[发明专利]涉及连接相异的金属的方法和装置

说明书

技术领域

本发明通常涉及涡轮机转子，具体地讲，涉及由相异的金属制成的涡轮机转子的焊接。

背景技术

涡轮机(例如燃气轮机和蒸汽轮机)的运行条件包括高温、速度和力。涡轮机转子通常由高级材料制成，这些高级材料具有适于延长涡轮机转子使用寿命的材料特性。另外，已知运行条件(例如温度)随着涡轮机内的位置而变化。因此，优选使用不同的即相异的高级材料来制造涡轮机转子，这些相异的高级材料各自最适合于对应于其在涡轮机内的位置的条件。

由于用于涡轮机转子的高级材料难以按与涡轮机转子相对应的尺寸进行制造，所以，涡轮机转子通常由连接在一起的较小的分组件制成。一种制造涡轮机转子的方法是用螺栓将大的部分的分组件连接在一起，结果形成具有高复杂性和大质量的涡轮机转子。另一种制造涡轮机转子的方法包括将具有减小的质量和复杂性的分组件焊接在一起。然而，将不同的即相异的金属合金的构件焊接在一起包括在构件的焊缝中或邻近的热影响区中产生裂纹的可能性，以及贯穿焊缝的较差的机械性能的可能性。这是由于与两种金属母材中的任一种相比，不同合金的焊缝的焊接熔池(molten weld pool)倾向于在更宽的温度范围内固化，这导致焊缝中最后固化的部分比周围的固体金属薄弱，并由于焊缝的收缩而被撕裂。另外，不同化学成分的熔融和固化(也称作熔合)最终形成化学和冶金过渡区，该过渡区在微观组织、不希望有的化学相态以及在高温运行条件下的长期反应等方面通常是不可预知的。合金的化学性能和物理性能(例如热膨胀)上的差别越大，则可焊性及焊缝的性能越差。将具有不同材料的转子分组件焊接在一起的现有方法涉及在构件的接合面上应用中间化学成分的或较软合金的焊接中间层或包覆中间层，以便提高可焊性。除了费力、复杂并且昂贵之外，这种方法还涉及不同合金的熔合以及会有损焊缝整体性的性能上的牺牲。因此，本领域需要克服这些缺点的用于涡轮机转子的焊接方法。

发明内容

本发明的一个实施例包括连接由不同材料制成的第一零件和第二零件的方法。该方法包括使用布置在该第一零件和第二零件之间的双合金部件，该双合金部件包括第一材料，不同于该第一材料的第二材料，以及在该第一材料和该第二材料之间的精制区(wrought region)。该方法还包括将第一零件的局部区域的材料与第一材料熔融在一起，由此形成实质上不存在第一材料与第二材料混合的第一焊缝，并将第二零件的局部区域的材料与第二材料熔融在一起，由此形成实质上不存在第二材料与第一材料混合的第二焊缝，并由此将第一零件连接到第二零件上。

本发明的另一个实施例包括第一零件和第二零件的组件。该组件包括布置在第一零件和第二零件之间的双合金部件。该双合金部件包括第一区、第二区以及在该第一区与第二区之间的精制过渡区，其中第一区包括第一材料，第二区包括不同于该第一材料的第二材料。第一焊缝布置在该第一区与该第一零件之间，第一焊缝实质上不存在第一材料与第二材料的混合。第二焊缝布置在该第二区与该第二零件之间，第二焊缝实质上不存在第二材料与第一材料的混合。

本发明的另一个实施例包括涡轮机转子。涡轮机转子包括第一分组件，第二分组件，以及焊接在该第一分组件与该第二分组件之间的双合金部件。双合金部件包括第一区、第二区以及在该第一区与该第二区之间的精制过渡区，其中第一区包括第一材料，第二区包括不同于第一材料的第二材料。第一焊缝布置在第一区与第一分组件之间，该第一焊缝实质上不存在第一材料与第二材料的混合。第二焊缝布置在第二区与第二分组件之间，该第二焊缝实质上不存在第二材料与第一材料的混合。

从以下结合附图所提供的对本发明的优选实施例的详细描述中可以更容易地理解这些及其它优点和特征。

附图说明

参照示范性的附图，其中在附图中相似的元件被相似地标号：

图1描绘了根据本发明实施例的涡轮机的示意图；

图2描绘了根据本发明实施例的涡轮机转子的截面图；

图3描绘了根据本发明实施例的位于第一零件与第二零件之间的部件的截面图；

图4描绘了用于制造根据本发明实施例的部件的方法步骤的流程图；

图5以图示的形式描绘了用于制造根据本发明实施例的部件的方法的实施例；

图6以图示的形式描绘了用于制造根据本发明实施例的部件的方法的实施例；

图7以图示的形式描绘了用于制造根据本发明实施例的部件的方法的实施例；以及

图8描绘了根据本发明实施例用于连接由不同材料制成的两个零件的方法步骤的流程图。

具体实施方式