[发明专利]一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种机械产品表面加工工艺，具体涉及一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法，属于水电站机电技术领域。

背景技术

转轮体是贯流式机组和轴流式机组中的关键转动部件，转轮体过流部件的使用寿命直接影响到整个机组的运转效率和寿命。影响过流部件使用寿命的因素主要包括水域泥沙含量和机组运转时间等，其中，水域泥沙含量为主要影响因素。在含沙量较高的流域安装的机组，要求其过流部件需具备良好的抗泥沙磨损及腐蚀性能。

目前，水轮机转轮体多采用ZG20SiMn碳钢铸件，由于其表面硬度较低，耐磨损、耐腐蚀性能较差，在机组运行时表面容易产生空蚀破坏，需要定期进行焊补修复；而若采用全不锈钢转轮，则造价高、不具有经济性。

制造抗腐蚀、耐磨损的转轮体又兼具经济性的方法，即在转轮体铸钢件外球面堆焊不锈钢抗磨层。目前，应用于转轮体球面的堆焊方法主要有手工焊、气保焊和埋弧焊。上述几种方法存在一些天然的缺陷，比如堆焊时熔深大、母材稀释率高，堆焊层合金成分降低，堆焊层性能不佳，并易发生冷裂纹或热裂纹等焊接缺陷，从而致使转轮体抗磨层的寿命降低，转轮体工作效率也降低，相应地会增加机组运营及维护成本。

带极堆焊是一种较先进的堆焊技术，此焊接方法具有较小的母材稀释率、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能。但带极堆焊通常用于规则平面施焊，对于弧面、球面，尤其是水轮机转轮体的不规则球面外表面(它包括圆球弧面部分、上下端圆柱面、以及球面与圆柱面过渡等部分)，带极堆焊工艺难度较大，堆焊层质量难以保证，易产生诸如堆焊层厚度不均、过度不圆滑等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种耐磨层包覆性能佳、质量可靠的水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法。

为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案：

一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)转轮体球面金加工：车床对水轮机转轮体的球面进行金加工，使机体尺寸均匀，表面光洁；

(2)转轮体表面清理：对转轮体球面进行打磨、化学除污；

(3)调整转轮体位置：将转轮体固定于焊接变位机的回转工作台上，调节回转工作台的翻转角度，使转轮体堆焊区位置为水平；

(4)堆焊：对转轮体球面焊道区域进行加热，采用奥氏体不锈钢为焊带，在球面进行埋弧带极堆焊，焊接过程中，实时调整焊接变位机回转工作台的翻转角度，保证焊道在水平位置，焊接从转轮体中部向两端展开；

(5)堆焊表面金加工：使用车床对堆焊表面进行车削加工，以满足尺寸精度要求；

(6)检测：对焊接后的堆焊层进行渗透探伤和超声探伤，分别检测堆焊层是否存在表面缝隙、内部气泡等缺陷。

进一步地，所述步骤(2)中使用砂轮机或金刚砂对转轮体球面进行打磨，使用乙醇、丙酮或汽油对转轮体球面去污。

进一步地，所述步骤(4)中先将转轮体主轴侧的端部固定于焊接变位机的回转工作台，从转轮体中部(球面直径最大处)向泄水锥侧的外端进行带极堆焊。泄水锥侧堆焊工作全部完成后，变换转轮体位置，即将转轮体泄水锥侧的端部固定于焊接变位机的底盘上，从转轮体中部向主轴侧的外端进行带极堆焊。

其中，带极堆焊的具体工艺参数如下：

焊带：奥氏体H309L

焊剂：SJ304

焊层厚度：12mm

焊带规格：30mm×0.5mm

焊接电源：反极性的直流电源

焊接电流：700～800A

焊接电压：25～28V

焊接速度：200～300mm/min

带极伸出长度：30～35mm

焊道搭接量：6～8mm

焊剂至导电咀距离：1～2mm

焊接位置：水平或1～2°上坡焊

一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法，还可采用以下方案，其步骤为：

(1)转轮体球面金加工：车床对水轮机转轮体的球面进行金加工，使机体尺寸均匀，表面光洁；

(2)转轮体表面清理：对转轮体球面进行打磨、化学除污；

(3)调整转轮体位置：将转轮体固定于焊接变位机的回转工作台上，调节回转工作台的翻转角度，使转轮体堆焊区位置为水平；

(4)堆焊：对转轮体球面焊道区域进行加热，先使用奥氏体不锈钢为焊带，在球面埋弧带极堆焊一过渡层，再使用马氏体不锈钢为为焊带，在球面埋弧带极堆焊一工作层，焊接过程中，实时调整焊接变位机回转工作台的翻转角度，保持焊道在水平位置，焊接从转轮体中部向两端展开；