轴元件、用于制造由两种不同材料构成的轴元件的方法以及相应的流体机械技术

本发明专利技术涉及一种流体机械(2)的、尤其组合式蒸汽轮机(4)的轴元件(1)，所述轴元件具有至少两个借助于焊缝(23)彼此材料配合地拼合的轴子部段(15，16)，其中在这些轴子部段(15，16)中存在不同的化学和机械特性，其中焊缝(23)具有1:14至1:2的焊层高度/焊缝宽度比。本发明专利技术还涉及一种用于制造由两种不同材料构成的轴元件(1)的方法。

Shaft element, method for making shaft elements made up of two different materials and corresponding fluid machinery

The invention relates to a fluid machinery (2), especially combined steam turbine (4) of the shaft element (1), the shaft member has at least two (23) with the help of the weld material with each other to split the Axion section (15, 16), in which the axions section (15 16), chemical and mechanical properties of different, wherein the weld seam (23) with the height / width ratio of weld welding layer 1:14 to 1:2. The invention also relates to a method for the manufacture of an axis element (1) consisting of two different materials.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】轴元件、用于制造由两种不同材料构成的轴元件的方法以及相应的流体机械
本专利技术涉及一种流体机械的、尤其组合式蒸汽轮机的轴元件，所述轴元件具有至少两个借助于焊缝以材料配合的方式彼此拼合的轴子部段，其中在所述轴子部段中存在不同的化学和机械特性。本专利技术涉及一种用于制造由两种不同材料构成的轴元件的方法，其中两个由不同材料构成的轴区段借助于焊缝以材料配合的方式彼此拼合成轴元件。本专利技术同样涉及一种流体机械，尤其组合式蒸汽轮机，所述流体机械具有环绕轴向轴线的轴元件，所述轴元件具有由不同材料构成的两个轴子部段，所述轴子部段通过焊缝以材料配合的方式彼此连接。
技术介绍
这种轴元件承载在流体机械中与轴向旋转轴线同心设置的转子叶片或由其形成的转子叶片环。在此，在这种轴元件上能够依次设置有多个转子叶片排。这种轴元件能够轴向地延伸穿过流体机械的不同的子区域并且在此承受不同的热学和机械影响。应借助示例性地包括中压涡轮机部件和在其下游连接的低压涡轮机部件的组合式蒸汽轮机的示例来详细阐述轴元件的构造。通常，所述轴元件既轴向地延伸穿过组合式蒸汽轮机的中压涡轮机部件、也轴向地延伸穿过低压涡轮机部件。例如，轴元件借助第一轴子部段在中压涡轮机部件中延伸并且借助另一轴子部段在低压涡轮机部件中延伸。与在组合式蒸汽轮机的低压涡轮机部件的情况下相比，关于穿流组合式蒸汽轮机的做功介质而言，在中压涡轮机部件中存在做功介质的更高的工作压力和更高的工作温度。例如，做功介质在中压涡轮机部件的区域中的工作温度大于400℃。就此而言，轴元件的第一轴子部段在所述中压涡轮机部件中在如下情况下也更高地热负荷：所述第一轴子部段在该处与做功介质相互作用。在此，轴元件的在下游连接的低压涡轮机部件中的另一轴子部段虽然受更小热负荷，然而所述另一轴子部段在机械方面更强地负荷。就此而言值得期望的是，轴元件的不同程度负荷的轴子部段具有相应匹配的材料特性。有益的是，在中压涡轮机部件中的第一轴子部段由相当耐热的材料构成，而在低压子涡轮机部件中的另一轴子部段应由相当耐冷的材料构成。特定地针对流体机械、例如具有中压涡轮机部件和连接于此的低压涡轮机部件的这种组合式蒸汽轮机，不能够始终实现关于沿轴向方向至少部分地延伸穿过流体机械且以整体结构方式制成的轴元件方面最佳的特性变化。这基本上在于，在整体结构方式中将期望的材料特性组合，然而由此必须不利地达成妥协，所述妥协阻止流体机械或组合式蒸汽轮机的最佳运行。因此，这种轴元件借助于适合的焊接方法通常由多个配设有不同特性的轴区段热拼合而成。这种轴连接焊接是有用的替选方案，以便能够将具有不同的化学组分和不同的机械特性、如尤其“耐热”和“耐冷”的材料彼此热拼合。然而，在此常常出现如下问题：所述轴区段的不同的材料特性要求借助缓冲焊接实现的特定的焊接构造，借助于所述焊接构造例如能够将轴元件的随后的第一轴子部段的耐热的轴区段与轴元件的随后的另一轴子部段的耐冷的轴区段焊接。在此，将缓冲焊接优选施加到耐热的轴区段的耐高温的材料上。例如从US4,962,586中已知借助缓冲焊接的处理方法。这种方式至今为止也良好地作用于实现具有不同的轴子部段的轴元件，例如组合式蒸汽轮机的轴元件，在所述轴子部段中存在不同的特性。然而，这种方式也是耗时的进而是高成本的。为了避免关于这种附加的缓冲焊接的缺点，在WO2004/051056A1中公开另一方法，其中通过关于要彼此热接合的轴区段以及匹配的热处理方面进行有针对性的材料选择，能够弃用这种缓冲焊接。
技术实现思路
本专利技术的目的是，改进这种轴元件，所述轴元件设为用于在流体机械上使用，以及尤其关于此点在避开缓冲焊接情况下改进已知的制造方法。本专利技术的目的由流体机械的、尤其组合式蒸汽轮机的轴元件来实现，所述轴元件具有至少两个借助于焊缝以材料配合的方式彼此拼合的轴子部段，其中在所述轴子部段中存在不同的化学和机械特性，其中焊缝具有1:14至1:2的焊层高度和焊缝宽度比。本专利技术尤其涉及一种在陡的侧壁上的狭隙中借助于能量密度来调节的保护气体焊接，所述保护气体焊接在实际的焊接连接部或焊缝中具有有针对性的材料特性影响。流体机械的轴元件分部段地通常不同程度地受到热学和机械负荷，如在流体机械的压缩机区域或涡轮机区域中不同程度地受到热学和机械负荷。尤其，在如下情况下涉及组合式蒸汽轮机的轴元件：高压涡轮机部件、中压涡轮机部件和/或低压涡轮机部件具有连贯的轴元件，所述轴元件被穿流组合式蒸汽轮机的做功介质环流。这种组合式蒸汽轮机具有一个入流区域和两个或更多个构成有转子叶片和导向叶片的、依次连接的涡轮机部件。在此，例如轴元件在高压涡轮机部件或中压涡轮机部件的区域中的第一轴子部段比轴元件在低压涡轮机部件等的区域中的另一轴子部段受到更高的热负荷。出于该原因，有利的是，所述第一轴子部段借助于耐热的材料构成。相反地，轴元件在低压涡轮机部件的区域中的另一轴子部段与轴元件在高压或中压涡轮机部件的区域中的第一轴子部段相比承受更高的机械负荷。就此而言有利的是，另一轴子部段由较耐冷的材料制成。同样内容也在组合式蒸汽轮机的中压涡轮机部件相对于组合式蒸汽轮机的低压涡轮机部件的轴子部段的方面适用。在任何情况下，当前由不同材料构成的轴子部段的焊接连接能够比迄今为止明显更好地构成。本专利技术的目的就此而言也由一种用于制造由两种不同材料构成的轴元件的方法来实现，其中两个由不同材料构成的轴区段借助于焊缝以材料配合的方式彼此拼合成轴元件，其中产生具有1:14至1:2的焊层高度/焊缝宽度比的焊缝。本专利技术的特征在于，至少两个轴子部段中的第一轴子部段由耐热材料1CrMoV；2CrMoNiWV；10CrMoWVNbN；10CrMoVNbN或9CrMoCoBNbN或者9Cr3CoWNbBN制成。本专利技术尤其涉及一种相应的轴元件的制造方法，其中借助于在具有70％至80％的马氏体转换率的半马氏体区域中进行保护气体焊接，以将具有不同的化学和/或机械特性的两种材料在避开使用缓冲焊接的情况下材料配合地连接。要理解的是，尤其通过下述特征来改进在要以材料配合的方式彼此拼合的轴区段之间的当前的狭隙中的焊接连接。因此，尤其在当前的狭缝焊接中，通过改进工艺控制、工艺监控和工艺调节，在设定要彼此熔融的材料的特性方面，在焊接侧壁的热影响区中和/或在焊接产品本身中有针对性地控制焊接连接或焊缝是可行的。在此，轴元件能够多样化地构成。例如，轴元件构成为转子部件。另一实施方案变型形式例如提出，焊缝包括多个焊层，所述焊层分别通过唯一的焊道产生，以便经由相应的焊道的设定的几何形状来实现分别位于其下的焊层的焊层调质处理、尤其中间层调质处理。由此，也能够明显改善在两种不同材料之间产生的焊接连接或焊缝。仅通过焊缝的焊层的所述构造，能够有利地改进这种轴元件，使得该特征即使在没有本专利技术的其余特征的条件下也是有利的。就此而言，用于制造相应的轴元件的方法能够相应地通过如下方式改进：焊缝的焊层通过仅一个唯一的焊道产生，以便经由相应的焊道的设定几何形状来实现分别位于其下的焊层的焊层调质处理、尤其中间层调质处理。如在上文中已经表明的那样，焊缝优选在狭缝中构成，由此焊层能够分别通过唯一的焊道容易地产生。不仅当前的焊层高度/焊缝宽度比、而且与此无关地还有焊层关于所要求的焊道的数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体机械(2)的轴元件(1)，尤其组合式蒸汽轮机(4)的轴元件(1)，所述轴元件具有至少两个借助于焊缝(23)以材料配合的方式彼此拼合的轴子部段(15，16)，其中在所述轴子部段(15，16)中存在不同的化学和机械特性，其中所述焊缝(23)具有1:14至1:2的焊层高度/焊缝宽度比，其中至少两个轴子部段(15，16)中的第一轴子部段由耐热材料1CrMoV；2CrMoV、2CrMoNiWV；10CrMoWVNbN；10CrMoVNbN；9CrMoCoBNbN或9Cr3Co3WNbBN制成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.23 EP 15160284.41.一种流体机械(2)的轴元件(1)，尤其组合式蒸汽轮机(4)的轴元件(1)，所述轴元件具有至少两个借助于焊缝(23)以材料配合的方式彼此拼合的轴子部段(15，16)，其中在所述轴子部段(15，16)中存在不同的化学和机械特性，其中所述焊缝(23)具有1:14至1:2的焊层高度/焊缝宽度比，其中至少两个轴子部段(15，16)中的第一轴子部段由耐热材料1CrMoV；2CrMoV、2CrMoNiWV；10CrMoWVNbN；10CrMoVNbN；9CrMoCoBNbN或9Cr3Co3WNbBN制成。2.根据权利要求1所述的轴元件(1)，其中所述焊缝(23)包括多个焊层(41)，所述焊层分别通过唯一的焊道(38)产生，以便经由相应的焊道(38)的设定的几何形状来实现分别位于其下的焊层(41)的焊层调质处理、尤其中间层调质处理。3.根据权利要求1或2所述的轴元件(1)，其中所述焊缝(23)包括两个轴向相对置的、陡峭的接合侧壁(29，30)，所述接合侧壁分别相对于垂直线(31)具有＜1.5°、优选＜1°的开度角(32)，以便尤其好地控制所引入的热能的深度效应。4.根据权利要求1至3中任一项所述的轴元件(1)，其中至少两个所述轴子部段(15，16)中的另一个由耐冷材料2.0-4.0NiCrMoV；2.0-4.0NiCrMoV清洁胶或2CrNiMo制成。5.根据权利要求1至3中任一项所述的轴元件(1)，其中至少两个所述轴子部段(15，16)中的另一个由低合金化的、耐热材料1CrMoV；2CrMoV；或2CrMoNiWV制成，并且第二材料是10CrMoWVNbN；10CrMoVNbN；9CrMoCoBNbN或9Cr3Co3WNbBN的类型。6.一种用于制造由两种不同材料构成的轴元件(1)的方法，所述轴元件尤其是根据上述权利要求中任一项所述的轴元...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尔斯滕乌尔夫·克恩，斯特凡·布吕斯克，卡斯滕·尼珀尔德，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE