超超臨界低壓轉(zhuǎn)子的電熔成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超超臨界低壓轉(zhuǎn)子的電熔成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超超臨界發(fā)電技術(shù)是解決目前我國電力短缺、能源利用率低和環(huán)境污染嚴重等問題的現(xiàn)實和有效的途徑。因此在十二五規(guī)劃中，被國家明確提出作為發(fā)展清潔煤發(fā)電技術(shù)的主要發(fā)展方向，國家主要重型鑄鍛企業(yè)如一重、二重等也對其核心部件高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子等積極開展材料構(gòu)件研發(fā)工作。
[0003]超超臨界低壓轉(zhuǎn)子所選材料為3.5% NiCrMoV，通過鑄鍛工藝而成。相比高中壓轉(zhuǎn)子的高溫高壓環(huán)境要求，低壓轉(zhuǎn)子制備難點主要在于需基于發(fā)電效率考量，因此所需轉(zhuǎn)子尺寸、噸位巨大，工作中也因此主要承受高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大離心力，傳遞扭矩和自重產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力等，苛刻的工作環(huán)境對低壓轉(zhuǎn)子抗疲勞應(yīng)力等綜合力學性能和化學成分純凈度、偏析等方面均提出了極高的要求。
[0004]目前該轉(zhuǎn)子鋼材料制備主要通過鋼錠冶鑄并經(jīng)鍛造成形后再多次正火熱處理實現(xiàn)。囿于低壓轉(zhuǎn)子的尺寸噸位和我國鑄鍛工藝水平，在轉(zhuǎn)子鑄鍛和熱處理操作中很容易出現(xiàn)化學偏析、組織不均勻等情況，甚至產(chǎn)生裂紋；另一方面，通過傳統(tǒng)鑄鍛工藝研發(fā)低壓轉(zhuǎn)子鋼本身的流程復(fù)雜性(包括轉(zhuǎn)子鋼材料研發(fā)，純凈鋼冶煉研發(fā)，鍛造工藝研發(fā)，熱處理工藝研發(fā)等等)也使得對穩(wěn)定度控制難度大，質(zhì)量水平差、報廢率高。目前我國對超超臨界低壓轉(zhuǎn)子材料還沒有成熟的工藝，無法實現(xiàn)穩(wěn)定批量的生產(chǎn)，所需轉(zhuǎn)子材料主要依靠從日本、德國等國家進口。導(dǎo)致價格居高不下，嚴重影響著項目建設(shè)進度，也制約我國重型裝備制造業(yè)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于，提供一種高效、低成本、具有良好力學性能的超超臨界低壓轉(zhuǎn)子電熔成形方法。
[0006]該方法采用電弧熱、電阻熱、電渣熱復(fù)合而成的高能熱源，熔化連續(xù)輸送的金屬原料絲材，在基材上逐層凝固堆積成形制造轉(zhuǎn)子構(gòu)件；
[0007]將電熔頭與基材接至電源兩極，成形時金屬原料絲材經(jīng)由輸送機構(gòu)和電熔頭送至基材表面，在顆粒狀輔料的堆積保護下，原料絲材與基材間產(chǎn)生電弧，熔化部分堆敷輔料形成熔融渣池，電流流過原料絲材和熔融輔料渣池形成電阻熱和電渣熱，在電弧熱、電阻熱、電渣熱三種熱復(fù)合高能熱源作用下使原料絲材熔化，在基材表面形成局部熔池，持續(xù)輸送原料絲材與輔料，根據(jù)成形構(gòu)件的分層切片數(shù)據(jù)，采用計算機控制電熔頭與基材的相對移動，實現(xiàn)熔池在基材上快速冷卻逐層凝固堆積，最終逐層堆積成形轉(zhuǎn)子構(gòu)件。
[0008]所述超超臨界低壓轉(zhuǎn)子的材料為3.5% NiCrMoV材料，電熔制備所用金屬原料絲材c含量0.20-0.30%，電熔制得的材料C含量0.10-0.18%，晶粒度7-10級。
[0009]本發(fā)明中，原料絲材按照轉(zhuǎn)子材料要求制備，原料絲材直徑可以為2_5mm。
[0010]本發(fā)明中，根據(jù)原料絲材直徑不同，電源參數(shù)中的電流為200A?2000A，電壓為20V?50V，電源可以是直流或交流電源，在使用直流電源時，電熔頭可接正極或負極。
[0011]另外，根據(jù)成形工件要求，對基材或堆積金屬進行加熱或冷卻，控制基材或堆積金屬預(yù)熱與層間溫度為100?400°C，電熔頭與基材的相對移動速度為300?800mm/min，實現(xiàn)熔池的快速凝固和定向凝固，從而獲得晶粒細密、無宏觀偏析、組織均勻的材料，極大的改善成形工件的塑性、韌性和應(yīng)力疲勞等力學性能。
[0012]在本發(fā)明中，在逐層成形的過程中，原料絲在下層金屬表面形成熔池，熔滴以射流形態(tài)進入熔池后凝固使兩層金屬形成一體，實現(xiàn)分層成形，整體融合，保證了成形轉(zhuǎn)子的整體性能。
[0013]本發(fā)明中，可以根據(jù)轉(zhuǎn)子鋼尺寸和效率要求，電熔頭的數(shù)量設(shè)定為I?100個，多電恪頭排布時，相鄰電恪頭間距為50?500mm。
[0014]本發(fā)明中，所述基材可以為鋼管或鋼棒，外徑100-300mm，基材長度與轉(zhuǎn)子長度一致，用于為轉(zhuǎn)子工件提供工裝支撐，并在工件成形后機加工去除，基材為鋼管時，管壁壁厚不小于10mnin
[0015]本發(fā)明擺脫了復(fù)雜的工裝、模具和專用工具的約束；成形即為近凈形坯件，生產(chǎn)后只需少量精加工，大大簡化加工工序，縮短產(chǎn)品周期，大大提高了效率，節(jié)省了成本；所成形轉(zhuǎn)子具有媲美傳統(tǒng)鍛造工藝的力學和化學性能，強度、韌性、耐蝕等性能均十分突出。
【附圖說明】
[0016]圖1A為用于說明【具體實施方式】中的電熔成形方法的原理圖；
[0017]圖1B為圖1A中A處的局部放大圖；
[0018]圖2為用于說明實施例中的超超臨界低壓轉(zhuǎn)子電熔成形方法的示意圖.
【具體實施方式】
[0019]下面參照附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行說明。圖1A為用于說明【具體實施方式】中的電熔成形方法的原理圖；圖1B為圖1A中A處的局部放大圖。由于是原理圖，因而，圖中部件是示意性的，其實際形狀與尺寸關(guān)系不受圖中所示限制。
[0020]該成形方法是將原料絲材I熔化而逐層(圖1中所示為堆積至第N層時的狀態(tài))堆積在基礎(chǔ)材2上，從而最終形成所需的金屬構(gòu)件。
[0021]具體實施工序為:
[0022]A.送絲機構(gòu)5將原料絲材I送至放置于工作臺21上的基材2的表面，其上覆蓋由送粉機構(gòu)4輸送的顆粒狀輔料。
[0023]B.啟動電源12，電源電壓使原料絲材I與基材2間形成電弧9產(chǎn)生電弧熱，電弧熱使部分輔料3熔融，形成輔料渣池8，電流經(jīng)由電熔頭6流過原料絲材I形成電阻熱，并通過熔融渣池8形成電渣熱，三種熱源復(fù)合而成高能熱源，熔化原料絲材，在基材2表面形成熔池11。
[0024]C.控制電熔頭6與基材2的相對移動和基材2的溫度，實現(xiàn)熔池11與基材換熱凝固沉積。
[0025]D.送絲機構(gòu)5與送粉機構(gòu)4持續(xù)輸送原料絲材I和輔料3，在輔料3覆蓋熔池11和基材2的狀態(tài)下，原料絲材I逐層堆積在基材2上，最終成形工件。
[0026]其中，控制裝置(計算機)根據(jù)成形構(gòu)件的(數(shù)值模擬、數(shù)學模型)分層切片數(shù)據(jù)控制電熔頭6與基材2的相對移動方式。
[0027]在本發(fā)明圖示中電熔頭電極接正，工件接負只作示意作用，也可以電熔頭接負，工件接正，或采取交流電源。
[0028]在本發(fā)明中，原料絲I的形態(tài)可以是圓棒狀、帶狀，實芯或者藥芯的；原料絲I的直徑可以根據(jù)成形工件的尺寸設(shè)定為2?5_ ;根據(jù)絲材I直徑不同，伸出電熔頭的長度(通電長度)為20mm?150mm。
[0029]在本發(fā)明中，輔料3覆蓋厚度為15mm?120mm，使用輔料3的作用包括:覆蓋電弧9，防止電弧飛濺；覆蓋熔池11，隔絕空氣，使熔池金屬免受空氣中氧、氮、氫等的侵害；對熔池金屬形成保溫；冶金反應(yīng)過程中去除雜質(zhì)、摻入合金；形成的渣池8 (渣殼7)以機械方式保護沉積金屬10良好成形等。
[0030]輔料3的成分包含氧化物或者氧化物與鹵化物，由于輔料3參與熔池反應(yīng)，調(diào)整工件(金屬構(gòu)件、產(chǎn)品)成分，因而根據(jù)所要形成的金屬構(gòu)件的成分和效率要求，可以在輔料中添加合金粉末以及/或者單質(zhì)金屬粉末，降低生產(chǎn)成本。
[0031]另外，在C工序中，可以附帶回收殘余輔料以及去除渣池8凝固而形成的渣殼7的操作。去除時，可以在原料絲I的相對移動后方400mm?500mm處開始機器去除或人工去除作業(yè)。
[0032]基材可以為鋼管或鋼棒，外徑100-300mm，基材長度與轉(zhuǎn)子長度一致，用于為轉(zhuǎn)子工件提供工裝支撐，并在工件成形后機加工去除，基材為鋼管時，管壁壁厚不小于10_。
[0033]采用本實施方式的電熔成形方法，原料絲利用率接近100% ;相比現(xiàn)有的加工技術(shù)(鍛造、鑄造等)，制造工序少(不需要復(fù)雜的熱處理)，周期短，效率高，金屬構(gòu)件的機械加工余量非常小，同時減少了精加工時間及節(jié)約了大量的材料。
[0034]在本發(fā)明中，為了保證形成良好的