、焊接角度為45度、掃描擺幅Vx為9mm、Vy為9mm，對步驟五焊接成型的噴嘴保溫1.5小時后，在710℃時保溫10小時。其它步驟與具體實施方式
一相同。
聚焦電流的大小直接影響束流焦點的位置、影響焊縫的截面形狀，最適宜的焊縫形狀是一種它的邊由平行到稍稍變尖，實現這種結果的參數，它的焦點位置應位于總的焊接深度中心下面；低頻振蕩會增加焊接寬度而降低穿透度，高頻振蕩將減小焊接寬度而增加穿透度；偏擺的大小影響焊縫的寬度及截面形狀，偏擺頻率應避免是工頻的整數倍，避開共振區；焊接速度影響焊縫的成形，主要根據材料的焊接性能、焊接厚度等因素來決定，厚度增加，電壓和電子束流相應加大；焊接距離在結構允許的情況下不能過大，否則束流質量不能保證；焊接距離增加，聚焦電流要相應減小，以調整束流焦點位置，并且需要增大輸出功率；增加焊接電子束流，或者降低焊接速度，以提高單位長度上的熱輸入；焊接速度增加，需要增大電子束流，但當焊接電流較大時，焦點上移，又要減少聚焦電流，以保持焦點位置不變；當Vx一定時，改變f，Vx改變；f增大，Vx減小，掃描擺幅值Vx、Vy為實際測量值，單位mm；f-偏擺頻率，單位Hz。
權利要求
1.采用電子束焊接汽輪機噴嘴的方法，其特征在于該方法采用下列步驟步驟一、采用鑄造工藝，鑄成噴嘴室，材質為1Cr9MoVNbN；步驟二、對鑄成噴嘴室表面進行清洗；步驟三、將經清洗后的噴嘴室固定在工作臺上，放好擋板，將噴嘴組切割成兩半并與噴嘴室進行裝配；步驟四、采用電子束焊機，在真空條件下，當真空室內的真空度達到7.8×10-4mba時方可進行噴嘴室與噴嘴組的焊接，焊接的加速電壓為45～70KV、焊接速度為50～800mm/min、焊接距離為150～450mm、電子束流為150～800mA、聚焦電流為1.35～3.75A、掃描波形為圓形、方形或三角形、掃描頻率為100～700Hz、焊接角度為1～90度、掃描擺幅Vx為1～9mm、Vy為1～9mm，焊接過程上述數據間要相互匹配；步驟五、對步驟四焊接成形后的汽輪機噴嘴冷卻至95～105℃，并保溫0.5～1.5小時后，立即以100℃/h的速度升溫，升溫到710～760℃時并在此溫度下保溫5～10小時，冷卻后再將兩個半環焊接即焊接完成汽輪機噴嘴。
2.根據權利要求1所述的采用電子束焊接汽輪機噴嘴的方法，其特征在于步驟四中的加速電壓為45KV、焊接速度為50mm/min、焊接距離為150mm、電子束流為150mA、聚焦電流為3.75A、掃描波形為方形、掃描頻率為100Hz、焊接角度為10度、掃描擺幅Vx為1mm、Vy為1mm，對步驟五焊接成形的噴嘴保溫0.5小時后，在760℃時保溫7小時。
3.根據權利要求1所述的采用電子束焊接汽輪機噴嘴的方法，其特征在于步驟四中的加速電壓為55KV、焊接速度為200mm/min、焊接距離為220mm、電子束流為260mA、聚焦電流為2.1A、掃描波形為圓形、掃描頻率為420Hz、焊接角度為90度、掃描擺幅Vx為1.8mm、Vy為2.0mm，對步驟五焊接成形的汽輪機噴嘴保溫1小時后，在730℃時保溫5小時。
4.根據權利要求1所述的采用電子束焊接汽輪機噴嘴的方法，其特征在于步驟中的加速電壓為70KV、焊接速度為800mm/min、焊接距離為450mm、電子束流為800mA、聚焦電流為1.35A、掃描波形為三角形、掃描頻率為700Hz、焊接角度為45度、掃描擺幅Vx為9mm、Vy為9mm，對步驟五焊接成形的噴嘴保溫1.5小時后，在710℃時保溫10小時。
5.根據權利要求1所述的采用電子束焊接汽輪機噴嘴的方法，其特征在于鑄成的噴嘴室半徑為475mm、外環半徑為630mm。
6.根據權利要求1所述的采用電子束焊接汽輪機噴嘴的方法，其特征在于裝配間隙不超過0.20mm，錯邊量不大于0.20mm。
7.根據權利要求1所述的采用電子束焊接汽輪機噴嘴的方法，其特征在于冷卻降溫，300℃以上按70℃/h速度降溫，300℃以下自由降至常溫。
全文摘要
采用電子束焊接汽輪機噴嘴的方法，它涉及汽輪機噴嘴的焊接方法。它解決了現有汽輪機噴嘴組采用電火花加工導葉汽道型線，螺栓把緊結構，存在噴嘴漏汽、影響效率、周期長，而且汽道喉高加工精度差，公差僅能達到±1mm。本發明的方法一、鑄成噴嘴室；二、對噴嘴室表面進行清洗；三、將經清洗后的噴嘴室固定在工作臺上；四、采用電子束焊機，在真空室內進行汽輪機噴嘴的焊接，焊接過程數據間要相互匹配；五、對焊接成形后的噴嘴冷卻后進行熱處理，冷卻后再將兩個半環焊接即焊接完成汽輪機噴嘴。本發明實現單面焊接雙面成形，不用反面清根再焊接，焊接質量明顯提高，不漏氣、效率高、縮短制造周期、減少返修幾率，保證了汽道喉部尺寸的公差要求。
文檔編號B23K15/00GK1907627SQ20061001040
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月14日 優先權日2006年8月14日
發明者楊浩, 李金華, 宮在龍, 王慶友, 劉力田, 楊東波, 鄧偉佳, 杜綬 申請人:哈爾濱汽輪機廠有限責任公司