用于焊接用于發電的轉子的方法
【專利摘要】本發明涉及用于焊接用于發電的轉子的方法。具體而言，涉及一種用于焊接用于發電(燃氣渦輪、蒸汽渦輪、發電機)的轉子的方法，該轉子包括沿轉子軸線布置的多個轉子盤。通過焊縫制備加工步驟來避免昂貴且耗時的附加加工步驟，焊縫制備加工步驟包括制備TIG焊接間隙到SAW焊接間隙過渡的最佳過渡幾何形狀，該幾何形狀具有第一開口(28)和第二開口(29)，第一開口(28)具有第一開口角度，第二開口(29)具有大于第一開口角度的第二開口角度。
【專利說明】用于焊接用于發電的轉子的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及渦輪機技術。根據權利要求1的前序，涉及用于焊接用于發電（燃氣 渦輪、蒸汽渦輪、發電機）的轉子的方法，轉子包括沿轉子軸線布置的多個轉子盤。

【背景技術】
[0002] 文獻 EP 0 665 079 A1 和 EP 2 215 329 A1 (即 TO 2009/065739 A1)描述了用于 焊接用于發電（燃氣渦輪、蒸汽渦輪、發電機）的轉子的原理，轉子包括沿轉子軸線布置的 多個轉子盤，因而使用鎢惰性氣體（TIG)焊接，特別地，很窄間隙的TIG來用于焊接接頭的 根部區域，且隨后使用埋弧焊（SAW)來填充焊縫。
[0003] 圖1(類似于EP 0 665 079 A1)示出在焊接轉子10的兩個相鄰轉子盤11與12 之間具有焊縫13的現有技術焊接接頭。在焊接之前，兩個盤11和12與高度h的中心階梯 接頭20鄰接，從而形成極窄間隙19和窄間隙14,極窄間隙19由盤11和12的極窄間隙構 件面23和24限定，窄間隙14由盤11和12的窄間隙構件面15和16限定。
[0004] 極窄間隙19填充有TIG焊縫25,各個焊縫在整個極窄間隙寬度b上延伸。窄間隙 14填充有SAW焊縫17、18, SAW焊縫17、18小于窄間隙寬度a且交替抵靠相對的窄間隙構件 面15和16,且在窄間隙14的中部重疊。在TIG焊接期間，焊接接頭根部處的熔化區域22 烙化。此外，具有減壓凸脊（relieving ridge)寬度c和高度d和減壓凸脊角度α的減壓 凸脊21設在焊接接頭的根部處。
[0005] 通常在轉子盤的垂直堆疊中焊接極窄間隙的TIG焊接部（焊縫25)(例如，見TO 2009/065739 A1的圖2)，且在水平位置中填充隨后填充的SAW焊接部（SAW焊縫17、18)(例 如，見W0 2009/065739 A1的圖3)。TIG-SAW過渡示為具有用于SAW區域的U形焊接接頭 制備。
[0006] 此類現有摶術焊接接頭的典型尺寸為： TIG極窄間隙的典型寬度：b = 10mm。
[0007] SAW窄間隙的典型寬度：a = 17mm。
[0008] 因此，根據現有技術，在第一步驟中，鍛造且經NDT測試的盤被加工來用于焊縫制 備。
[0009] 隨后，盤用卡釘釘在彼此的頂部上，且檢查它們相對于彼此和作為整體的偏心 (run-out)，且如果需要則進行調整。
[0010] 現在，在盤處于垂直位置的情況下，在沒有焊接填料的情況下使用TIG焊接熔融 焊接部的根部。
[0011] 此后，使用很窄間隙的TIG焊接利用基體金屬焊接填料來增大焊接高度，以允許 轉子傾斜到水平位置中。
[0012] 在使轉子傾斜到水平位置中之后，焊接完成，從而使用SAW焊接填充焊接部。
[0013] 最后，使用超聲波（US)測試來對轉子的焊接部進行NDT檢查。
[0014] 如上文已經提到的那樣，在文獻EP 0 665 079 A1和EP 2 215 329 A1中更詳細 地描述用于發電設備的轉子的焊接。
[0015] 推薦用于SAW焊接的焊縫幾何形狀在DIN EN ISO 9692-2表1和2中給出。來自 TIG的窄間隙需要實際上填充到SAW接頭制備的U形部的底部。由于在沒有附加加工的情 況下吸收氧，故這未必能夠實現，或者必須找到用于過渡的解決方案，該解決方案允許U形 接頭制備的底部的若干分散度。
[0016] 為了 TIG到SAW的過渡區域的適當的NDT結果，如果窄間隙朝用于TIG的窄間隙 的端部加寬，則惰性氣流將需要增大到3到5倍。
[0017] 利用用于SAW的U形接頭制備，以及使用具有V形根部制備的U形部（DIN EN ISO 9692-2中的1. 3. 7)，偶爾發現高于可接受極限的NDT指示，這需要昂貴的重新加工。
[0018] 因此，用于TIG與SAW之間的過渡帶的現有技術需要在TIG焊接之后且SAW焊接 之前進行加工，以確保最佳的過渡區域非破壞性測試（NDT)結果。在該情況下，對于SAW，將 在TIG焊接完成之后完成根據DIN EN ISO 9692-2的焊接接頭制備，其中特征長度參數i、 k、l、m、半徑r和角度β (見圖2)。
[0019] 然而，TIG焊接之后的該附加加工耗時，且增加了制造成本。


【發明內容】

[0020] 本發明的一個目的在于提供一種用于焊接用于發電（燃氣渦輪、蒸汽渦輪、發電 機）的轉子的方法，轉子包括沿轉子軸線布置的多個轉子盤，該方法避免了現有技術方法 的缺點，且顯著減少制造時間和成本。
[0021] 該目的通過根據權利要求1的方法來獲得。
[0022] 根據本發明的用于焊接用于發電（燃氣渦輪、蒸汽渦輪、發電機）的轉子（該轉子 包括沿轉子軸線布置的多個轉子盤）的方法包括以下步驟： 提供鍛造的且經NDT測試的轉子盤； 加工所述盤來用于焊縫制備，所述焊縫制備包括內側窄TIG焊接間隙和鄰接的外側 SAW焊接間隙； 將盤用卡釘釘到彼此的頂部上； 檢查用卡釘釘的盤相對于彼此和作為整體的偏心，且如果需要則調整卡釘； 在沒有焊接填料的情況下使用TIG焊接熔融焊接部的根部； 利用基體金屬焊接填料通過窄間隙TIG焊接來增大焊接高度，以允許轉子傾斜到水平 位置中。
[0023] 使轉子傾斜到水平位置中； 通過使用SAW焊接來填充外側SAW焊接間隙來完成焊接；和 通過使用超聲波測試的NDT來檢查轉子的焊接部。
[0024] 其特征在于，所述焊縫制備加工步驟包括制備TIG焊接間隙到SAW焊接間隙過渡 的最佳過渡幾何形狀，該幾何形狀具有第一開口和第二開口，第一開口具有第一開口角度， 第二開口具有大于所述第一開口角度的第二開口角度。
[0025] 根據本發明的實施例，所述第一開口具有V形形狀。
[0026] 具體而言，所述第一開口具有與堅向成約30°的開口角度。
[0027] 具體而言，所述第一開口具有幾 mm的高度，優選地為3_。
[0028] 根據本發明的另一個實施例，所述第二開口具有V形形狀，且以預定半徑進入SAW 焊接間隙的側壁中。
[0029] 具體而言，所述第二開口具有與堅向成約70°的開口角度。
[0030] 具體而言，預定半徑約為4_。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 現在借助于不同實施例且參照附圖來更詳細地說明本發明。
[0032] 圖1示出根據現有技術的轉子盤之間的焊接接頭； 圖2示出根據DIN EN ISO 9692-2的接頭制備的幾何形狀，其在現有技術中必須在TIG 焊接之后完成； 圖3示出用于避免TIG和SAW過程之間的加工的從TIG到SAW的過渡的第一嘗試的實 例；且 圖4為根據本發明的轉子盤焊接接頭中的從TIG到SAW區段的過渡的實施例。
[0033] 參考標號列表 10轉子 11、12轉子盤 13焊縫 14窄間隙 15、16構件面（窄間隙） 17、18 SAW 焊縫 19極窄間隙 20中心階梯接頭 21減壓凸脊 22熔化區域 23、24構件面（極窄間隙） 25 TIG焊縫 26轉子盤 27 V形根部 28、29 開口 30側壁 a窄間隙寬度 b極窄間隙寬度 c減壓凸脊寬度 d減壓凸脊高度 h中心階梯接頭高度 α (與水平的）減壓凸脊角度。

【具體實施方式】
[0034] 已認識到，TIG和SAW焊接之間的附加加工可通過兩種可能性來省略：或者（1)通 過用于接近到SAW的過渡的TIG焊接的增大的惰性氣體吹掃來避免接近TIG焊接的結束的 氧吸收，或者（2)通過TIG和SAW焊接區段之間的過渡的當前所選幾何形狀的改善來降低 氧吸收的風險，而不改變根據文獻CH 700 542 Al(等同于US 2010/0224597 A1)的當前使 用的窄間隙TIG噴燃器的設計。
[0035] 根據本發明，由于較容易且成本較低、可實現的可能性，故已決定優化過渡幾何形 狀且保持當前惰性氣體流恒定。
[0036] TIG到SAW的焊接過渡的優化過渡幾何形狀改善了用于發電應用的焊接轉子的 NDT結果。優化的過渡具有以下重要性： ?其消除了 TIG與SAW之間的機械處理。
[0037] ?其消除了 TIG到SAW的過渡處的焊接缺陷的風險。
[0038] ?在TIG焊接和轉子傾斜到水平位置中之后，可在沒有其它制備的情況下完成SAW 焊接。
[0039] ?可代替冷焊絲使用TIG熱焊絲。
[0040] ?可替代較大的TIG線使用藥芯（flux cored) TIG焊絲。
[0041] ?可替代典型單面焊接（single welding)使用SAW串列多弧焊（tandem welding)〇
[0042] 在第一嘗試中，對于從TIG到SAW的過渡，類似于DIN ΕΝ ISO 9692-2的具有V形 根部27(帶與堅向成約30°的開口）的U形形狀選定在轉子盤26(見圖3)處。然而，認為 這是不適當的，因為偶爾通過NDT(US)發現TIG到SAW的過渡帶中的高量指示高達需要重 新加工（移除且重焊）的不可接受的指示。
[0043] 另外，達到全部SAW寬度的V形根部的第二嘗試給出了令人不滿意的NDT結果。
[0044] 圖4示出具有連續的良好NDT結果的最終選定幾何形狀。它基本上是第一開口 28 和第二開口 29的組合，第一開口 28與堅向（相對于轉子軸線的徑向方向）成約30°，高度 3mm，后面跟著第二開口 29,第二開口 29與堅向成約70°，帶有進入SAW焊接部的側壁30 中的大約（優選地等于）4mm(R4)的預定半徑R。
[0045] 優點： 本發明的優點在于與迄今使用的接頭制備相比實現了較好的NDT結果，而沒有TIG與 SAW之前的加工，避免了在TIG焊接之后的SAW接頭制備所需的附加加工成本和附加前置時 間。
[0046] 豐要應用： 用于目前的和將來的燃氣渦輪、蒸汽渦輪和渦輪發電機的轉子。
【權利要求】
1. 一種用于焊接用于發電（燃氣渦輪、蒸汽渦輪、發電機）的轉子的方法，所述轉子包 括沿轉子軸線布置的多個轉子盤，所述方法包括以下步驟： 提供鍛造且經NDT測試的轉子盤（26); 加工所述盤（26)以用于焊縫制備，所述焊縫制備包括內側窄TIG焊接間隙和鄰接的外 側SAW焊接間隙； 將所述盤（26)用卡釘釘到彼此的頂部上； 檢查用卡釘釘的盤（26)相對于彼此和作為整體的偏心，且如果需要則調整卡釘； 在沒有焊接填料的情況下使用TIG焊接熔融焊接部的根部； 通過窄間隙TIG焊接利用基體金屬焊接填料來增大焊接高度，以允許所述轉子傾斜到 水平位置中； 使所述轉子傾斜到水平位置中； 通過使用SAW焊接來填充所述外側SAW焊接間隙，以完成焊接；并且 通過使用超聲波測試的NDT來檢查所述轉子的焊接部； 其特征在于 所述焊縫制備加工步驟包括制備TIG焊接間隙到SAW焊接間隙過渡的最佳過渡幾何形 狀，所述幾何形狀具有第一開口（28)和第二開口（29)，所述第一開口（28)具有第一開口角 度，所述第二開口（29)具有大于所述第一開口角度的第二開口角度。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一開口（28)具有V形形狀。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一開口（28)具有與堅向成約30° 的開口角度。
4. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一開口（28)具有幾 mm的高度，優 選地為3mm。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二開口（29)具有V形形狀，且以預 定半徑（R)進入所述SAW焊接間隙的側壁（30)中。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二開口（29)具有與堅向成約70° 的開口角度。
7. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述預定半徑（R)約為4mm。
【文檔編號】B23K9/167GK104096953SQ201410139710
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2013年4月4日
【發明者】S.科勒, W.M.巴巴奇, G.吉奧吉, H.基伊維 申請人:阿爾斯通技術有限公司