一种电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造方法
阅读说明：本技术 一种电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造方法 (Manufacturing method of electroslag casting cast-on impact runner ) 是由 徐超 胡浩 于川 佟欣 沈闻天 徐永强 彭磊 张政纬 徐盈 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明应用于绿色能源水利发电领域,具体是一种电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造方法。将整个转轮按勺斗数量和转轮尺寸分解为两个以上单体,每个单体单独制造、热处理和粗加工,在单体之间进行铸接,以及在单体所形成的中心圆环内部进行电渣熔铸中心轮毂,将单体与中心轮毂、相邻单体之间铸接为一体,制成整体转轮毛坯,再对整体转轮毛坯进行热处理、精加工制造成为一个成品转轮。本发明通过单体制造部分转轮毛坯,由分别制造的多个单体经粗加工后,与中心轮毂电渣熔铸铸接为一个整体转轮,目的是解决高质量转轮的坯料制造、加工和转轮运输的难题,降低了转轮的生产制造成本,缩短了转轮的生产制造周期。(The invention is applied to the field of green energy hydropower generation, and particularly relates to a manufacturing method of an electroslag casting cast-on impact type rotating wheel. The whole runner is decomposed into more than two single bodies according to the quantity of the buckets and the size of the runner, each single body is manufactured, heat treated and rough machined independently, casting connection is carried out among the single bodies, electroslag casting is carried out inside a central ring formed by the single bodies to cast the central hub, the single bodies, the central hub and adjacent single bodies into a whole, an integral runner blank is manufactured, and then the integral runner blank is subjected to heat treatment and finish machining to manufacture a finished runner. The invention manufactures partial runner blanks by the single bodies, and the plurality of single bodies manufactured respectively are subjected to rough machining and then are subjected to electroslag casting with the central hub to form the integral runner, so that the problems of blank manufacturing and machining of the high-quality runner and runner transportation are solved, the production and manufacturing cost of the runner is reduced, and the production and manufacturing period of the runner is shortened.)
技术领域
本发明应用于绿色能源水利发电领域，具体是一种电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造方法。
背景技术
近年来国家对于环境和空气污染的治理与重视，作为可再生清洁能源的水力发电在我国电力工业发展中尤为重要，随着冲击式水轮机向大型化发展，对转轮的制造质量提出越来越高的要求，提高大型冲击式水轮机转轮的制造质量和使用安全性，降低生产成本变得尤为迫切。
目前的冲击式水轮机转轮的制造工艺主要有两种，分别是砂型铸造和锻造圆饼坯料数控加工成型。其中，砂型铸造由于其缺陷控制不稳定，主要用于水头较低的转轮制造；锻造圆饼胚料数控加工是目前广泛使用的制造高水头、高质量要求的冲击式转轮的方法，不足之处在于制造周期长，制造成本很高。此外，随着冲击式水轮机单机容量的增加，所需要的冲击式转轮的直径增大，锻造大直径冲击式水轮机转轮用圆饼坯料越来越困难，甚至无法锻造，与此同时，大直径转轮运输极为困难，因此转轮坯料采用单体制造，在电站现场进行铸接显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造方法，解决了大直径高质量转轮的制造和运输等难题，可以实现冲击式水轮发电机转轮的制造。
本发明的技术方案是：
一种电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造方法，将整个转轮按勺斗数量和转轮尺寸分解为两个以上单体，每个单体单独制造、热处理和粗加工，在单体之间进行铸接，以及在单体所形成的中心圆环内部进行电渣熔铸中心轮毂，将单体与中心轮毂、相邻单体之间铸接为一体，制成整体转轮毛坯，再对整体转轮毛坯进行热处理、精加工制造成为一个成品转轮。
所述的电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造方法，包括以下步骤：
a单体毛坯制造；
b单体毛坯的粗加工，包含铸接配合面的加工和勺斗部分的粗加工；
c电渣熔铸铸接用的结晶器制造和电极制造；
d单体之间以及中心轮毂电渣熔铸铸接为一个整体，形成整体转轮毛坯；
e整体转轮毛坯热处理；
f整体转轮毛坯经过精加工、打磨、配重，制造成为一个成品转轮。
所述的电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造方法，每个单体包含一个或者两个以上勺斗及相对应的部分轮毂。
所述的电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造方法，单体的毛坯采用电渣熔铸、锻造、砂型铸造中的一种方法制造。
所述的电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造方法，将粗加工后的单体按照转轮尺寸摆放，相邻单体之间留有10～100mm的间隙，在相邻单体之间的铸接型腔放置结晶器，在中心轮毂处的铸接型腔放置结晶器。
所述的电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造方法，电渣熔铸所使用的电极是板状电极、环状电极或棒状电极；或者，电渣熔铸所使用的电极是截面规则形状拼焊而成的电极。
所述的电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造方法，单体之间采用电渣熔铸工艺进行铸接，单体之间的铸接与电渣熔铸中心轮毂同时完成，形成整体转轮毛坯；或者，先完成单体间的铸接，再进行电渣熔铸中心轮毂铸接，形成整体转轮毛坯。
所述的电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造方法，单体之间的铸接采用电渣熔铸铸接、氩弧焊、埋弧焊等熔焊或压焊中的一种。
所述的电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造方法，转轮毛坯是马氏体不锈钢、低碳钢中的一种或两种铸接而成。
本发明的设计思想是：
本发明的设计初衷在于单体制造部分转轮毛坯，由分别制造的多个单体经粗加工后，与中心轮毂电渣熔铸铸接为一个整体转轮，目的是解决高质量转轮的坯料制造、加工和转轮运输的难题，降低了转轮的生产制造成本，缩短了转轮的生产制造周期。
本发明优点及有益效果是：
1、本发明降低转轮运输难度，可运输到高山峡谷、交通不便的电站中，变不可能运输为可能。
2、本发明降低大型转轮的坯料制造难度，变不可能制造为可能。
3、本发明缩短转轮制造周期，降低转轮生产成本，并提高转轮质量，延长转轮的使用寿命。
附图说明
图1为由包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体铸接成的整体转轮结构示意图。
图2为包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体示意图。
图3为包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体、结晶器、电极预摆放位置示意图。
图4为图3中区域A的放大图。
图5为20个包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体铸接为一个整体示意图。
图6为由包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体铸焊成的整体转轮结构示意图。
图7为包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体示意图。
图8为包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体、结晶器、电极预摆放位置示意图。
图9为图8中区域B的放大图。
图10为4个包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体铸接为一个整体示意图。
其中，1-包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体，2-中心轮毂，3-单体间熔合区，4-中心轮毂与单体熔合区，5-铸接平面，6-包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体，7-中心结晶器，8-环状电极，9-片状电极，10-中心轮毂铸接型腔，11-单体间铸接型腔，12-勺斗，13-边缘轮毂，14-斗根结晶器。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造方法，将整个转轮按勺斗数量和转轮尺寸分解为若干个单体，每个单体单独制造、热处理和粗加工，在单体之间以及所形成的圆环内部进行电渣铸接，通过将每个单体电渣熔铸铸接制成整体转轮毛坯，再对整体转轮毛坯进行热处理、精加工制造成为一个成品转轮。
其中，每个单体包含一个或者多个勺斗及相对应的部分轮毂。单体的毛坯可以采用电渣熔铸、锻造、砂型铸造中的一种方法制造。将粗加工后的单体按照转轮尺寸摆放，并留有10～100mm的间隙，在单体之间以及中心轮毂处放置结晶器。电渣熔铸所使用的电极可以是板状电极、环状电极和棒状电极，也可以是截面规则形状拼焊而成的电极。单体之间采用电渣熔铸工艺进行铸接，单体之间的铸接可以与电渣熔铸中心轮毂同时完成，形成整体转轮毛坯；也可以先完成单体间的铸接再进行电渣熔铸中心轮毂铸接，形成整体转轮毛坯。单体之间的铸接可以采用电渣熔铸铸接、氩弧焊、埋弧焊等熔焊或压焊方法中的一种。转轮毛坯可以是马氏体不锈钢、低碳钢等材料中的一种或两种铸接而成。
下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。
实施例1
如图1-图4所示，转轮直径为5.3m，转轮材质为ZG00Cr13Ni4Mo。采用电渣熔铸铸接式冲击式转轮制造方法，制造过程主要包括，20个包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体1和电渣熔铸的中心轮毂2，其中需要电渣熔铸的中心轮毂2直径为2m，转轮的生产制造工艺如下：
1、考虑转轮直径较大，故将转轮以1个勺斗为单位，分为20个包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体1，每个单体包含一个勺斗12和700mm长的边缘轮毂13(图2)。
2、包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体1的毛坯采用电渣熔铸工艺生产制造。
3、电渣熔铸完成后的铸坯沙埋处理缓冷至室温后，进行600℃保温5h的退火处理。
4、粗加工包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体1，相邻单体之间留有宽度为70mm间隙形成单体间铸接型腔11，相邻边缘轮毂13之间的对应面、边缘轮毂13与中心轮毂2的对应面为铸接平面5，将铸接平面5在铣床加工到铸接工艺要求，其他非铸接平面处加工留10mm余量。
5、将20个单体包装运输至异地铸接车间。
6、如图3-图4所示，在铸接车间将包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体1预摆放至中心结晶器7外围的相应位置，中心结晶器7与包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体1之间形成环形中心轮毂铸接型腔10，中心轮毂铸接型腔10内设置环状电极8，相邻包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体1之间形成片状单体间铸接型腔11，单体间铸接型腔11内设置片状电极9，在勺斗的斗根部位设置斗根结晶器14。随后对中心轮毂2电渣熔铸，在电渣熔铸中心轮毂2的过程中，将包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体1与中心轮毂2、相邻包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体1之间铸接为一体，冷却成型后完成最终转轮。
如图2-图4所示，在电渣熔铸中心轮毂2的过程中：位于单体间铸接型腔11内的合金液使相应的铸接平面5处熔化形成单体间熔合区3，冷却后产生冶金结合；位于中心轮毂铸接型腔10内的合金液使相应的铸接平面5处熔化形成中心轮毂与单体熔合区4，冷却后产生冶金结合。
7、对铸接完成的转轮进行热处理：
(1)正火，温度1030℃，保温10h，空冷至室温；
(2)第一次回火，温度650℃，保温10h，空冷至室温；
(3)第二次回火，温度620℃，保温10h，空冷至室温。
8、立车精加工轮毂，人工打磨或数控加工勺斗部位型线，保证型线的准确性，并在轮毂上镗孔。
9、对电渣熔铸铸接式冲击式转轮进行静平衡和动平衡检测调试。
从而，完成焊接式电渣熔铸冲击式转轮的制造。
实施例2
如图1、图2、图5所示，转轮直径为5.3m，转轮材质为ZG00Cr13Ni4Mo。采用电渣熔铸铸接式冲击式转轮制造方法，制造过程主要包括，20个包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体1和电渣熔铸的中心轮毂2，其中需要电渣熔铸的中心轮毂2直径为2m，转轮的生产制造工艺如下：
1、考虑转轮直径较大，故将转轮以1个勺斗为单位，分为20个包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体1，每个单体包含一个勺斗12和700mm长的边缘轮毂13(图2)。
2、包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体1的毛坯采用电渣熔铸工艺生产制造。
3、电渣熔铸完成后的铸坯沙埋处理缓冷至室温后，进行600℃保温5h的退火处理。
4、粗加工包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体1，相邻单体之间留有宽度为70mm间隙形成单体间铸接型腔，相邻边缘轮毂13之间的对应面、边缘轮毂13与中心轮毂2的对应面为铸接平面5，将铸接平面5在铣床加工到铸接工艺要求，其他非铸接平面处加工留10mm余量。
5、将20个单体包装运输至异地铸接车间。
6、在铸接车间将20个包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体1铸接为一个整体，见图5。
如图2、图5所示，在铸接过程中，位于单体间铸接型腔内的合金液使相应的铸接平面5处熔化形成单体间熔合区3，冷却后产生冶金结合。
7、将铸接完成的整体放置于中心结晶器外围的相应位置，中心结晶器与包含一个勺斗和部分边缘轮毂的单体1之间形成环形中心轮毂铸接型腔，中心轮毂铸接型腔内设置环状电极。随后对中心轮毂2电渣熔铸，在电渣熔铸中心轮毂2的过程中，将包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6与中心轮毂2铸接为一体，冷却成型后完成最终转轮。
如图2所示，在电渣熔铸中心轮毂2的过程中，位于中心轮毂铸接型腔内的合金液使相应的铸接平面5处熔化形成中心轮毂与单体熔合区4，冷却后产生冶金结合。
8、对铸接完成的转轮进行热处理：
(1)正火，温度1030℃，保温10h，空冷至室温；
(2)第一次回火，温度650℃，保温10h，空冷至室温；
(3)第二次回火，温度620℃，保温10h，空冷至室温。
9、立车精加工轮毂，人工打磨或数控加工勺斗部位型线，保证型线的准确性，并在轮毂上镗孔。
10、对电渣熔铸铸接式冲击式转轮进行静平衡和动平衡检测调试。
从而，完成焊接式电渣熔铸冲击式转轮的制造。
实施例3
如图6-图9所示，转轮直径为2.7m，转轮材质为ZG00Cr13Ni5Mo。制造过程主要包括，4个包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6和电渣熔铸的中心轮毂2，其中需要电渣熔铸的中心轮毂2直径为1.1m，转轮的生产制造工艺如下：
1、根据转轮直径尺寸和勺斗位置，将转轮以五个勺斗为单位，分为4个包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6，每个单体包含五个勺斗12和400mm长的边缘轮毂13(图7)。
2、包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6的毛坯采用锻造工艺制造。
3、锻造完成后的锻坯带温放入预升温至终锻温度的热处理炉中，随炉缓冷至室温后，进行600℃保温5h的退火处理。
4、粗加工包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6，相邻单体之间留有宽度为60mm间隙形成单体间铸接型腔11，相邻边缘轮毂13之间的对应面、边缘轮毂13与中心轮毂2的对应面为铸接平面5，将铸接平面5在铣床加工到铸接工艺要求，其他非铸接平面处加工留7mm余量。
5、将4个包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6包装并转运至异地铸接车间。
6、如图8-图9所示，在铸接车间将包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6预摆放至中心结晶器7外围的相应位置，中心结晶器7与包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6之间形成环形中心轮毂铸接型腔10，中心轮毂铸接型腔10内设置环状电极8，相邻包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6之间形成片状单体间铸接型腔11，单体间铸接型腔11内设置片状电极9，在勺斗的斗根部位设置斗根结晶器14。随后对中心轮毂2电渣熔铸，在电渣熔铸中心轮毂2的过程中，将包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6与中心轮毂2、相邻包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6之间铸接为一体，冷却成型后完成最终转轮。
如图7-图9所示，在电渣熔铸中心轮毂2的过程中：位于单体间铸接型腔11内的合金液使相应的铸接平面5处熔化形成单体间熔合区3，冷却后产生冶金结合；位于中心轮毂铸接型腔10内的合金液使相应的铸接平面5处熔化形成中心轮毂与单体熔合区4，冷却后产生冶金结合。
7、对铸接后的转轮进行热处理：
(1)正火，温度1030℃，保温10h，风冷至室温；
(2)第一次回火，温度640℃，保温10h，风冷至室温；
(3)第二次回火，温度610℃，保温10h，风冷至室温。
8、精加工轮毂及打磨或数控加工勺斗部位型线，保证型线的准确性，并在轮毂上镗孔。
9、对电渣熔铸铸接式冲击式转轮进行静平衡和动平衡检测调试。
从而，完成电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造。
实施例4
如图6、图7、图10所示，转轮直径为2.7m，转轮材质为ZG00Cr13Ni5Mo。制造过程主要包括，4个包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6和电渣熔铸的中心轮毂2，其中需要电渣熔铸的中心轮毂2直径为1.1m，转轮的生产制造工艺如下：
1、根据转轮直径尺寸和勺斗位置，将转轮以五个勺斗为单位，分为4个包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6，每个单体包含五个勺斗12和400mm长的边缘轮毂13(图7)。
2、包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6的毛坯采用锻造工艺制造。
3、锻造完成后的锻坯带温放入预升温至终锻温度的热处理炉中，随炉缓冷至室温后，进行600℃保温5h的退火处理。
4、粗加工包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6，相邻单体之间留有宽度为60mm间隙形成单体间铸接型腔，相邻边缘轮毂13之间的对应面、边缘轮毂13与中心轮毂2的对应面为铸接平面5，将铸接平面5在铣床加工到铸接工艺要求，其他非铸接平面处加工留7mm余量。
5、将4个包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6包装并转运至异地铸接车间。
6、在铸接车间将4个包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6铸接为一个整体，见图10。
如图7、图10所示，在铸接过程中，位于单体间铸接型腔内的合金液使相应的铸接平面5处熔化形成单体间熔合区3，冷却后产生冶金结合。
7、如图6所示，将铸接完成的整体放置于中心结晶器外围的相应位置，中心结晶器与包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6之间形成环形中心轮毂铸接型腔，中心轮毂铸接型腔内设置环状电极。随后对中心轮毂2电渣熔铸，在电渣熔铸中心轮毂2的过程中，将包含五个勺斗和部分边缘轮毂的单体6与中心轮毂2铸接为一体，冷却成型后完成最终转轮。
如图7所示，在电渣熔铸中心轮毂2的过程中，位于中心轮毂铸接型腔内的合金液使相应的铸接平面5处熔化形成中心轮毂与单体熔合区4，冷却后产生冶金结合。
8、对铸接后的转轮进行热处理：
(1)正火，温度1030℃，保温10h，风冷至室温；
(2)第一次回火，温度640℃，保温10h，风冷至室温；
(3)第二次回火，温度610℃，保温10h，风冷至室温。
9、精加工轮毂及打磨或数控加工勺斗部位型线，保证型线的准确性，并在轮毂上镗孔。
10、对电渣熔铸铸接式冲击式转轮进行静平衡和动平衡检测调试。
从而，完成电渣熔铸铸接式冲击式转轮的制造。
实施例结果表明，本发明制造电渣熔铸铸接式冲击式转轮，提高了转轮制造质量高，提高了转轮的制造效率，同时提高了材料利用率，降低了生产成本，解决大型转轮运输难题，同时极大程度降低了冲击式转轮使用中的安全隐患。
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