[发明专利]使用激光堆焊缓冲材料和电焊来由球墨铸铁焊接制造大尺寸的零件的方法

说明书

用于由球墨铸铁制造大尺寸的零件的方法

本发明涉及一种用于由球墨铸铁制造大尺寸的零件的方法。

球墨铸铁是具有球墨的铸铁，借助所述铸铁能够低成本地批量制造大尺寸的零件。例如，通常由球墨铸铁制成汽轮机的壳体。然而，例如汽轮机使用在用于发电的蒸汽发电厂中，在上部功率区间中的汽轮机的几何尺寸大到使得在球墨铸铁的浇铸中会出现问题，因此，例如，在这种汽轮机壳体中出现不规则性和缺陷位置的概率很高，其影响汽轮机壳体的强度。这种不规则性和缺陷位置根据在零件中的位置和所涉及的位置的功能而会是无法容忍的。由此，向上限制由球墨铸铁组成的壳体零件的最大许可的大小。作为补救，提供一种壳体零件，其由多个小的、浇铸技术上不关键的部分组成。为此的前提当然是能够将这些部分彼此焊接以形成壳体。这些部分可以通过大面积的焊接连接彼此连接，为此适合的焊接方法是必需的。当然，并未已知借助其能够建立球墨铸铁的这种大面积的焊接连接的方法。

在由球墨铸铁制造的浇铸零件中，通常总是出现不规则性和缺陷位置。所涉及的浇铸零件是否必须作为废品弃掉与不规则性和缺陷位置的位置和大小有关。对于小的局部缺陷位置已知修复焊接方法。这种修复焊接方法例如是借助铁镍合金的冷焊接。然而，在冷焊接方法中，建立强度在球墨铸铁强度之下的焊接连接。因此，冷焊接方法对于大面积的连接焊接件来说并不适合。另一方法是热焊接，而其仅可以在500℃至600℃的范围中的零件预热中和随后的热后处理中执行。因此热焊接是极其复杂的并且产生零件的扭曲，使得热处理对于球墨铸铁的大面积的连接焊接是不适合的。

本发明的目的是，提供一种用于由球墨铸铁制造零件的方法，其中零件具有大的尺寸并且仍然具有高的强度。

用由球墨铸铁制造零件的根据本发明的方法具有如下步骤：设计零件，使得由多个零件部件组成零件，这些零件部件彼此靠置而构成结合部，以及确定尺寸和构建，使得这些零件部件在其由球墨铸铁组成的材料中能够没有关键的缺陷位置来浇铸；由球墨铸铁制造零件部件；成对地提供零件部件，其中将零件部件中的第一个和零件部件中的第二个设置成临近地彼此靠置，在零件部件中，由第一零件部件的边缘区段的边缘棱和第二零件部件的边缘区段的边缘棱形成结合部中的一个；通过堆焊将缓冲材料涂敷到第一零件部件的边缘棱上并且涂敷到第二零件部件的边缘棱上；第二零件部件借助其边缘区段靠置于第一零件部件的边缘区段，使得边缘棱借助其缓冲材料彼此靠置；焊接边缘区段，使得焊接由边缘区段所形成的结合部并且由此将第一零件部件和第二零件部件彼此固定，由此，第一零件部件和第二零件部件至少部分地形成零件；其中选择缓冲材料，使得在焊接边缘区段时阻止在零件部件的球墨铸铁材料中的结构变化，

因此零件由多个零件部件形成，其中在零件部件中阻止在球墨铸铁中的不可接受的不规则性和缺陷位置。由此，在零件的设计中，由于球墨铸铁的使用而原则上不设置关于零件强度的上限。结构变化尤其理解为在热影响区中的硬化以及通过高的热引入导致的基本材料损坏。

根据本发明，以两级焊接过程将零件部件接合，其中首先在准备为焊缝棱(Schweiβnahtflanken)的边缘棱上涂敷缓冲材料。缓冲材料具有高的镍含量并且匹配于球墨铸铁以及焊接边缘区段的方法。通过两级过程能够实现球墨铸铁零件的大面积的连接焊接件。该焊接连接件具有机械特性，所述特性有利地类似于球墨铸铁的特性。由此可以较大地确定零件尺寸，其中零件由小的、浇铸技术不关键的零件部件构成。因此，在零件中的不可接受的不规则性和缺陷位置的概率是小的并且能够实现大尺寸的零件的可制性。

此外，根据本发明的方法可以用于零件的修理，其方式为将损坏的区段从零件中分离出并且通过新的区段来代替。新的区段应用根据本发明的方法焊入到已存在的零件中。

优选含镍地和/或多层地涂敷缓冲材料。由此形成各个之前涂敷的层或在零件部件的材料中的热影响区的退火效应。对于堆焊，优选使用激光粉末堆焊方法。特别优选的是，激光粉末堆焊方法用于将缓冲材料堆焊到第一零件部件上，并且，低能量的保护气体焊接方法用于将缓冲材料堆焊堆焊到第二零件部件上，使得在边缘区段上未形成热影响区。由此，可以将缓冲材料以对零件部件的材料的影响最小的方式涂敷到零件部件上，由此实现在粉末材料的堆焊的热影响区中的有利的机械特性。

焊接边缘区段时，优选使用具有高的焊入深度和狭窄的焊接熔池以及小的热影响区的焊接方法。焊接方法是电子束焊接方法。选择粉末材料的厚度和电子束焊接方法以及激光粉末堆焊方法的参数，使得通过电子束焊接方法引起的焊接的热影响区设置在粉末材料中。