用于由球墨铸铁制造大尺寸的构件的方法 |
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| 申请号 | CN201180035929.2 | 申请日 | 2011-07-15 | 公开(公告)号 | CN103026008A | 公开(公告)日 | 2013-04-03 |
| 申请人 | 西门子公司; | 发明人 | 斯特凡·布吕斯克; 托尔斯滕-乌尔夫·克恩; 卡斯滕·尼珀尔德; 盛世伦; | ||||
| 摘要 | 一种用于由球墨 铸 铁 制造构件的方法具有下述步骤：以如下方式构造由球墨 铸铁 制成的构件（1），即由多个构件部件（2，3）组成构件（1）；成对地贴靠构件部件（2，3），其中由第一构件部件（2）的边缘部段（4）的边棱（6）和第二构件部件（3）的边缘部段（5）的边棱（7）形成接合部（8）中的一个；通过低 能量 的 电弧 焊 接或者 摩擦 焊接 或者 电子 束覆层或者热覆层或者感应覆层将缓冲材料（9，10）涂覆到边棱（6，7）上；焊接边缘部段（4，5），其中缓冲材料（9，10）选择成，使得在焊接边缘部段（4，5）时在构件部件（2，3）的球墨铸铁材料中不发生结构变化，其中应用基于镍的添加剂以用于涂覆缓冲材料（9，10），尤其应用SG-NiTi4或者SG-NiCu30MnTi。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于由球墨铸铁制造构件的方法，具有下述步骤： |
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| 说明书全文 | 用于由球墨铸铁制造大尺寸的构件的方法技术领域背景技术[0002] 球墨铸铁是具有球状石墨的铸铁，借助所述球墨铸铁能够低成本批量地制造确定为大尺寸的构件。例如，传统上，在确定的温度范围内并且根据结构类型由球墨铸铁制造蒸汽轮机的壳体。然而，例如在蒸汽电厂中用于发电的、按照上限功率范围的蒸汽轮机的几何尺寸大至，使得在铸造球墨铸铁时出现问题。因此例如，在这种蒸汽轮机壳体中出现损害蒸汽轮机壳体的强度的不规则性和缺陷部位的可能性很高。不规则性和缺陷部位根据在构件中的位置和所涉及的部位的功能而可能是不可容忍的。由此限制由球墨铸铁制成的壳体构件的最大的许用尺寸。补救措施是，实现由多个小的、在铸造技术上不关键的部件组成的壳体构件。当然，对此的前提是，所述部件能够相互焊接地形成壳体。部件能够经由大面积的焊接连接部相互连接，为此需要适当的焊接方法。当然，没有已知下述制造方法，借助所述制造方法能够由球墨铸铁制造这种大面积的焊接连接部，而焊缝方面的特性没有相对于基本材料显著变差。 [0003] 在由球墨铸铁制成的铸造构件中通常总是出现不规则性和缺陷部位。与不规则性和缺陷部位的位置和大小相关的是，所涉及的铸造构件是否必须作为次品而被丢弃。对于小的局部缺陷部位而言已知补焊方法。这种补焊方法例如是具有铁镍合金的冷焊接。然而，在传统的冷焊方法中制造其强度低于球墨铸铁强度的焊接连接部。仅由此，冷焊方法不适合于大面积的连接焊接。另一方法是热焊，然而所述热焊仅能够在500℃至600℃范围内的构件预热的情况下执行并且执行紧随其后的热处理。因此，热焊是极其耗费的并且产生构件的扭曲，使得热焊不适合于球墨铸铁的大面积连接焊接。 发明内容[0004] 本发明的目的是，提供一种用于由球墨铸铁制造构件的方法，其中构件具有大的尺寸并且尽管如此在所有区域中具有高的强度。 [0005] 根据本发明的用于由球墨铸铁制造构件的方法具有下述步骤：以如下方式构造构件，即由多个构件部件组装成构件，所述构件部件彼此贴靠以形成接合部，以及所述构件部件设计为并且尺寸确定为，使得所述构件部件能够由球墨铸铁铸造而在其材料中没有关键的缺陷部位；由球墨铸铁制造第一构件部件并且由球墨铸铁、铸钢或者通过锻造制造第二构件部件；成对地提供构件部件，其中构件部件中的第一个和构件部件中的第二个设置成相邻地彼此贴靠，其中由第一构件部件的边缘部段的边棱和第二构件部件的边缘部段的边棱形成接合部之一；通过低能量的电弧焊接或者摩擦焊接或者电子束覆层或者热覆层或者感应覆层将缓冲材料涂覆到第一构件部件的边棱和第二构件部件的边棱上；将第二构件部件以其边缘部段贴靠在第一构件部件的边缘部段处，使得边棱以其缓冲材料相互贴靠；焊接边缘部段，使得焊接由边缘部段形成的接合部并且由此第一和第二构件部件相互固定，由此第一和第二构件部件至少部分地形成构件，其中缓冲材料选择成，使得在焊接边缘部段时在构件部件的球墨铸铁材料中不发生结构变化。 [0007] 因此，构件由多个构件部件形成，其中在构件部件中抑制球墨铸铁中的不可接受的不规则性和缺陷部位。由此，在构造构件时原则上由于应用球墨铸铁而在构件的强度和最终大小方面不设上限。在热影响区中的硬化以及通过高的热引入而引起的基本材料基体的破坏尤其能够理解为结构变化。 [0008] 根据本发明，在两阶段的焊接工艺中将构件部件组接在一起，其中首先将缓冲材料涂覆到预备为焊缝侧面的边棱上。缓冲材料匹配于球墨铸铁以及所选择的用于焊接边缘部段的方法。通过两阶段工艺实现大面积地连接焊接球墨铸铁构件。所述焊接连接具有有利地类似于球墨铸铁的机械特性的机械特性。由此，能够将构件的尺寸确定为是大的，其中构件由小的、在铸造技术方面不关键的构件部件构成。因此，在构件中的不可接受的不规则性和缺陷部位的可能性很低并且实现大尺寸的构件的可构造性。 [0009] 优选多层地涂覆缓冲材料。由此在构件部件的材料中产生总是事先涂覆的层或者热影响区的回火效应（Anlasseffekt）。优选将借助低能量的短弧进行的MSG堆焊用作为电弧焊接。尤其优选的是，MSG堆焊实施为CMT焊接（冷金属过渡焊接）或者冷弧焊接。摩擦焊接优选是搅拌摩擦焊接。在此，借助于耐磨的、旋转的工具将热能引入到两个相邻靠置的边棱中，其中将工具压到边棱之间。在将边棱按压到工具上的情况下，将边棱加热直到稍微低于其熔点并且因此能够塑性地变形。在从边棱中抽出工具时，所述边棱的材料通过工具的持续旋转而搅拌并且混合。由此，在边棱处在其硬化之后构成焊缝。 [0010] 优选地，分别将缓冲板作为缓冲材料借助搅拌摩擦焊接施加到构件部件的边棱中的每一个上。在此，缓冲板优选与球墨铸铁相比具有更低的熔点。替选地，优选的是，分别为边棱的每一个设有缓冲板作为缓冲材料，在所述边棱上在边棱和缓冲板之间分别设置有焊接薄膜，借助于所述焊接薄膜以搅拌摩擦焊接方法将缓冲板固定到其所属的构件部件上。在此，熔化薄膜优选与球墨铸铁材料相比具有更低的熔点，由此有利的是，缓冲板的熔点在该情况下不需要与球墨铸铁的熔点一致。焊接薄膜在搅拌摩擦焊接时结合到边棱上，其中有利地将球墨铸铁材料在边棱处合金化，使得不破坏在球墨铸铁的熔化区中的石墨球。 [0011] 热覆层优选借助于热喷涂来进行。在此尤其优选的是高速火焰喷涂。在高速火焰喷涂时，借助于燃料束在燃烧室中将缓冲材料的原材料加速到高速并且喷涂到边棱上，由此形成用于缓冲材料的紧密的喷射层。有利的是，在高速火焰喷涂时，燃料束的温度如下进行调整，即，如此得到原材料的温度，使得在高速火焰喷射期间在构成缓冲材料的情况下有利地不发生球墨铸铁的由热学引起的结构变化。 [0012] 优选以线、带或者粉末形式来应用缓冲材料并且借助于电子束进行缓冲材料的涂覆。缓冲材料的涂覆优选借助于感应方法进行。 [0013] 在焊接边缘部段时，优选应用具有高的焊接熔深和狭窄的熔池以及小的热影响区的焊接方法。优选地，焊接方法是窄间隙焊接方法或者零间隙焊接方法。窄间隙焊接方法或者零间隙焊接方法尤其优选是电子束焊接或者激光塞焊（Laserstichlochschweiβen）或者电弧窄间隙焊接。缓冲材料的厚度和窄间隙焊接方法的或者零间隙焊接方法的以及电弧焊接的或者摩擦焊接的或者热覆层的参数优选选择成，使得焊接的热影响区通过窄间隙焊接方法或者零间隙焊接方法设置在缓冲材料中。 [0014] 此外优选的是，第二构件部件的铸钢是具有尤其0.5至2.5的Cr的低合金化的铸钢或者是具有尤其8至15的Cr的高合金化的铸钢。构件优选借助由高合金化或者低合金化的铸钢制成的至少一个构件部件形成。在此，尤其由0.5至2.5的Cr或者8至15的Cr制成的铸钢部件与球墨铸铁部件焊接在一起。通过将受损的部段从构件中分离出并且由新部段替换的方式，根据本发明的方法尤其能够用于修补构件。新的部段利用根据本发明的方法焊接到现有的构件中，其中新的部段不必由球墨铸铁形成。有利地，能够接合铸钢件或者锻件。此外，根据本发明的方法适合于结构焊接。附图说明 [0015] 下面，根据附加的示意图阐明借助根据本发明的方法制成的构件的优选的实施形式。其示出： [0016] 图1示出构件的根据本发明的实施形式的立体图， [0017] 图2示出横贯在第一制造步骤之后的构件的第一构件部件的边缘部段的横截面图，其中以借助低能量的短弧进行的MSG堆焊方法或者通过喷涂来涂覆缓冲层，[0018] 图3示出图2中的横截面，其中对于缓冲层而言借助搅拌摩擦焊接来安装缓冲板，[0019] 图4示出图3中的横截面，其中附加地在边缘部段和缓冲板之间接合焊接薄膜，和[0020] 图5示出在第二制造步骤之后的构件的第一构件部件和第二构件部件的边缘部段的横截面。 具体实施方式[0021] 如从图1至图5中可见，构件示出为蒸汽轮机低压内壳体1。壳体1由多个构件部件组成，尤其由第一构件部件2和第二构件部件3组成。构件部件2、3相互贴靠并且构成接合部8。此外，构件部件2、3设计为并且尺寸确定为，使得所述构件部件能够由球墨铸铁制造，而在其材料中没有关键的缺陷部位。 [0022] 第一构件部件2具有边缘部段4，所述边缘部段直接相邻地设置在第二构件部件3的边缘部段5的旁边。第一构件部件2的边缘部段4由边棱6限界，所述边棱对接地贴靠在对第二构件部件3的边缘部段5进行限界的边棱7上。由此，由边棱6、7形成接合部8。 [0023] 在制造壳体1时，第一构件部件2和第二构件部件3以球墨铸铁方法由球墨铸铁分开制造。在此，在构件部件2、3中形成关键缺陷部位的风险很低。在第一制造步骤中，提供第一构件部件2（图2）。第一缓冲材料层9经由借助低能量的短弧进行的MSG堆焊方法施加到所述第一构件部件的边棱6上。借助冷弧工艺实施MSG堆焊方法，其中借助电流强度根据电压的变化来控制工艺，使得尤其在再点燃短弧时输入到构件部件2中的能量最小。在施加第一缓冲材料层9之后，通过相同的方法施加第二个缓冲材料层。 [0024] 第一缓冲材料层9的热影响区设置在第一构件部件2的边缘部段4中，相反地，第二缓冲材料层的热影响区设置在第一缓冲材料层9中。第二构件部件3的边缘部段5的边棱7同样如边棱6那样设有第一缓冲材料层10和第二缓冲材料层。替选地，缓冲材料层9或10能够通过喷涂方法来制造。 [0025] 图3示出构件部件2，其中借助于搅拌摩擦焊接将缓冲板11焊接到边缘部段4的边棱6处，其中缓冲板11与球墨铸铁相比具有更低的熔点。在将缓冲板11搅拌摩擦焊接到边棱6处时，将缓冲板11置于边棱6上，其中在缓冲板11和边棱6之间构成接合间隙。将旋转工具（未示出）置于板上并且沿箭头14所示的方向往复运动。箭头13示出工具的旋转方向，箭头12示出将缓冲板11按压到工具上的方向。在将工具从接合间隙中抽出时将边棱6和缓冲板11焊接在一起。因为在将边棱6和缓冲板11焊接在一起时没有形成熔化物，所以不发生构件部件2的球墨铸铁的结构改变。为了使通过搅拌摩擦焊接引起的到球墨铸铁中能量输入仅仅由所述球墨铸铁确定而不由缓冲板材料确定，将缓冲板材料选择成，使得缓冲板材料的熔点低于球墨铸铁的熔点。 [0026] 图4示出构件部件2，所述构件部件代替如图3那样与缓冲板15搅拌摩擦焊接在一起。在边棱6和缓冲板15之间设置有焊接薄膜16，所述焊接薄膜的材料具有与球墨铸铁相比更低的熔点。由此，缓冲板15的材料不需要在其熔点方面与球墨铸铁相一致。缓冲板15借助于焊接薄膜16搅拌摩擦焊接到边棱6上，使得借助于焊接薄膜16来合金化球墨铸铁，由此在球墨铸铁的石墨结构中不发生结构变化。 [0027] 图5示出在第二制造步骤之后的两个构件部件2和3。构件部件2和3以其边缘部段4和5相互贴靠，从而构成接合部8。接合部8借助窄间隙焊接方法或者零间隙焊接方法来焊接。在此使用电子束焊接方法或者激光塞焊方法或者电弧窄间隙焊接方法，其中在焊接方法中形成的焊缝17的热影响区设置在缓冲材料层中。 |
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