專利名稱：汽輪機閥門部套司太立合金等離子噴焊方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽輪機閥門部套外圓面大面積等離子噴焊技術，具體地是汽輪機閥門部套等離子噴焊方法及設備。
背景技術：
申請人生產的300MW以上汽輪機中閥門部套，如高壓進汽管、抽汽管、閥桿、閥蝶、閥座等耐磨面需要堆焊司太立合金，原來只能采用氬弧焊工藝，其缺點是效率低，缺陷多，不能滿足設計和生產要求，該類產品成為生產任務瓶頸口。經反復研究試驗，成功研發出用于大面積外圓面的等離子噴焊方法及專用配套設備。該技術用于汽輪機閥門部套類外圓面大面積司太立合金等離子噴焊，據申請人所知，在國內系首創。

發明內容
等離子噴焊設備的制造與噴焊工藝密不可分，先有噴焊工藝才能制定設備方案。因此，本發明的任務之一是為了解決上述技術難題，研發出用于大面積外圓面的等離子噴焊方法。
本發明的任務之二是實現用于大面積外圓面的等離子噴焊方法的專用配套設備。
本發明的方法，其工藝過程為來料、夾裝、預熱，等離子噴焊，熱處理，加工、無損檢驗、精加工過程，過程控制點為等離子噴焊，熱處理，(1)等離子噴焊為大面積噴焊司太立合金粉末，采用移動、多焊道環狀搭接焊道，擺幅控制在30mm以下，焊層厚度3-5mm，非弧電流50-70A，轉移弧電流190-220A，轉移弧電壓38-40V，送粉量55-60g/Min，擺寬20-30mm，擺頻25-30，焊接速度50-70mm/Min；
(2)熱處理焊后熱處理溫度640-690±15℃，保持時間六至八小時，每小時最大升溫為75℃，每小時最大降溫為75℃，降溫至300℃以下時，出爐。
本發明的噴焊設備由PLC控制系統，等離子噴焊電源、噴焊槍，送粉器，擺動器，焊接機架，焊接變位器，冷卻系統，水冷電纜連接組成，在具有導軌的可位移機架上安裝有焊炬及夾裝工件，送粉器及非弧、轉弧電源，PLC控制柜連接控制氬氣、變位器、擺動器及水冷機以及集水、電、氣、粉于一身的焊炬，焊炬安裝于擺動器上，非弧、轉弧電源通過焊炬作用于工件上。
所述PLC控制系統，為整個工藝過程的各個參數集中控制的觸摸屏式控制柜。
所述等離子噴焊電源，非轉移弧電源與轉移弧電源二合一，共用陰極，非弧空載電源采用大電壓200V，轉弧最大電流400A，有很好的伏安特性及100％的暫載率。
所述送粉器是在工作時通過電壓的調節來控制送粉量大小的電動送粉器。
所述擺動器是采用微電腦控制的擺動系統。
所述焊接機架是底部安裝有導軌的，可實現X、Y、Z三個方向上的位移的焊接機架。
所述焊接變位器是可實現135°傾斜、還能水平回轉、轉速可調、轉速比達100的、能夾裝2T工件的焊接變位器。
本發明經模擬試驗，從模擬試件的微觀分析看，其組織狀況極佳，組織致密而純凈，無夾渣、疏松、氧化、氣孔與微裂紋一類(在其它方法堆焊setllie層中常見到過)的任何缺陷；解剖發現，等離子噴焊焊道與基材形成的冶金結合層純凈無暇，無其它堆焊方法常見的、來自基材側深色組織形成的須狀方式的滲透污染(該類組織增加司太立稀釋率，降低司太立硬度)；通過對模擬試件的解剖分析，等離子噴焊稀釋率低，焊縫純凈，通過試驗摸索出的工藝參數熔合良好，焊層硬度達到設計要求，可用于進氣管筒形件與閥桿產品的等離子噴焊；PLC控制系統，為整個工藝過程的各個參數集中控制的觸摸屏式控制柜，它將整個焊接過程中的各個參數集中控制，對通離子氣、起非轉移弧、通送粉器、送粉、擺動器動作、起轉移弧、變位器轉動、電流衰減、停止轉動、停止擺動、停弧等一系列操作，其間延時時間可根據工藝要求設置，一鍵完成，簡單可靠，并具有較高的焊接自動化水平，保證了焊接質量；從產品應用看，如進氣管磨削后可清晰的看到司太立焊層與基材的熔合線，申請入已生產有500余件完全合格的司太立合金等離子噴焊合格產品入庫。


圖1是本發明的等離子噴焊試件的高倍微觀組織照片。
圖2是本發明的等離子噴焊試件的熔合線冶金結合高倍放大照片。
圖3是本發明的等離子噴焊產品、等離子噴焊并熱處理后的高壓進氣管照片。
圖4是本發明的等離子噴焊產品、精磨后的進氣管照片。
圖5是本發明的設備焊接流程控制示意圖。
圖6是本發明的產品焊后熱處理曲線圖。
圖7是本發明的設備原理框圖。
圖7中代號含義1PLC控制柜 2送粉器 3擺動器 4變位器 5非弧、轉弧電源 6機架 7焊炬 8氬氣 9工件 10水冷機具體實施方式
首先需要確定解決汽輪機閥門部套類大面積外圓面的等離子噴焊方法，其工藝過程為來料、夾裝、預熱，等離子噴焊，熱處理，加工、無損校驗、精加工過程，過程控制點為等離子噴焊，熱處理。等離子噴焊為大面積噴焊司太立合金粉末(如司太立6#合金粉末)，采用移動、多焊道環狀搭接焊道，擺幅控制在30mm以下，焊層厚度3-5mm，非弧電流50-70A，轉移弧電流190-220A，轉移弧電壓38-40V，送粉量55-60g/Min，擺寬20-30mm，擺頻25-30，焊接速度50-70mm/Min。
其次需要解決實現工藝方法的噴焊司太立合金的設備。
參照圖7，由PLC控制系統(1)，等離子噴焊電源(5)、噴焊槍(7)，送粉器(2)，擺動器(3)，焊接機架(6)，焊接變位器(4)，冷卻系統(10)，水冷電纜連接組成，在具有導軌的可位移機架(6)上安裝有焊炬(7)及夾裝工件(9)，送粉器(2)及非弧、轉弧電源(5)，PLC控制柜(1)連接控制氬氣(8)、變位器(4)、擺動器(3)及水冷機(10)以及集水、電、氣、粉于一身的焊炬(7)，焊炬(7)安裝于擺動器(3)上，非弧、轉弧電源(5)通過焊炬(7)作用于工件(9)上。PLC控制系統，為整個工藝過程的各個參數集中控制的觸摸屏式控制柜。等離子噴焊電源(5)，非轉移弧電源與轉移弧電源二合一，共用陰極，非弧空載電源采用大電壓200V，轉弧最大電流400A，有很好的伏安特性及100％的暫載率。等離子噴焊電源(5)，是LH-400P等離子噴焊電源，它集非轉移弧電源與轉移弧電源于一體，為IGBT逆變式，它為噴焊需用的高能量非轉移弧與轉移弧提供穩定的直流電源。送粉器(2)是在工作時通過電壓的調節來控制送粉量大小的電動送粉器。擺動器(3)是采用微電腦控制焊接擺動系統，其控制器采用先進的微電腦芯片作為運算、控制核心，采用光柵尺精密控制位移量，擺動拖板采用臺灣HIWIN的PMI系列精密滾珠絲桿和日本THK的直線導軌，可以很方便地設置擺動速度、擺幅、邊緣停留時間、位移量等，達到工藝的不同要求，方便快捷。噴焊槍(7)是等離子噴焊炬，它集水、電、氣與粉末于一身，是噴焊設備重要的一環，槍體的質量影響噴焊層質量。焊接機架(6)是2×2焊接機架，底部安裝有2m導軌，可實現X、Y、Z三個方向上的位移，滿足產品在焊接過程中對等離子噴焊槍的位置要求。焊接變位器(4)是可實現135°傾斜、還能水平回轉、轉速可調、轉速比達100的、能夾裝2T工件的焊接變位器。冷卻系統(10)，用于冷卻等離子噴焊槍工作時的循環式水冷系統中水的冷卻，采用氟里昂冷卻系統，可以更加準確地控制槍體進出口的水溫，輸出水壓0-5Kg可調，保證噴焊槍的正常工作。
參照圖6及圖3，等離子噴焊后需進行熱處理焊后熱處理溫度640-690±15℃，保持時間六至八小時，每小時最大升溫為75℃，每小時最大降溫為75℃，降溫至300℃以下時，出爐。
參照圖5、圖7及圖1、圖2、圖4，啟動PLC控制系統(1)，設置參數，選擇程序啟動焊接，按程序2、啟動水冷機(10)，按程序1啟動離子氣、送粉氣、保護氣，啟動非弧(5)，啟動擺動器(3)，開送粉器(2)，啟動轉弧(5)，[等離子弧發生源中的離子氣在噴焊槍(7)的噴嘴(陽極)和電極(陰極)之間借助高頻火花引燃等離子非轉移弧，在陰極和工件(轉弧陽極)之間通過等離子非轉移弧過渡引燃等離子轉移弧]，啟動變位器(4)開始噴焊，看噴焊是否完成，未完成噴焊則自動位移到下一焊道、繼續噴焊，完成噴焊后，按停止鍵并停轉弧、停送粉、停變位器、停非轉移弧、停止噴焊并停止水冷機。從等離子噴焊試件中可以看出鑄態枝晶組織細小，純凈，無缺陷及熔合線冶金結合；從等離子噴焊產品中可清晰看到司太立合金焊層與基材的熔合線。微觀可行，宏觀可靠，從而達到了本發明的目的。
權利要求
1.一種汽輪機閥門部套司太立合金等離子噴焊方法，其工藝過程為來料、夾裝、預熱，等離子噴焊，熱處理，加工、無損檢驗、精加工過程，過程控制點為等離子噴焊，熱處理，(1)等離子噴焊為大面積噴焊司太立合金粉末，采用移動、多焊道環狀搭接焊道，擺幅控制在30mm以下，焊層厚度3-5mm，非弧電流50-70A，轉移弧電流190-220A，轉移弧電壓38-40V，送粉量55-60g/Min，擺寬20-30mm，擺頻25-30，焊接速度50-70mm/Min；(2)熱處理焊后熱處理溫度640-690±15℃，保持時間六至八小時，每小時最大升溫為75℃，每小時最大降溫為75℃，降溫至300℃以下時，出爐。
2.一種汽輪機閥門部套司太立合金等離子噴焊設備，其特征在于由PLC控制系統，等離子噴焊電源、噴焊槍，送粉器，擺動器，焊接機架，焊接變位器，冷卻系統，水冷電纜連接組成，在具有導軌的可位移機架上安裝有焊炬及夾裝工件，送粉器及非弧、轉弧電源，PLC控制柜連接控制氬氣、變位器、擺動器及水冷機以及集水、電、氣、粉于一身的焊炬，焊炬安裝于擺動器上，非弧、轉弧電源通過焊炬作用于工件上。
3.根據權利要求2所述的設備，其特征在于PLC控制系統，為整個工藝過程的各個參數集中控制的觸摸屏式控制柜。
4.根據權利要求2所述的設備，其特征在于等離子噴焊電源，非轉移弧電源與轉移弧電源二合一，共用陰極，非弧空載電源采用大電壓200V，轉弧最大電流400A，有很好的伏安特性及100％的暫載率。
5.根據權利要求2所述的設備，其特征在于送粉器是在工作時通過電壓的調節來控制送粉量大小的電動送粉器。
6.根據權利要求2所述的設備，其特征在于擺動器是采用微電腦控制的擺動系統。
7.根據權利要求2所述的設備，其特征在于焊接機架是底部安裝有導軌的，可實現X、Y、Z三個方向上的位移的焊接機架。
8.根據權利要求2所述的設備，其特征在于焊接變位器是可實現135°傾斜、還能水平回轉、轉速可調、轉速比達100的、能夾裝2T工件的焊接變位器。
全文摘要
本發明公開了一種汽輪機閥門部套司太立合金等離子噴焊方法及設備。等離子噴焊設備的制造與噴焊工藝密不可分，先有噴焊工藝才能制定設備方案。汽輪機閥門部套為外圓面噴焊，面積大，焊道多，故本發明采用移動焊道(多焊道)噴焊外圓面，焊層厚度控制在合理的范圍內。根據噴焊的特點，合理控制啟止搭接量、擺動幅度、水溫和水壓、工作氬氣、送粉和保護氬氣流量、送粉量、轉移弧電流與焊接速度、安排與工件材料相符合的去應力參數等參數配比，使噴焊的工件滿足設計要求。
文檔編號C23C24/00GK1804127SQ20051002227
公開日2006年7月19日 申請日期2005年12月14日 優先權日2005年12月14日
發明者胡蘊成, 鮑勤光, 黃嵐, 蒲勇, 邱述林, 劉顯惠 申請人:東方汽輪機廠