本發(fā)明涉及渦輪轉(zhuǎn)子
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種由異種材料構(gòu)成的渦輪轉(zhuǎn)子的制造方法。
背景技術(shù)：
：制造蒸汽渦輪用轉(zhuǎn)子時，從相對于蒸汽渦輪內(nèi)的溫度分布的高溫強度的觀點出發(fā)選擇該轉(zhuǎn)子材料。具體地說，在超過566℃的高溫區(qū)域使用含有0.02％以上的氮被強化的10％Cr鋼或含有W(鎢)的10％Cr鋼(高Cr鋼)等，在566～380℃的中間區(qū)域使用1～2.25％CrMoV低合金鋼，在低于380℃的低溫區(qū)域使用3.5％NiCrMoV低合金鋼構(gòu)成的渦輪轉(zhuǎn)子。另外，在高溫區(qū)域和中低溫區(qū)域共存的環(huán)境中，使用相對于高溫區(qū)域具有強度的高Cr鋼構(gòu)成的一體型渦輪轉(zhuǎn)子。但是，所述高Cr鋼是高成本材料，在高溫區(qū)域和中低溫區(qū)域共存的環(huán)境中使用的渦輪轉(zhuǎn)子全體由高Cr鋼構(gòu)成，在成本方面負擔(dān)太大。因此，提出了不同鋼種焊接轉(zhuǎn)子，用于蒸汽渦輪內(nèi)高溫區(qū)域和中低溫區(qū)域共存的蒸汽渦輪，其中，配置在蒸汽渦輪內(nèi)的環(huán)境溫度為中低溫區(qū)域的位置的渦輪轉(zhuǎn)子部位由低價的所述低合金鋼形成，配置在蒸汽渦輪內(nèi)的環(huán)境溫度為高溫區(qū)域的位置的渦輪轉(zhuǎn)子部位由高溫強度優(yōu)異的所述高Cr鋼形成。中國專利公開了一種渦輪轉(zhuǎn)子的制造方法——幾種高Cr高溫轉(zhuǎn)子材料與低Cr低溫轉(zhuǎn)子材料的連接方法，采用合適的熔合材連接異種材料，能夠防止連接接頭產(chǎn)生微小的吹孔，使其具有適當(dāng)?shù)膹姸?、韌性。然而，由于高Cr和低Cr材料中Cr元素重量含量的差異較大，直接采用熔合材連接導(dǎo)致連接處Cr元素含量梯度較大，易出現(xiàn)貧富碳層，使連接處出現(xiàn)弱化區(qū)。技術(shù)實現(xiàn)要素：鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種由異種材料構(gòu)成的渦輪轉(zhuǎn)子的制造方法，能夠避免渦輪轉(zhuǎn)子的連接處Cr元素含量梯度過大，避免出現(xiàn)貧富碳層，防止連接處出現(xiàn)弱化區(qū)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種由異種材料構(gòu)成的渦輪轉(zhuǎn)子的制造方法，所述渦輪轉(zhuǎn)子包括由高Cr鋼構(gòu)成的第一轉(zhuǎn)子部和由低Cr鋼構(gòu)成的第二轉(zhuǎn)子部，所述制造方法包括以下步驟：步驟S1：分別制造第一轉(zhuǎn)子部和第二轉(zhuǎn)子部；步驟S2：在第一轉(zhuǎn)子部的端面上堆焊低Cr鋼熔合材，所述熔合材的材質(zhì)與第二轉(zhuǎn)子部的材質(zhì)相同，逐層堆焊形成多層堆焊層，控制每層堆焊層的熔合比，使各堆焊層的Cr元素含量逐層遞減，直至最外層堆焊層的Cr元素含量與第二轉(zhuǎn)子部一致；步驟S3：將第一轉(zhuǎn)子部在650～680℃下進行去應(yīng)力熱處理；步驟S4：采用低Cr鋼熔合材將所述第一轉(zhuǎn)子部有堆焊層的端面與第二轉(zhuǎn)子部焊接在一起，所述熔合材的材質(zhì)與第二轉(zhuǎn)子部的材質(zhì)相同；步驟S5：將焊接在一起的第一轉(zhuǎn)子部與第二轉(zhuǎn)子部在650～680℃下進行去應(yīng)力熱處理。優(yōu)選地，所述步驟S2中，采用多道焊的方式形成每層堆焊層，每層中的焊道均采用相同的熔合比。優(yōu)選地，所述步驟S2中，在第一轉(zhuǎn)子部的端部同軸嵌套陶瓷襯墊，在陶瓷襯墊內(nèi)逐層堆焊形成所述多層堆焊層。優(yōu)選地，所述高Cr鋼為10％Cr，其中各組分的質(zhì)量分數(shù)為——C：0.10～0.15％、Si：≤0.15％、Mn：0.30～0.60％、Cr：10.0～10.8％、Mo：0.95～1.20％、Ni：0.70～0.85％、V：0.13～0.28％、P：≤0.012％、S：≤0.005％、Al：≤0.010％、Cu：≤0.15％、Sb：≤0.0015％、Sn：≤0.015％、As：≤0.020％、W：0.90～1.10％、Nb：0.04～0.06％、N：0.045～0.060％，余量為Fe。優(yōu)選地，所述低Cr鋼為2.25％CrMoV，其中各組分的質(zhì)量分數(shù)為——C：0.18～0.30％、Si：≤0.10％、Mn：0.30～1.20％、Cr：2.00～2.50％、Mo：0.85～1.30％、Ni：0.50～1.00％、V：0.21～0.30％、P：≤0.020％、S：≤0.015％、Al：≤0.010％、Cu：≤0.20％、Sb：≤0.020％、Sn：≤0.020％、As：≤0.020％，余量為Fe。優(yōu)選地，所述步驟S2中，所述堆焊層為3～5層。優(yōu)選地，所述步驟S2中的焊接為TIG焊。優(yōu)選地，所述步驟S4中的焊接為埋弧焊。優(yōu)選地，所述步驟S3之后，對第一轉(zhuǎn)子部端部的堆焊層表面進行機加工，保證堆焊層的厚度大于4mm。如上所述，本發(fā)明的由異種材料構(gòu)成的渦輪轉(zhuǎn)子的制造方法，具有以下有益效果：1、本發(fā)明采用異種材料制造渦輪轉(zhuǎn)子，使渦輪轉(zhuǎn)子應(yīng)用于高溫區(qū)域和中低溫區(qū)域共存的渦輪環(huán)境中，一方面，解決了全部由高溫區(qū)域的高Cr鋼渦輪轉(zhuǎn)子材料鍛造的難題，另一方面，由于低Cr鋼渦輪轉(zhuǎn)子材料成本相對較低，降低了渦輪轉(zhuǎn)子的制造成本。2、在由高Cr鋼構(gòu)成的第一轉(zhuǎn)子部的端面上逐層堆焊2.25％CrMoV熔合材，解決了異種材料直接連接容易出現(xiàn)貧富碳層的問題，使第一轉(zhuǎn)子部和第二轉(zhuǎn)子部之間的連接處具有較好的Cr元素含量的遞減連續(xù)性，并且能夠使渦輪轉(zhuǎn)子通過可靠性測試。附圖說明圖1顯示為本發(fā)明的第一轉(zhuǎn)子部與第二轉(zhuǎn)子部的連接示意圖。圖2顯示為堆焊示意圖。圖3顯示為熔合比示意圖。圖4顯示為各堆焊層的Cr元素含量變化圖。元件標(biāo)號說明1第一轉(zhuǎn)子部2第二轉(zhuǎn)子部3堆焊層4陶瓷襯墊具體實施方式以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及功效。請參閱圖1至4。須知，本說明書所附圖中所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容所能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實施的范疇。如圖1所示，本發(fā)明提供一種由異種材料構(gòu)成的渦輪轉(zhuǎn)子的制造方法，渦輪轉(zhuǎn)子包括由高Cr鋼構(gòu)成的第一轉(zhuǎn)子部1和由低Cr鋼構(gòu)成的第二轉(zhuǎn)子部2，制造方法包括以下步驟：步驟S1：分別制造第一轉(zhuǎn)子部1和第二轉(zhuǎn)子部2；步驟S2：在第一轉(zhuǎn)子部1的端面上堆焊低Cr鋼熔合材，熔合材的材質(zhì)與第二轉(zhuǎn)子部2的材質(zhì)相同，逐層堆焊形成多層堆焊層3，控制每層堆焊層3的熔合比，使各堆焊層3的Cr元素含量逐層遞減，直至最外層堆焊層3的Cr元素含量與第二轉(zhuǎn)子部2一致。在具體實施時，如圖3所示，通過采用不同的焊接工藝規(guī)范得到不同的熔合比——30％、40％、50％、60％，例如40％的熔合比是指，在堆焊過程中，被熔化的母材在焊道金屬中所占的體積百分比為40％，熔合材占60％。采用每層不同的熔合比控制各堆焊層3的Cr元素含量逐層遞減，直至最外層堆焊層3的Cr元素含量與第二轉(zhuǎn)子部2一致。如此操作，使各堆焊層3里的Cr元素含量具有較好的遞減連續(xù)性，解決了異種材料直接連接容易出現(xiàn)貧富碳層的問題，進而防止渦輪轉(zhuǎn)子出現(xiàn)薄弱區(qū)(貧富碳層的存在導(dǎo)致連接處出現(xiàn)薄弱層)；步驟S3：將第一轉(zhuǎn)子部1在650～680℃下進行去應(yīng)力熱處理。如此操作，將第一轉(zhuǎn)子部1(包括堆焊層3)整體進爐，為了消除其中的殘余應(yīng)力，以穩(wěn)定其尺寸，防止變形與裂紋；步驟S4：采用低Cr鋼熔合材將第一轉(zhuǎn)子部1有堆焊層3的端面與第二轉(zhuǎn)子部2焊接在一起，熔合材的材質(zhì)與第二轉(zhuǎn)子部2的材質(zhì)相同；步驟S5：將焊接在一起的第一轉(zhuǎn)子部1與第二轉(zhuǎn)子部2在650～680℃下進行去應(yīng)力熱處理；由于步驟S2和步驟S4采用的熔合材相同，因此選擇相同的去應(yīng)力熱處理。如此操作，也是為了消除其中的殘余應(yīng)力，以穩(wěn)定其尺寸，防止變形與裂紋。通過上述的制造方法，能夠使渦輪轉(zhuǎn)子應(yīng)用于高溫區(qū)域和中低溫區(qū)域共存的渦輪環(huán)境中，一方面，解決了全部由高溫區(qū)域的高Cr鋼渦輪轉(zhuǎn)子材料鍛造困難的難題；另一方面，由于低Cr鋼渦輪轉(zhuǎn)子材料成本相對較低，降低了本渦輪轉(zhuǎn)子的制造成本。此外，在由高Cr鋼構(gòu)成的第一轉(zhuǎn)子部1的端面上逐層堆焊低Cr鋼熔合材，解決了異種材料直接連接容易出現(xiàn)貧富碳層的問題，使第一轉(zhuǎn)子部1和第二轉(zhuǎn)子部2之間的連接處具有較好的Cr元素含量的遞減連續(xù)性，并且渦輪轉(zhuǎn)子能夠通過可靠性測試。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，步驟S2中，采用多道焊的方式形成每層堆焊層3，每層中的焊道均采用相同的熔合比。在具體實施時，如圖2所示，總共堆焊5層堆焊層3：首先在第一轉(zhuǎn)子部1的端面上堆焊第一層堆焊層3，堆焊第一層堆焊層3的過程中，依次熔敷焊道1a、焊道1b、焊道1c、焊道1d、焊道1e以及焊道1f，熔敷每個焊道的熔合比相同；再在第一層堆焊層3上堆焊第二層堆焊層3，依次熔敷焊道2a、焊道2b、焊道2c、焊道2d以及焊道2e，各個熔合比也相同；接著在第二層堆焊層3上堆焊第三層堆焊層3，依次熔敷焊道3a、焊道3b、焊道3c、焊道3d以及焊道3e，各個熔合比也相同；然后在第三層堆焊層3上堆焊第四層堆焊層3，依次熔敷焊道4a、焊道4b、焊道4c、焊道4d以及焊道4e，各個熔合比也相同；最后在第四層堆焊層3上堆焊第五層堆焊層3，依次熔敷焊道5a、焊道5b、焊道5c、焊道5d以及焊道5e，各個熔合比也相同。作為一種更優(yōu)的實施例，圖3分別顯示了四種通過焊接工藝規(guī)范獲得的熔合比：30％、40％、50％、60％，圖4顯示了Cr含量從10.8％逐步遞減且逐步靠近2.25％，堆焊過程中，第一層堆焊層3的熔合比為60％，使Cr含量達到7.38％；第二層堆焊層3的熔合比為50％，使Cr含量達到4.82％；第三層堆焊層3的熔合比為40％，使Cr含量達到3.28％；第四層堆焊層3的熔合比為30％，使Cr含量達到2.55％，最后堆焊第五層，選擇更小的熔合比，使Cr含量與熔合材更加接近，從而保證堆焊過程中Cr含量逐層遞減。較佳的實施例中，步驟S2中，在第一轉(zhuǎn)子部1的端部同軸嵌套陶瓷襯墊4，在陶瓷襯墊4內(nèi)逐層堆焊形成多層堆焊層3。如此操作，使堆焊層3成型飽滿，焊跡整齊，保證焊接質(zhì)量以及后續(xù)加工。較佳的實施例中，高Cr鋼為10％Cr，10％Cr材料用于高溫高壓的渦輪轉(zhuǎn)子部位，具有較好的高溫強度和持久強度，其主要組分的質(zhì)量分數(shù)如下：CSiMnCrMoNiV0.10～0.15≤0.150.30～0.6010.0～10.80.95～1.200.70～0.850.13～0.28PSAlCuSbSnAs≤0.012≤0.005≤0.010≤0.15≤0.0015≤0.015≤0.020WNbNFe---0.90～1.100.04～0.060.045～0.060余量---較佳的實施例中，低Cr鋼為2.25％CrMoV，2.25％CrMoV材料用于溫度相對較低的渦輪轉(zhuǎn)子部位，相比10％Cr材料，成本低，鍛造相對容易，其主要組分的質(zhì)量分數(shù)如下：CSiMnCrMoNiVP0.18～0.30≤0.100.30～1.202.00～2.500.85～1.300.50～1.000.21～0.30≤0.020SAlCuSbSnAsFe-≤0.015≤0.010≤0.20≤0.020≤0.020≤0.020余量-較佳的實施例中，步驟S2中，堆焊層3為3～5層；步驟S3之后，對第一轉(zhuǎn)子部1端部的堆焊層3表面進行機加工，保證堆焊層3的厚度大于4mm。在具體實施時，堆焊層3的數(shù)量為5層，在由高Cr鋼構(gòu)成的第一轉(zhuǎn)子部1的端面上逐層堆焊低Cr鋼熔合材之后，機加工堆焊層3的表面以致保證堆焊層3的厚度大于4mm。如此操作，能夠使渦輪轉(zhuǎn)子具有良好的機械性能，通過可靠性測試。較佳的實施例中，步驟S2中的焊接為TIG焊；步驟S4中的焊接為埋弧焊。在具體實施時，步驟S2中的焊接為氬弧焊。綜上，本發(fā)明降低了渦輪轉(zhuǎn)子的鍛造難度和制造成本，避免了貧富碳層的出現(xiàn)，提高了渦輪轉(zhuǎn)子的機械性能。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。當(dāng)前第1頁1 2 3