CN113829004B - 大型开槽焊接叶轮的焊接变形控制方法及开槽焊接叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型开槽焊接叶轮的焊接变形控制方法及开槽焊接叶轮，其中，焊接变形控制方法通过在轮盘上铣制出与叶片相对应的第一槽体，并在第一槽体远离叶片的一侧铣制出第二槽体，将焊接开槽铣制出两部分，即为第一槽体和第二槽体；沿第一槽体将轮盘与叶片焊接，并仅对第一槽体填充满，使在第一槽体内形成焊接填充线，再通过保持第二槽体未被填充的状态，使焊材的填充量达到了焊缝填充线即可，第二槽体单纯为了增加刚度，这样结合使用，一来通过增大母材余量，使轮盘变厚，进而增加了母材本身的刚度，并提高抵抗变形的能力；二来，不增加焊缝填充量，减小了导致叶轮变形的根源。

Description

大型开槽焊接叶轮的焊接变形控制方法及开槽焊接叶轮

技术领域

本发明属于离心压缩机技术领域，具体涉及一种大型开槽焊接叶轮的焊接变形控制方法及开槽焊接叶轮。

背景技术

开槽焊接叶轮是解决在流道内无法实现焊接的一种焊接叶轮形式。具体是，将叶片铣制在轮盖上，在轮盘上与叶片相对应的位置铣出槽，该槽留有一定厚度的槽底不铣透，通过定位方法，将轮盖轮盘组立到一起，使轮盘的槽底与槽底下面的叶片刚好位置对应。再使用氩弧焊(TIG)将槽底自熔(不填充焊丝)进行封底焊接，将叶片与轮盘焊为一体，最终将开槽部位全部填满的焊接方法。

通常开槽焊叶轮外径较小，基本不超过800mm，但是近年来，由于新模型级的出现，国际市场拓展，加上叶轮结构限制，导致大直径，主要指外径在1m以上的开槽焊叶轮数量突增。直径越大，变形风险就越大，如果延续以往小直径开槽焊叶轮的焊接制造方式，在叶轮生产过程中会出现以下问题：1.叶轮消应力后进行粗加工时，外圆封闭的部分无法车开，流道无法裸露出来，导致无法修磨焊缝，也无法检查焊缝的焊脚尺寸和外观；2.叶轮性能热处理后经常出现轮盘外侧型线不够加工，主要出现部位为轮盘外侧，位置大约在叶片进风口处三分之一到三分之二叶片长度范围；诸如此类的问题，处理起来是非常棘手的，因为如果轮盘外侧余量不够，不可能对整个盘面进行大面积补焊，如果不处理，便无法满足图纸要求，局部尺寸薄，型线不流畅，有的甚至因为变形过大，造成报废，造成巨大的经济损失。

针对此类问题，虽然看似余量不足导致的，但是实则不然，盲目加大轮盘余量，采用氩弧焊(TIG)进行打底焊接时，会因焊枪的焊嘴长度不足而无法进行。且变形本身主要原因之一就是焊接，加大余量，会加大槽体焊接量，过大的焊接量对此类叶轮有百害而无一利，反而会使变形更为严重，因此对于大直径开槽焊叶轮，提出一套合理的控制变形的制造方法是非常重要的。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种大型开槽焊接叶轮的焊接变形控制方法及开槽焊接叶轮。

本发明第一方面提供的一种大型开槽焊接叶轮的焊接变形控制方法，包括：

在轮盖毛坯上铣制出叶片；

在所述轮盘上铣制出与所述叶片相对应的第一槽体，并在所述第一槽体远离所述叶片的一侧铣制出第二槽体；

沿所述第一槽体将所述轮盘与所述叶片焊接，并对所述第一槽体填充满，完成对所述叶片和所述轮盘的焊接。

进一步的，在所述轮盘上铣制出与所述叶片相对应的第一槽体时，包括：

根据所述叶片的厚度值，确定所述第一槽体的槽底宽度值；其中，所述第一槽体的槽底宽度值不小于所述叶片的厚度值。

进一步的，在所述轮盘上铣制出与所述叶片相对应的第一槽体时，包括：

根据所述叶片的厚度值、以及所述叶片的叶型确定在所述轮盘上的开槽轨迹和槽底宽度值；

根据确定的开槽轨迹和槽底宽度值对所述轮盘进行开槽，使所述轮盘上形成横截面为等腰梯形的第一槽体。

进一步的，所述第一槽体内的两个侧壁与槽底之间的角度均为75-80°。

进一步的，在所述第一槽体远离所述叶片的一侧铣制出第二槽体时，包括：

在所述轮盘上对所述第一槽体远离所述叶片的一侧进行铣制，使所述第一槽体远离所述叶片的一侧形成横截面为长方形的第二槽体。

进一步的，所述第二槽体的横截面的中心轴线与所述第一槽体的横截面的中心轴线在同一直线上。

进一步的，所述第二槽体的宽度值大于所述第一槽体远离所述槽底一侧的宽度值。

进一步的，所述第二槽体的高度为3-5mm。

进一步的，在对在所述轮盘上铣制出与所述叶片相对应的第一槽体前，还包括对所述轮盘的外侧边进行铣制，使所述轮盘的外侧边的外侧角为3-4°。

本发明第二方面提供的一种开槽焊接叶轮，由如上述所述的方法加工而得。

本发明提供的一种大型开槽焊接叶轮的焊接变形控制方法及开槽焊接叶轮，通过在轮盘上铣制出与叶片相对应的第一槽体，并在第一槽体远离叶片的一侧铣制出第二槽体，将焊接开槽铣制出两部分，即为第一槽体和第二槽体；沿第一槽体将轮盘与叶片焊接，并仅对第一槽体填充满，使在第一槽体内形成焊接填充线，再通过保持第二槽体未被填充的状态，使焊材的填充量达到了焊缝填充线即可，第二槽体单纯为了增加刚度，这样结合使用，一来通过增大母材余量，使轮盘变厚，进而增加了母材本身的刚度，并提高抵抗变形的能力；二来，不增加焊缝填充量，减小了导致叶轮变形的根源。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明示例性实施例提供的一种大型开槽焊接叶轮的焊接变形控制方法的流程图；

图2为现有技术的叶片和轮盘未焊接之前的结构示意图；

图3为本发明示例性实施例提供的叶片和轮盘未焊接之前的结构示意图

图4为现有技术的轮盖和叶片的结构示意图；

图5为本发明示例性实施例提供的轮盖和叶片的结构示意图；

图6为本发明示例性实施例提供的另一种大型开槽焊接叶轮的焊接变形控制方法的流程图；

图7为现有技术的轮盘的结构示意图；

图8为本发明示例性实施例提供的轮盘的结构示意图；

图9为本发明示例性实施例提供的轮盘的结构示意图。

具体实施方式

为克服现有技术中的不足，本发明提供一种大型开槽焊接叶轮的焊接变形控制方法及开槽焊接叶轮。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

本发明提供的一种大型开槽焊接叶轮的焊接变形控制方法，参见图1，如包括如下步骤：

S100、在轮盖毛坯上铣制出叶片。

同时，为了保证轮盖1和叶片2在消应力后，流道能够正常车开，不存在毛刺、薄皮等现象，还对焊接叶轮的外圆焊前余量及流道焊前余量进行调整，具体包括：如图4所示，按照现有技术中的焊接叶轮的焊前余量标准，即为，轮盘3的外圆较精加工尺寸单边预留12mm余量，叶片2的出风口处较精加工尺寸单边预留7mm余量，参见图5，针对直径在1000mm以上的焊接叶轮，将轮盘3的外圆较精加工尺寸单边预留调整到15mm，叶片2的出风口处余量调整为单边10mm，本发明通过对于以上两处叶轮焊前余量调整，事实上相当于延长了叶轮流道的长度，即使热处理后收缩较大，在原有余量基础上提高3mm流道长度，刚好弥补了叶轮外圆车不开的长度，且提高余量不多，不会对采购叶轮原料方面造成成本上的浪费。

S200、在轮盘上铣制出与叶片相对应的第一槽体，并在第一槽体远离叶片的一侧铣制出第二槽体。

具体的，当叶片2的焊接叶片铣制出时，在轮盘3上铣制出与叶片2相对应的第一槽体4时，包括：根据焊接叶片的厚度值，确定第一槽体4的槽底宽度值；其中，第一槽体4的槽底宽度值不小于叶片的厚度值，参见图3，第一槽体4的槽底宽度值与叶片的厚度值之间的差为0.5mm。

进一步的，参见图6，在轮盘上铣制出与叶片相对应的第一槽体时，包括如下步骤：

S201、根据焊接叶片的厚度值、以及叶片的叶型确定在轮盘上的开槽轨迹和槽底宽度值。

S202、根据确定的开槽轨迹和槽底宽度值对轮盘进行开槽，使轮盘上形成横截面为等腰梯形的第一槽体。

作为具体的，参见图3，在采用氩弧焊(TIG)进行对第一槽体4和叶片2进行打底焊接时，会因焊枪的焊嘴宽度而使焊嘴无法伸入到焊接槽体内，因此，作为优选的将第一槽体4内的两个侧壁与槽底之间的角度均为75-80°，以便焊枪的焊嘴可顺利的伸入到第一槽体4内，作为优选的，两个侧壁与槽底之间的角度均为77.5°。

更进一步的，在第一槽体远离所述叶片的一侧铣制出第二槽体时，包括：

在轮盘上对第一槽体远离叶片的一侧进行铣制，使第一槽体远离叶片的一侧形成横截面为长方形的第二槽体。在仅对第一槽体填充满后，长方形的第二槽体在不被填充的状态下，第二槽体与填充到第一槽体内的焊接填充线所成的母材余量可增加叶轮基体的刚度。

具体的，第二槽体的横截面的中心轴线与第一槽体的横截面的中心轴线在同一直线上。

其中，参见图3，第二槽体5的宽度值大于第一槽体4远离槽底一侧的宽度值。当第一槽体4被填充后，通过将第一槽体4内的焊接填充线外的坡口宽度大于第一槽体4的宽度，使本发明提供的第一槽体4和第二槽体5所组成的焊接槽体不会因为槽深而影响焊接操作，同时，也不会不增加原材料采购尺寸，进而不提高成本。

S300、沿第一槽体将轮盘与叶片焊接，并对第一槽体填充满，完成对叶片和轮盘的焊接。

具体的，第二槽体的高度为3-5mm。

需要说明的是，为了加大叶轮基体的刚度，需要将现有技术中的轮盘外侧尺寸(参见图2和7)为10mm，提高至如图8所示的10-13mm。但这种方法还会带来了相应的问题，即为当现有开槽焊接标准是将如图2所示的焊接槽体6全部填满，但这部分增加的轮盘5的重量，会导致坡口深度增加，焊接量也随之大大增加，对叶轮仍旧是百害无一利。为此，本发明将焊接开槽铣制出两部分，即为第一槽体4和第二槽体5，在沿第一槽体4将轮盘3与叶片2焊接，并仅对第一槽体4填充满，保持第二槽体5未被填充的状态，使第一槽体4内形成焊接填充线，以使第二槽体5与填充到第一槽体4内的焊接填充线形成的母材余量，在第二槽体4所成的母材余量不填充满的情况下，焊材的填充量达到了焊缝填充线即可，未被填充的母材余量单纯为了增加刚度，这样结合使用，一来母材余量增大，轮盘3变厚，增加了母材本身的刚度，提高了抵抗变形的能力；二来，不增加焊缝填充量，减小了导致叶轮变形的根源。

在一些实施方式中，参见图9，在对在轮盘3上铣制出与叶片2相对应的第一槽体4前，还包括对轮盘3的外侧边进行铣制，使轮盘3的外侧边的外侧角α为3-4°，以避免轮盘3外侧余量不够的情况，进而更好的改善轮盘3外侧变形问题，由于轮盘3的外侧边恰好是在叶片2进风口处三分之一到三分之二叶片范围内，因此，对轮盘3的外侧边的外侧角的调整可最大弥补改善轮盘3外侧形变的问题，是一种不增加成本、简单、有效且解决根本问题的方法。

本发明提供的一种开槽焊接叶轮，由如上述所述的方法加工而得。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种大型开槽焊接叶轮的焊接变形控制方法，其特征在于，包括：

在轮盖毛坯上铣制出叶片；

在轮盘上铣制出与所述叶片相对应的第一槽体，并在所述第一槽体远离所述叶片的一侧铣制出第二槽体；

沿所述第一槽体将所述轮盘与所述叶片焊接，并对所述第一槽体填充满，完成对所述叶片和所述轮盘的焊接；

仅对第一槽体填充满，保持第二槽体未被填充的状态，使第一槽体内形成焊接填充线；

根据所述叶片的厚度，确定所述第一槽体的槽底宽度值；其中，所述第一槽体的槽底宽度值不小于所述叶片的厚度值；

根据所述叶片的厚度值、以及所述叶片的叶型确定在所述轮盘上的开槽轨迹和槽底宽度值；

根据确定的开槽轨迹和槽底宽度值对所述轮盘进行开槽，使所述轮盘上形成横截面为等腰梯形的第一槽体；

在所述轮盘上对所述第一槽体远离所述叶片的一侧进行铣制，使所述第一槽体远离所述叶片的一侧形成横截面为长方形的第二槽体；

所述第二槽体的横截面的中心轴线与所述第一槽体的横截面的中心轴线在同一直线上；

所述第二槽体的宽度值大于所述第一槽体远离所述槽底一侧的宽度值；

所述第二槽体的高度为3-5mm。

2.根据权利要求1所述的大型开槽焊接叶轮的焊接变形控制方法，其特征在于，所述第一槽体内的两个侧壁与槽底之间的角度均为75-80°。

3.根据权利要求1至2任一项所述的大型开槽焊接叶轮的焊接变形控制方法，其特征在于，在对在所述轮盘上铣制出与所述叶片相对应的第一槽体前，还包括对所述轮盘的外侧边进行铣制，使所述轮盘的外侧边的外侧角为3-4°。

4.一种开槽焊接叶轮，其特征在于，由如权利要求1至3任一所述的方法加工而得。

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