一种插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法与流程

1.本发明涉及水泵水轮机领域，尤其涉及一种插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法。

背景技术：

2.水泵水轮机座环及水泵座环的运行高应力区位于座环导叶的圆根部分，应力幅值由圆根部分向座环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，传统焊接结构的水泵水轮机座环及水泵座环采用的是座环环板与导叶t形接头焊接形式，其缺点是：
3.1)连接焊缝位于导叶圆根处，座环高应力部位与焊缝连接部位高度重合，焊缝残余应力与运行应力叠加并作用于焊缝内部的薄弱环节，给部件安全稳定运行带来风险。
4.2)对于开口高度小且流道尺寸长的水泵水轮机座环及水泵座环，制造工艺性差，个别焊缝区域无法焊接、铲磨及无损探伤。
5.3)座环环板与导叶间需要焊接及铲磨圆根，周期长，圆根焊缝流道区域表面质量及铲磨型线尺寸精度不易保证。
6.4)座环环板与导叶间焊接形式及位置为横焊位置及平角焊位置的t形接头，与平焊位置的水平对接接头相比，焊接难度更大。
7.5)导叶与环板装配时需要高装且z向焊接收缩量大，不易保证座环开口高度等水力学尺寸。
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及水泵座环制造工艺性差、焊接质量及尺寸精度不易控制，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插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法。

技术实现要素：

9.鉴如此，本发明通过采用一种新型一种插入式导叶焊接结构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及水泵座环，改善座环产品的制造工艺性并提升了座环产品的制造质量及运行的安全裕度；本发明通过如下步骤实现：
10.步骤一：上环板及下环板分块下料拼焊后二次精割导叶装焊孔，工字形插入式导叶一体地设置方形端头及圆根并独立地备料、加工；
11.步骤二：单件制备完成的工字形插入式导叶插装到上环板及下环板的导叶装焊孔中并在上环板及下环板非过流侧完成工字形插入式导叶方形端头与环板间焊缝焊接，工字形插入式导叶圆根与装焊孔相交切除区域堆焊补足；
12.在上述插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法中，所述步骤一中，当工字形插入式导叶厚度小于等于350mm时，工字形插入式导叶选用带有z向性能的抗撕裂钢板制备，当工字形插入式导叶厚度大于350mm时，工字形插入式导叶选用锻钢制备。
13.在上述插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法中，所述步骤一中，与工字形插入式导叶一体设置的方形端头厚度与环板一致，外形轮廓为环板导叶装焊孔向外偏置焊接坡口宽度而形成。
14.在上述插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法中，所述步骤一中，与工字形插入式导叶一体设置的圆根为导叶母材单件加工或铲磨而成，无需导叶与环板装配后通过焊接增材及铲磨形成圆根。
15.在上述插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法中，所述步骤二中，工字形插入式与环板间焊接坡口形式为ⅱ型窄间隙坡口，焊接形式为过流侧带衬垫的全熔透焊缝，焊接位置为平焊位置。
16.在上述插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法中，所述步骤二中，如果受限于工字形插入式导叶钢板厚度无法覆盖圆根，导叶p面沿与装焊孔交线切除一部分圆根母材，工字形插入式导叶与环板装配后在座环开放可实施位置通过堆焊方式补足圆根。
17.在上述插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法中，所述步骤二中，在上环板及下环板非过流侧完成工字形插入式导叶方形端头与环板间焊缝焊接，适用的座环产品不受开口高度及导叶流道长度空间可达性限制。
18.在上述插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法中，所述步骤二中，工字形插入式导叶方形端头与环板间焊缝位于环板厚度范围内，不在导叶圆根处。
19.本发明与现有技术相比的有益效果是：
20.1.本发明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。
21.2.本发明在上环板及下环板非过流侧完成工字形插入式导叶方形端头与环板间焊缝焊接，适用的座环产品不受开口高度及导叶流道长度空间可达性限制，极大地提高了座环产品的制造工艺性。
22.3.本发明圆根与工字形插入式导叶一体设置，单件加工或铲磨而成，无需导叶与环板装配后通过焊接增材及铲磨形成圆根，流道区域表面质量、型线尺寸精度更高，有利于增强较高水流速作用下圆根区域的耐汽蚀性能。
23.4.本发明通过优化焊接形式及焊接位置，降低了焊接难度，更好地保证了焊接质量。
24.5.本发明通过优化环板与导叶间焊接接头形式，减少z向焊接收缩量，更好地保证座环开口高度水力学尺寸。
附图说明
25.图1为工字形插入式导叶单件制备图。
26.图2为环板二次精割导叶装焊孔示意图。
27.图3为导叶插装示意图。
28.图4为导叶与环板装焊剖视图。
29.图中部件说明：1-工字形插入式导叶圆根；2-方形端头；3-导叶装焊孔；4-上环板；5-下环板；6-传统焊接结构导叶；7-工字形插入式导叶；8-焊接圆根；9-工字形插入式导叶与环板间焊接坡口；10-导叶p面。
具体实施方式
30.下面结合附图对本技术作进一步描述。
31.具体实施方式一：本实施方式提供的一种插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法是通过如下步骤实现的：
32.步骤一：如图1及图2所示，上环板4及下环板5分块下料拼焊后二次精割导叶装焊孔3，工字形插入式导叶7一体地设置方形端头2及圆根1并独立地备料、加工；本步骤中工字形插入式导叶7一体地设置方形端头2及圆根1并独立地备料、加工，其作用是无需导叶6与环板装配后通过焊接增材及铲磨形成圆根8，流道区域表面质量、型线尺寸精度更高，有利于增强较高水流速作用下圆根区域的耐汽蚀性能。
33.步骤二：如图3及图4所示，单件制备完成的工字形插入式导叶7插装到上环板4及下环板5的导叶装焊孔3中并在上环板4及下环板5非过流侧完成工字形插入式导叶7方形端头2与环板间焊缝焊接，工字形插入式导叶7圆根1与装焊孔3相交切除区域堆焊补足；本步骤中在上环板4及下环板5非过流侧完成工字形插入式导叶7方形端头2与环板间焊缝焊接，其作用是提高座环产品的制造工艺性，不受座环产品开口高度及导叶流道长度空间可达性限制。
34.具体实施方式二：如图1及图2所示，本实施方式是对具体实施方式一所述的步骤一作进一步限定，本实施方式中，所述步骤一中，当工字形插入式导叶7厚度小于等于350mm时，工字形插入式导叶7选用带有z向性能的抗撕裂钢板制备，当工字形插入式导叶7厚度大于350mm时，工字形插入式导叶7选用锻钢制备，其作用是当导叶7厚度不超过允许值时通过选用钢板材料降低成本，而当导叶7厚度超过允许值时通过改用锻钢保证大厚度导叶7材料的性能；与工字形插入式导叶7一体设置的方形端头2厚度与环板一致，外形轮廓为环板导叶装焊孔3向外偏置焊接坡口9宽度而形成，其作用是保证工字形插入式导叶7与环板间焊缝全熔透以及工字形插入式导叶7与环板间焊接坡口9的尺寸均匀性，便于应用自动化焊接方法并且保证焊接质量。
35.具体实施方式三：如图3及图4所示，本实施方式是对具体实施方式一所述的步骤二作进一步限定，本实施方式中，所述步骤二中，工字形插入式导叶7与环板间焊接坡口9形式为ⅱ型窄间隙坡口，焊接形式为过流侧带衬垫的全熔透焊缝，其作用是通过优化焊接位置，降低焊接难度，更好地保证焊接质量，减少z向焊接收缩量，更好地保证座环开口高度水力学尺寸；如果受限于工字形插入式导叶7钢板厚度无法覆盖圆根1，导叶p面10沿与装焊孔3交线切除一部分圆根1母材，工字形插入式导叶7与环板装配后在座环开放可实施位置通过堆焊方式补足圆根1，其作用是通过局部堆焊圆根1，以减小工字形插入式导叶7厚度，提高工字形插入式导叶7材料利用率；工字形插入式导叶7方形端头2与环板间焊缝位于环板厚度范围内，不在导叶6圆根8处，其作用是使座环连接焊缝避开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。

技术特征：

1.一种插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法，其特征在于：所述方法是通过如下步骤实现的：步骤一：上环板(4)及下环板(5)分块下料拼焊后二次精割导叶装焊孔(3)，工字形插入式导叶(7)一体地设置方形端头(2)及圆根(1)并独立地备料加工；步骤二：单件制备完成的工字形插入式导叶(7)插装到上环板(4)及下环板(5)的导叶装焊孔(3)中并在上环板(4)及下环板(5)非过流侧完成工字形插入式导叶(7)方形端头(2)与环板间焊缝焊接，导叶圆根(1)与装焊孔(3)相交切除区域堆焊补足。2.根据权利要求1所述的一种插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法，其特征在于：所述步骤一中，当工字形插入式导叶(7)厚度小于等于350mm时，工字形插入式导叶(7)选用带有z向性能的抗撕裂钢板制备；当工字形插入式导叶(7)厚度大于350mm时，工字形插入式导叶(7)选用锻钢制备。3.根据权利要求1所述的一种插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法，其特征在于：所述步骤一中，与工字形插入式导叶(7)一体设置的方形端头(2)厚度与环板一致，外形轮廓为环板导叶装焊孔(3)向外偏置焊接坡口(9)宽度而形成。4.根据权利要求1所述的一种插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法，其特征在于：所述步骤一中，与工字形插入式导叶(7)一体设置的圆根(1)为工字形插入式导叶(7)母材单件加工或铲磨而成，无需导叶(6)与环板装配后通过焊接增材及铲磨形成圆根(8)。5.根据权利要求1所述的一种插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法，其特征在于：所述步骤二中，工字形插入式导叶(7)与环板间焊接坡口(9)形式为ⅱ型窄间隙坡口，焊接形式为过流侧带衬垫的全熔透焊缝，焊接位置为平焊位置。6.根据权利要求1所述的一种插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法，其特征在于：所述步骤二中，如果受限于工字形插入式导叶(7)钢板厚度无法覆盖圆根(1)，导叶p面(10)沿与装焊孔(3)交线切除一部分圆根(1)母材，工字形插入式导叶(7)与环板装配后在座环开放可实施位置通过堆焊方式补足圆根(1)。7.根据权利要求1所述的一种插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法，其特征在于：所述步骤二中，在上环板(4)及下环板(5)非过流侧完成工字形插入式导叶(7)方形端头(2)与环板间焊缝焊接，适用的座环产品不受开口高度及导叶流道长度空间可达性限制。8.根据权利要求1所述的一种插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法，其特征在于：所述步骤二中，工字形插入式导叶(7)方形端头(2)与环板间焊缝位于环板厚度范围内，不在导叶(6)圆根(8)处。

技术总结

本发明公开一种插入式导叶焊接结构水泵水轮机座环制造方法。属于水泵水轮机领域。本发明上环板及下环板分块下料拼焊后二次精割导叶装焊孔，工字形插入式导叶一体地设置方形端头及圆根并独立地备料加工，单件制备完成的导叶插装到上环板及下环板的导叶装焊孔中并在上环板及下环板非过流侧完成工字形插入式导叶方形端头与环板间焊缝焊接，导叶圆根与装焊孔相交切除区域堆焊补足。本发明极大地提高了座环产品的制造工艺性，不受座环产品开口高度及导叶流道长度空间可达性限制，易于应用自动化焊接方法，并且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。运行的安全裕度。运行的安全裕度。