一種小內徑空心主軸的制造方法技術

本發明專利技術提供了一種小內徑空心主軸的制造方法，所述加工方法先將小內徑主軸分為若干段軸段、分別進行分段鍛造，焊接成為整體后，再將小內徑主軸去應力退火、對其外圓及內圓精加工，得到成品；所述相鄰軸段的焊接接頭內側是裝配止口、外側是焊縫坡口；所述焊接分為兩個步驟：先采用氬弧焊進行打底和根部焊接，再采用埋弧焊填肉、蓋面。本發明專利技術使得水力發電機組小內徑空心主軸的分段加工能夠成為現實，這樣大大降低制造成本，縮短小內徑主軸制造生產周期，同時保證小內徑主軸焊接質量，緩解小內徑小內徑主軸制造瓶頸。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及主軸鑄造的機械加工領域，具體是一種貫流式水輪發電機組或潮汐發電機組等水力發電機組的小內徑空心主軸的制造方法。
技術介紹
貫流式水輪發電機組或潮汐發電機組的主軸由于其結構、強度要求，一般采用小內徑空心主軸。該小內徑主軸需要承載水輪轉動部分的重量和內部水流的軸向推力，同時， 小內徑主軸兩端分別連接水輪機和發電機，關聯整個機組的關鍵部件，并且傳遞轉輪轉動產生的扭矩。如圖1所示，該類小內徑主軸的主要結構特點是1、內徑小φ<600πιπι ；2、壁厚大δ >300mm。由于，該部件為轉動部件，對其機械性能、疲勞強度要求較高，因此，該小內徑主軸的加工制造的強度、質量尤為重要，直接影響整個發電機組的順利運轉。由于，該小內徑主軸的尺寸較大、結構特殊，如圖1所示，以某貫流機組為例，小內徑主軸長度9924mm，內徑600mm，外徑1250mm，法蘭外徑2500mm，總重量119噸。其強度要求和加工質量要求較高，現有技術只能采用整軸鍛造的方案對其進行制造。在滿足鍛造質量和生產周期的情況下，該方案是較為成熟的制造方案。但是，由于該小內徑主軸的尺寸較大，整軸鍛造的制造成本高昂，且制造周期較長，一般供貨的周期在一年左右，同時，對廠家制造能力要求非常高，在保證鍛造質量的前提下，世界范圍內能承接該類小內徑主軸鍛造的公司只有寥寥幾家，根本無法滿足水輪發電機組制造周期。因此，水電行業內致力于研究出一種能夠將該小內徑空心主軸進行分段鑄造，再焊接裝配的制造方法。水電行業內對于軸類工件進行裝配連接的方法，一般是采用窄間隙埋弧焊分段主軸焊接技術。但是，將其運用到此類小內徑主軸的焊接時，存在以下幾個至今無法解決的困難1、由于該小內徑主軸的內徑<600mm，焊接操作人員無法進入該小內徑主軸的內部，對小內徑主軸的接口處進行分段主軸的裝配、固定和焊接清根；無損檢測人員也難以進行焊縫根部的過程和最終檢測。2、埋弧焊技術僅適用于平焊位置，要求在水平位置進行分段主軸裝配、焊接。而該類小內徑主軸軸身長，水平位置裝配時無法準確定位，有效固定，容易在坡口裝配時形成錯牙，焊接時易產生未熔合等焊接缺陷，同時也會影響小內徑主軸焊接完成后的同軸度及端面平行度。3、埋弧自動焊在焊接內徑較小軸類產品時，會因焊接面圓弧度太大導致焊劑滑落。焊接過程無法形成有效保護，嚴重影響焊接質量。4、壁厚δ >300mm，屬于超厚截面焊接，形成焊接镕池與操作人員距離過遠，操作人員對焊接過程的監控能力大幅降低。因此，水電行業普遍采用的窄間隙埋弧焊分段主軸焊接技術在該類主軸的制造上無法順利實施。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種能夠分段鍛造、焊接成型的水輪發電機組的小內徑空心主軸的制造方法。本專利技術所采用的技術方案是，所述加工方法先將小內徑主軸分為若干段軸段、分別進行分段鍛造，焊接成為整體后，再將小內徑主軸去應力退火、對其外圓及內圓精加工， 得到成品；所述相鄰軸段的焊接接頭內側是裝配止口、外側是焊縫坡口 ；所述焊接分為兩個步驟先采用氬弧焊進行打底和根部焊接，再采用埋弧焊填肉、蓋面。所述氬弧焊采用立式裝焊，即將軸段沿軸向豎直設置、重疊配合安裝，且繞其軸線轉動，氬弧焊槍頭水平設置、對應軸段連接處的焊接接頭。所述立式裝焊時采用裝配工裝將軸段配合安裝，該裝配工裝包括底座和柱體，底座是一個圓盤體、設置在水平轉胎上，柱體豎直設置在圓盤的上表面上，柱體的外周面對應配合軸段的內壁。所述埋弧焊采用臥式裝焊，即將打底和根部焊接后的軸段沿軸向水平設置、且繞其軸線轉動，埋弧焊槍頭豎直設置、對應軸段連接處的焊接接頭。 所述氬弧焊是窄間隙熱絲鎢極氬弧橫焊。所述埋弧焊是窄間隙埋弧自動焊。所述焊縫坡口包括氬弧焊坡口和埋弧焊坡口，兩者之間通過雙R圓滑過渡連接成為一個臺階狀的曲面。所述軸段的分段位置設置在小內徑主軸的低應力區。本專利技術所產生的有益效果是同時，本專利技術的小內徑空心主軸的制造方法具有以下特點1、創新的焊接工藝選擇窄間隙熱絲自動鎢極氬弧焊接技術在橫焊位置上進行打底和根部焊接，窄間隙熱絲自動鎢極氬弧焊的氬弧燃燒非常穩定，容易獲得較高的焊縫質量，能有效地保證根部質量；使用氬氣保護能很好的保證焊縫成型和質量；通過單獨加熱焊絲進一步減小熱輸入， 能有效地減小變形和改善焊縫質量；這對保證分段軸焊接的根部質量至關重要。完成后使用成熟的窄間隙埋弧自動焊進行填肉、蓋面，提高生產效率；2、合理設計的焊接坡口通過計算焊縫綜合承載強度和焊接收縮量等，明確焊接坡口各段深度及寬度；3、合理分段、結合普通超聲波檢測及衍射時差法超聲波檢測技術進行焊縫檢測，保證焊縫質量；4、采用立式裝配專用工裝，保證裝配定位準確及保證裝配過程安全，解決小內徑主軸裝焊后同軸度相差太大的問題。本專利技術使得水力發電機組小內徑空心主軸的分段制造能夠成為現實，這樣大大降低制造成本，縮短小內徑主軸制造生產周期，同時保證小內徑主軸焊接質量，緩解小內徑空心主軸制造瓶頸。附圖說明圖1是本專利技術涉及的小內徑主軸的結構示意圖； 圖2是本專利技術氬弧焊設備、工裝的結構示意圖3是本專利技術分段主軸立式裝配的流程示意4圖4是本專利技術埋弧焊焊接分段主軸的結構示意圖； 圖5是本專利技術焊接接頭的結構示意圖； 圖6是本專利技術單面焊焊接接頭的結構示意圖； 圖7是本專利技術單面焊雙面成型的結構示意圖； 圖8是某貫流機分段主軸的結構示意圖。圖中標號表示1-焊槍支架、2-活動臂、3-氬弧焊焊槍、4-裝配工裝、5-水平轉胎、6-埋弧焊焊槍、7-焊接接頭、8-小內徑主軸、9-滾輪架、10-軸段、11-拉筋、12-焊縫、 13-背面焊縫，a-小內徑主軸內壁、b-止口、C-氬弧焊坡口、d-過渡段、e-埋弧焊坡口。具體實施例方式如圖2 圖8所示，本專利技術是一種小內徑空心主軸8的制造方法。本專利技術涉及的水力發電機組的小內徑主軸8的內徑小Φ<600πιπι、壁厚大δ >300m，采用現有技術難以分段加工。該方法先將小內徑主軸8分為若干段軸段10、分別進行分段鍛造，在相鄰軸段10的連接處的外側設置有焊接接頭7，對應裝配后，再進行焊接連接，使其成為一根整軸。本專利技術的創新點在于依托先進的焊接設備，采用立式裝焊，通過采用氬弧焊進行打底和根部焊接+埋弧焊填肉、蓋面的組合焊接工藝，和合理的分段方案、獨特的坡口設計、熱處理工藝、 加工工藝、探傷工藝，協同完成小內徑主軸8的制造加工。一般來說，整個小內徑主軸8至少分為2段軸段10來進行鍛造，且探傷合格后，再進行裝配焊接。分段數量根據各段鍛造成本及生產周期來確定，分3 4段為宜。根據小內徑主軸8運行時所受綜合應力計算，分段位置應避開應力集中部位，一般設置在小內徑主軸8上的低應力區。同時，要確認立式裝配后，焊縫12的位置應在操作架的極限上升高度內。如圖2所示，氬弧焊采用窄間隙熱絲自動鎢極氬弧焊，且該氬弧焊時采用立式裝焊，即將軸段10沿軸向豎直設置、重疊配合安裝后，將氬弧焊焊槍3水平設置、對應軸段10 連接處的焊接接頭7。窄間隙的氬弧焊焊槍3的標準長度一般< 350mm，本專利技術需增加長度到500mm，長度的增加帶來了氬弧焊焊槍3的連接剛度的下降，使得焊接過程中，氬弧焊焊槍3的槍頭抖動幅度較大。同時，該小內徑主軸8的壁厚δ >300mm，屬于超厚截面焊接，其本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮濤，王平，孫川寧，
申請(專利權)人：東方電氣集團東方電機有限公司，
類型：發明
國別省市：