摘要：汽轮机缸体的制造主要包括毛坯铸造和机械加工两方面，通过对铸造和机械加工过程的分析，为汽轮机缸体的制造工艺改进提供必要的信息。
关键词：汽轮机缸体；铸造；机械加工；制造工艺
前言：汽轮机缸体是汽轮机的关键部件，工作环境恶劣，承载高温、高压、高速的气流冲击，所以对其铸造和加工质量的要求较高，缸体铸造和加工质量的好坏直接影响汽轮机的性能。
1 汽轮机缸体制造工艺流程
汽轮机大型缸体一般为铸件，先铸造毛坯，然后进行机械加工。其主要制造过程包括：毛坯铸造—超声探伤—粗加工—精整—热处理—精加工。
2 缸体铸造
2.1 铸件的质量要求
汽轮机缸体长期工作在高温、高压环境中，并且缸体内部有大型高速运转的转子及叶片等部件，故对汽缸体的铸件质量有相当高的要求。（1）铸件表面不允许有裂纹、粘砂、缩孔、气孔、渣孔、冷隔、氧化皮等缺陷，如有上述缺陷应彻底清除，然后进行补焊处理。（2）铸件非加工面的粗糙度均应打磨至优于Ra 25μm。（3）铸件所有表面均需作100%超声波及磁粉探伤。（4）加工表面不允许有超标的铸造缺陷存在。（5）非加工表面允许存在的缺陷应符合标准要求。（6）铸件的几何形状应符合图样规定。（7）铸件的尺寸公差应符合标准规定。
2.2 铸件超声波探伤
2.2.1 缺陷性质分析
铸钢件中主要有夹渣、气孔、裂纹、缩松、偏析等缺陷。但是这些缺陷在示波屏上所反映出的波形差异又不是很大。若单从波形上来分析缺陷的性质是不全面的，甚至还会造成错误的判定，因此有必要从各个方面进行综合分析。（1）成型工艺分析。所谓成型工艺是指工件的制造过程，如铸造、焊接等。成型的工艺不同，所产生的缺陷性质也各不相同。铸件缺陷主要是缩松（孔）、包砂、气孔、裂纹等。（2）材质分析。工件内所产生的缺陷，与其材质有密切关系。如含钒材质的工件由于其裂纹倾向大，则产生裂纹性的缺陷较多。（3）缺陷大小分析。通常，缺陷大小（当量、面积）与其性质也是有关联的。在铸钢件产品中，若缺陷的反射能力很强即当量很大，则多为气孔、裂纹；若缺陷的反射能力不强且严重影响底波则多为缩松、包砂等。如若缺陷的面积较小则可能是单个气孔、夹渣；若面积很大则可能是缩松、包砂；若显示为线性则多为裂纹、链状气孔。（4）缺陷位置分析。缺陷所处的位置不同，其性质会有所差别。如缩松多集中在浇口附近，裂纹多在应力集中处，偏析多集中在工件的中间位置。
2.2.2 缺陷反射波形分析
铸钢件探伤中常见的几种缺陷波形：裂纹：裂纹亦是一种金属的断裂，因此其内含气体，有一定的方向性，并呈长线性分布。当探伤发现这种缺陷时，若其与声波传播方向垂直，则反射的脉冲明显、尖锐、猛烈，但当其分布方向与声速平行时，则不易被发现。气孔：从缺陷的介质成分来说，其与裂纹一样，内也含有气体。气孔的反射界面规则光滑，因此在声束与其反射界面完全垂直时，其反射脉冲特点与形状同裂纹较相似，也呈现明显、尖锐、猛烈的特征。不过其波形也有特殊之处，因为气孔多是圆形或椭圆形的，故当探头稍许移动，脉冲立即消失。且从各个方面均可以发现，而脉冲特征也变化较小。裂纹则不然，由于其方向性较强并线性分布，在探头移动过程中其脉冲并不立即消失，同时从各个方面探测也不能全部发现。缩孔：通常缩孔是较大的，且含气体。当其有效面积大于声速扩散面时，由于声波被全反射的原因，而无底波脉冲反射。从其反射波形来说，亦是明显、尖锐、猛烈的，同时也可以结合其多面投影法加以确认。包砂与夹渣：包砂与夹渣分布在工件内部的位置、大小和外形都不同。其内是含有少量气体的金属夹杂物。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆虽然由于这些介质对声能有较大的吸收作用，又因反射界面比较单纯，有的也较光滑，所以从脉冲反射来看，介于明显、尖锐、猛烈与迟钝、缓慢、矮小之间。但当其夹杂物与金属间的交接处光滑或不粘滞时，则会出现前者情况；反之，当其与金属交接处异常不规则，且又与金属间紧密粘滞，则会出现后者情况。包砂与夹渣同样会有单个、密集或链状等几种。缩松：缩松亦是在铸件中较小缩孔的聚集，多产生在铸件的浇口处，这是因为金属在结晶时体积收缩，同时放出气体凝结形成。多数情况下，既无底面反射波也无缺陷反射波，而是在示波屏的扫描线上呈蠕动现象，即扫描线有变形情况。
2.3 热处理
热处理是影响汽缸体力学性能的关键。经过多年的摸索与优化，通过提高正火冷却速度并适当延长回火保温时间，可以使汽缸体的力学性能达到要求并趋于稳定。
2.4 精整
毛坯在热处理前及粗加工后要进行精整工序，精整工序的工作内容是：（1）割冒口并刨、磨气缸体内外所有毛坯表面，清除氧化皮及粘沙等，以利超声波及磁粉探伤。（2）以加工面作为基准，依靠样板修整毛坯形状。（3）对汽缸体进行除加工面外的100%超声波及磁粉探伤。（4）对探伤发现的超标缺陷进行清除（如裂纹、气孔、缩孔及夹砂等）。（5）对已清除缺陷的部位进行焊补，焊补前要将汽缸体加热300℃左右，以避免焊补过程中因冷却速度过快而导致开裂。（6）由于经焊补后的汽缸体内存在有较大内应力，而且铸件本身晶粒粗大，致密性较差，应力在释放过程中极易产生裂纹，因此，必须对缸体进行整体消应力处理。
3 缸体机械加工
3.1 汽缸中分面的加工
汽轮机在工作时，汽缸中分面在蒸汽冲击下必须紧密贴合，不允许漏汽，因此对汽缸中分面的加工要求非常高，一般要求表面粗糙度Ra=1.6μm，自由合拢时，不允许塞进0.05mm塞尺。传统的汽缸中分面精加工通常是先在龙门刨床上刨削，然后通过精密磨削来实现；先磨削上半，然后以此为基准磨下半，直至上下两半平面度符合要求，但这种工艺方法生产效率较低。目前采用数控机床超精铣削方法，铣刀装有超精研磨而成的刮光刀片，切削刃为椭圆形，适用于大平面的精加工和高进给，切削深度仅为0.01～0.05mm，每分钟走刀量高达700～1000mm，表面粗糙度可达Ra =0.8～1.6μm，铣削出的气缸中分面完全符合设计要求，大大缩短了加工时间，提高了生产效率。
3.2 汽缸中分面螺孔的加工
汽缸中分面把合螺孔直径大、数量多，是汽缸中分面加工过程中比较重要的一个环节。对于气缸中分面螺孔的加工，传统工艺一般为钻床钻孔，丝锥攻丝，加工效率低，且大直径螺孔攻丝容易折断丝锥，增加再加工难度且提高了加工成本。目前普遍采用的方法是用数控龙门铣床配备的专用旋风铣装置，该装置能加工不同直径、不同螺距、左右旋以及公英制的螺纹，可大大提高加工效率，同时节约了丝锥消耗的成本。
3.3 汽缸深槽的加工
用传统方式对其进行镗削加工不仅刀具悬伸太长，刚性差，破损率高，而且几乎没有走刀空间，生产效率极为低下。目前普遍采用的方法是先在数控镗铣床上使用三面刃刀盘进行铣削加工，然后在立车上进行车削加工，这样既能很好的保证加工质量，又大大提高了加工效率。
结论：
汽轮机缸体工作温度高、压力大，因此对铸造质量和加工精度都有较高要求。分析铸造和机械加工过程中的问题，将所得到的质量信息反馈到设计、工艺部门，可以促使其进一步改进产品的设计与制造工艺，提高产品质量。
参考文献：
[1]何光． 大型汽轮机缸体的制造技术及改进[J]．重型机械科技，2001，（3）.
[2]张涛. 付玉． 汽轮机外缸体制造中的超声波探伤[J]．无损探伤，2010．（8）.
论文作者:崔萍1,王江2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第5期
论文发表时间:2017/5/25
标签：缸体论文; 缺陷论文; 加工论文; 裂纹论文; 中分论文; 汽轮机论文; 汽缸论文; 《电力设备》2017年第5期论文;