[发明专利]一种冲击式转轮3D堆焊方法及结构

说明书

本发明公开了一种冲击式转轮3D堆焊方法及结构，方法包括以下步骤：a.找出水斗和圆盘之间应力较低的区域，在低应力区绘制出堆焊分界线；b.通过锻造生产圆盘并进行验收；c.根据堆焊和热处理可能产生的变形量大小，预留出圆盘的加工余量，根据堆焊分界线在锻造圆盘边缘加工形成堆焊分界面；d.在锻造圆盘边缘的堆焊分界面上进行3D堆焊制造出所有水斗；e.堆焊出全部水斗后，进行整体去应力热处理，探伤合格后进行精加工。本发明旨在提供一种降低锻造难度、满足目前锻造设备制造能力要求的冲击式转轮3D堆焊方法及结构。

技术领域

本发明属于水轮机领域，尤其涉及一种冲击式转轮3D堆焊方法及结构。

背景技术

冲击式转轮受交变应力幅值较大，容易产生疲劳破坏，历史上多个电站铸造水斗出现断斗事故。现阶段冲击机组转轮的主要生产方式为锻造加数控加工成型，这种加工方式基本没有材料缺陷，电站运行反馈良好，已是现在冲击转轮生产的主要方式。

转轮材料为不锈钢材质，锻造阻抗太大，国内最大锻造业绩锻件毛坯重量不到40吨，直径不超过4米。目前国内最大冲击式水轮机的单机容量为10几万千瓦，对应转轮最大直径不到4米，可满足现阶段机组生产要求。然而，随着技术的发展和国内电站的需求，急需冲击机组单机扩展到百万千瓦级别，对应整锻毛坯重量将达到200多吨，直径达到6米以上。目前国内最大的自由锻压机（18500吨压力机）理论最大不锈钢锻件生产能力为100吨，产品实际需求已经远远超过设备制造能力。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的上述不足，提供了一种降低锻造难度、满足目前锻造设备制造能力要求的冲击式转轮3D堆焊方法及结构。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种冲击式转轮3D堆焊方法，包括以下步骤：

a. 找出水斗和圆盘之间应力较低的区域，在低应力区绘制出堆焊分界线；

b.通过锻造生产圆盘并进行验收；

c. 根据堆焊和热处理可能产生的变形量大小，预留出圆盘的加工余量，根据堆焊分界线在锻造圆盘边缘加工形成堆焊分界面；

d. 在锻造圆盘边缘的堆焊分界面上进行3D堆焊制造出所有水斗；

e. 堆焊出全部水斗后，进行整体去应力热处理，探伤合格后进行精加工。

这样，高应力区的圆盘采用锻造成型，低应力区的水斗采用3D堆焊成型，极大地扩展了转轮的生产能力，使得百万千瓦冲击转轮的生产成为可能。此外由于整锻转轮锻件毛坯和最终转轮的质量比接近3，造成了较大的材料浪费，而采用3D堆焊结构，可有效避免水斗间大量材料的浪费。

作为优选，步骤a中，对转轮进行有限元计算，根据有限元计算结果，找出应力较低的区域。

作为优选，步骤a中，根据锻造厂的制造能力和经济性，确定堆焊分界线的线型，分别为“I”型、“U”型和“V”型。

作为优选，当堆焊分界线选择为“I”型时，步骤c中，在锻造圆盘外边缘加工平行于圆盘轴线的堆焊分界面；步骤d中，在锻造圆盘的堆焊分界面沿平行于堆焊分界面依次向外分层堆焊出水斗结构。

作为优选，当堆焊分界线选择为“U”型时，步骤c中，在锻造圆盘外边缘加工出平行于圆盘轴线的外分界面，在锻造圆盘外边缘的上下两侧加工出垂直于外分界面的上分界面和下分界面；步骤d中，先在上分界面和下分界面进行分层堆焊，直至上分界面和下分界面的堆焊区外侧面与外分界面平齐，之后在堆焊区外侧面和外分界面上向外分层堆焊出水斗结构。