一种水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法与流程

本发明涉及水泵水轮机领域，尤其涉及一种水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法。

背景技术：

1、水泵水轮机座环焊接及运行的高应力区位于导叶根部的过渡圆弧区域，应力幅值由过渡圆弧向环板及导叶两侧呈递减趋势，座环导水机构中心线位置的应力比△σ/△σmax＜0.5，水泵水轮机座环一般为钢板焊接结构、分瓣铸件焊接结构或整铸结构。钢板焊接结构座环包括上环板1、下环板2以及导叶3，导叶与环板间连接焊缝4为t型接头形式；分瓣铸件焊接结构座环包括座环上半5、座环下半6组成，二者间连接焊缝7位于座环导水结构中心线处。其缺点是：

2、1)连接焊缝位于导叶根部的过渡圆弧区域，座环焊接及运行的高应力区与环板、导叶间t型连接焊缝高度重合，高应力作用于t型连接焊缝内部的薄弱组织，给机组的安全稳定运行带来风险。

3、2)对于小导叶开度d弦距s、长流道l的水泵水轮机座环，其环板与导叶焊接、打磨及无损检测等工序的制作工艺性差。

4、3)铸件材质的环板与导叶母材机械性能差，一般低于环板与导叶间的连接焊缝，同时铸件材质的环板与导叶母材组织致密度、无损检测纯净度差，铸造原始缺陷相对较多。

5、4)环板与导叶间连接焊缝多，接头熔敷金属量大，焊接、过渡圆弧打磨的周期长，过渡圆弧手工打磨的型线尺寸及表面光洁度不易保证。

6、5)导叶与环板间t型连接焊缝较难应用自动化焊缝方法，手工焊接质量不宜保证且焊接效率低。

7、6)分瓣铸件焊接结构或整铸结构的水泵水轮机座环无法实现耐蚀能力更强的碳钢环板与不锈钢导叶的异种金属结构功能设计及制造工艺。

8、综上，采用传统焊接结构形式及制造方法的水泵水轮机座环制造工艺性差，焊接及打磨的难度高、周期长，部件制造及运行的安全裕度相对较低，因此有必要研发出一种新型水泵水轮机座环制造方法。

技术实现思路

1、鉴如此，本发明通过采用一种新型水泵水轮机座环制造方法，可以取代传统焊接结构形式及制造方法的水泵水轮机座环，改善了座环产品的制造工艺性，在降低焊接、打磨工作量及难度的同时实现座环碳钢环板与不锈钢导叶的异种金属结构功能设计及制造工艺，实现了本导叶增材以及导叶间对接焊缝的自动化焊接，并提升了座环产品的制造质量及运行的安全裕度，本发明的技术方案为：以座环导水机构中心线为界将上环板、下环板与导叶分为上半及下半两部分，上半与下半独立制作并一体式设置半导叶，半导叶本体以及根部的过渡圆弧由增材制备，通过焊接座环导水机构中心线处的连接焊缝将上半与下半焊接成整体。

2、步骤一：导叶与环板的装配位置按导叶根部过渡圆弧外轮廓铣凹槽；

3、步骤二：在上半环板及下半环板的凹槽处采用奥氏体焊材堆焊过渡层；

4、步骤三：上半与下半背靠背状态由多机器人同步逐层增材焊接马氏体不锈钢材质半导叶；

5、步骤四：半导叶增材焊接后经消除应力热处理，之后将上半与下半拆开分离，再进行导叶轮廓面以及连接焊缝坡口的加工；

6、步骤五：最后，采用激光与电弧复合的焊接方法由多机器人同步焊接上半与下半间连接焊缝。

7、在上述水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法中，所述步骤一中的过渡层堆焊凹槽侧壁倾斜角不小于45度，且深度不小于5mm。

8、在上述水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法中，所述步骤二中，过渡层堆焊奥氏体焊材的铁素体含量在10％以上。

9、在上述水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法中，所述步骤三中的上半与下半的背靠背状态为上半环板的上平面与下半环板的下平面接触并搭焊成整体。

10、在上述水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法中，所述步骤三中的半导叶增材焊接方法为激光复合电弧，增材焊接路径规划为垂直于导叶厚度法向。

11、在上述水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法中，所述步骤五中的上半与下半间连接焊缝接头形式及焊接位置为窄间隙对接横焊接头。

12、本发明与现有技术相比的有益效果是：

13、1.本发明提出了一种水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法，与钢板焊接结构的座环相比，使座环连接焊缝避开了座环运行的高应力区，提升了座环产品的制造质量及运行的安全裕度。

14、2.本发明提出了一种水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法，与钢板焊接结构的座环相比，将环板与导叶间t型连接焊缝4变成上半与下半导叶间对接接头，降低了焊接及导叶根部过渡圆弧打磨的难度，易于实现自动化焊接方法，也提高了环板与导叶焊接、打磨及无损检测等工序的制造工艺性。

15、3.本发明提出了一种水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法，与钢板焊接结构的座环相比，将连接焊缝数量降低一半，缩短了焊接及打磨的周期，同时导叶根部过渡圆弧型线尺寸及表面光洁度由手工打磨变成机械加工，精度更高。

16、4.本发明提出了一种水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法，与分瓣铸件焊接结构或整铸结构的座环相比，采用激光复合电弧增材焊接方法制备的导叶母材机械性能、组织的致密度、无损检测的纯净度更优。

17、5.本发明提出了一种水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法，与分瓣铸件焊接结构或整铸结构的座环相比，采用激光复合电弧增材焊接方法可实现耐蚀能力更强的碳钢环板与不锈钢导叶的异种金属结构功能设计及制造工艺。

技术特征：

1.一种水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法，其特征在于：以座环导水机构中心线为界将上环板(1)、下环板(2)与导叶(3)分为上半(8)及下半(9)两部分，上半(8)与下半(9)独立制作并一体式设置半导叶(10)，半导叶(10)本体以及根部过渡圆弧(11)由增材制备，通过焊接座环导水机构中心线处的连接焊缝(12)将上半(8)与下半(9)焊接成整体，所述方法是通过如下步骤实现的：

2.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法，其特征在于：所述步骤一，过渡层(19)堆焊凹槽(16)侧壁倾斜角α不小于45度，且深度h1不小于5mm。

3.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法，其特征在于：所述步骤二，过渡层(19)堆焊奥氏体焊材的铁素体含量在10％以上。

4.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法，其特征在于：所述步骤三，上半(8)与下半(9)的背靠背状态为上半环板(17)的上平面与下半环板(18)的下平面接触并搭焊成整体。

5.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法，其特征在于：所述步骤三，半导叶(10)增材焊接方法为激光复合电弧，增材焊接路径规划为垂直于导叶(13)厚度法向。

6.根据权利要求1所述的一种水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法，其特征在于：所述步骤五，上半(8)与下半(9)间连接焊缝(12)接头形式及焊接位置为窄间隙对接横焊接头。

技术总结
本发明公开一种水泵水轮机座环异种钢半导叶增材制造方法。与钢板焊接结构座环相比，易于实现自动化焊接方法，也提高了环板与导叶焊接、打磨及无损检测等工序的制造工艺性；与分瓣铸件焊接结构座环或整铸结构座环相比，提高了导叶母材机械性能、组织致密度、无损检测纯净度，实现了耐蚀能力更强的碳钢环板与不锈钢导叶的异种金属结构功能设计及制造工艺，提高了导叶的耐磨蚀、耐汽蚀能力。

技术研发人员：甘洪丰,李海军,田井成,胡宗邱,魏方锴,刘壮,滕彬,周宇飞,王欣,王韧,曲丹
受保护的技术使用者：中国三峡建工（集团）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5