一种不锈钢冲焊式离心泵叶轮及其改进焊接方法

摘要

本发明提供了一种不锈钢冲焊式离心泵叶轮及其改进焊接方法，包括前盖板、叶片、后盖板和轮毂，前盖板与叶片耦合的一面设有第一凹槽，其数量与叶片的数量相同，其形状与叶片贴近前盖板一端的形状相同；后盖板与叶片耦合的一面设有第二凹槽，其数量与叶片的数量相同，其形状与叶片贴近后盖板一端的形状相同；焊接过程中，依据叶轮模型的叶片与前盖板、后盖板贴合端的空间曲线形状，先在前盖板、后盖板平面上分别冲压出第一凹槽和第二凹槽，使得叶片两端能够嵌入前盖板和后盖板中，从而在叶轮焊接时彼此间能够较好的贴合，避免出现漏焊、焊接等不紧密现象，提高了叶轮的强度和离心泵的抗汽蚀性能指标，进而提高了叶轮的性能效率和使用寿命。

说明书

技术领域

本发明属于离心泵技术领域，尤其是涉及一种不锈钢冲焊式离心泵叶轮的改进焊接方法， 主要用于提高冲焊离心泵叶轮的焊接强度和使用寿命。

背景技术

冲压焊接离心泵叶片和铸造叶轮相比，不是整体浇铸，而是需要将叶轮不同的零件焊接 在一起组成叶轮，因此冲压焊接离心泵工艺涉及压力加工、焊接、热处理和模具等多专业协 作，难度大。目前，国内绝大多数冲压焊接叶轮，其前盖板都做成平面，叶片一般为直叶片， 而直叶片在弯曲后不易与有锥度的前盖板耦合，这样液体容易产生流道间串流，且对叶轮的 强度产生不良影响。

此外，对于前后盖板与叶片分离的叶轮，有采用在前后盖板和叶片上开螺纹孔用紧定螺 钉固定的方法，但是冲焊叶片比铸造叶片薄，流道光滑，开孔不太现实，而且这种固定方式 容易使流体在不同流道间串流，影响泵的效率。也有采用直接焊接的方法，但是由于普通焊 接容易出现焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观等缺欠。这些缺欠会减少焊缝截面积， 降低承载能力，产生应力集中，引起裂纹，降低疲劳强度，易引起焊件破裂导致脆断。而且 前盖板和后盖板与叶片的焊缝处由于焊接产生了特殊的物理化学变化，导致材料的性能降低， 容易发生腐蚀，在叶轮工作时，如果发生汽蚀，这种腐蚀会变得更加严重，导致焊缝处腐蚀 穿透，流道间产生串流，泵效率急剧下降，叶轮寿命降低。

使用传统的焊接工艺焊接存在许多不足，诸如热影响区和焊缝区宽度很大，叶片和盖板 收缩变形严重、有害残余应力的产生、焊接速度较慢、合金元素存在蒸发损失甚至是叶片焊 接的失败。使用激光焊接与这些低效率和易氧化的焊接工艺相比，光纤不锈钢焊接的焊缝区 和热影响区宽度很小，另外，光纤不诱钢焊接的显微硬度和拉伸性能更高，且光纤激光传输 灵活、控制方便，在叶轮内部叶片和盖板普通焊接不能焊到的位置，激光焊接都可以焊到。

经检索，申请号为CN201220645789的实用新型专利介绍了一种离心泵叶轮，前盖板的 内侧面上均布有多个叶片槽，叶片槽内设置有定位孔，后盖板的内侧面上均布有多个与叶片 槽相对应的叶片，叶片上设置有与定位孔相对应的定位柱，前盖板与后盖板定位装配后焊接 成一个整体。但是，这种叶轮是铸造而成，在不锈钢冲压焊接离心泵领域难以实现。目前关 于不锈钢冲焊式离心泵叶轮空间曲线焊接的改进方法的专利还未见相关报道。

发明内容

针对现有技术中存在前盖板、后盖板与叶片焊接处易出现漏焊、虚焊等不足，普通焊接 容易出现焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观等缺陷，本发明提供了一种不锈钢冲焊 式离心泵叶轮空间曲线焊接的改进方法，通过改进冲焊离心泵叶轮叶片前盖板和后盖板的设 计制造，将前盖板、后盖板与叶片贴合端冲压出能够使叶片嵌入的凹槽，叶片加工过程采用 激光强化和光纤焊接工艺，使叶片与前后盖板焊接成型后不出现上述不足和缺陷。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种不锈钢冲焊式离心泵叶轮，包括前盖板、叶片、后盖板和轮毂，所述叶片的前端和 后端分别设有前盖板和后盖板，所述后盖板后端设置有轮毂，所述前盖板与叶片耦合的一面 设有第一凹槽，所述第一凹槽的数量与叶片的数量相同，所述第一凹槽的形状与叶片贴近前 盖板一端的形状相同；所述后盖板与叶片耦合的一面设有第二凹槽，所述第二凹槽的数量与 叶片的数量相同，所述第二凹槽的形状与叶片贴近后盖板一端的形状相同。

进一步的，所述叶片为弯曲叶片或圆柱直叶片。

进一步的，所述第一凹槽的深度为0.5mm-1mm，其宽度比叶片贴合前盖板一端的宽度多 0.1mm-0.5mm。

进一步的，所述第一凹槽的深度为0.5mm，其宽度比叶片贴合前盖板一端的宽度多 0.1mm。

进一步的，所述第二凹槽深度为0.5mm-1mm，其宽度比叶片贴合后盖板一端的宽度多 0.1mm-0.5mm。

进一步的，所述第二凹槽深度为0.5mm，其宽度比叶片贴合后盖板一端的宽度多0.1mm。

一种不锈钢冲焊式离心泵叶轮的改进焊接方法，包括如下步骤：

步骤A：通过速度系数法确定叶轮各参数，包括叶片进口宽度b₁、叶片出口宽度b₂、叶 片进口角安放角β_1a、β_1b、β_1c，叶片出口角安放角β₂，叶片包角ψ、叶片厚度S₁、叶片数 Z、前盖板内径D₁、前盖板外径D₂、前盖板厚度S₂、后盖板直径D₃、后盖板厚度S₃、轮毂 直径d和轮毂厚度S₄；以此在CAD中建立所述叶轮模型；

步骤B：根据步骤A中所述叶轮模型分别得到前盖板模型与叶片模型贴合端、后盖板模 型与叶片模型贴合端的空间曲线的形状；

步骤C：根据步骤A中所述叶轮模型冲压出初始叶片，初始叶片的工作面和背面经打磨、 抛光、激光冲击强化；之后用去离子水淸洗、酒精超声波去油污，得到叶片；

步骤D：根据步骤B中所述前盖板模型与叶片模型贴合端的空间曲线的形状，在所述前 盖板与叶片耦合的平面上冲压出与叶片数量相同的第一凹槽；第一凹槽深度为0.5-1mm，其 宽度比叶片贴合前盖板一端的宽度多0.1mm-0.5mm；同样的，根据步骤B中后盖板模型与叶 片模型贴合端的空间曲线的形状，将所述后盖板冲压出第二凹槽，第一凹槽的深度为 0.5-1mm，其宽度比叶片贴合后盖板一端的宽度多0.1mm-0.5mm；

步骤E：将叶片的两端分别嵌入前盖板和后盖板并固定相对位置，先将叶片与后盖板激 光焊接，再焊接叶片与前盖板，最后将轮毂和已焊接件焊接起来；随后对焊接产生的焊缝区 进行打磨、抛光、激光冲击强化，之后经去离子水淸洗、酒精超声波去油污，得到叶轮成品。

进一步的，步骤C中所述激光冲击强化所用装置为Nd：YAG激光器。

进一步的，步骤E中所述激光焊接所用装置为YLS-4000光纤激光器。

进一步的，步骤A中叶轮各参数如下：叶片进口宽度b₁＝35mm、叶片出口宽度b₂＝24mm、 叶片进口安放角β_1a＝20°、β_1b＝25°、β_1c＝30°叶片出口安放角β₂＝27°、叶片包角ψ＝130°、 叶片厚度S₁＝3mm、叶片数Z＝6、前盖板内径D₁＝150mm、前盖板外径D₂＝300mm、前盖板厚 度S₂＝3mm、后盖板直径D₃＝300mm、后盖板厚度S₃＝3mm、轮毂直径d＝80mm和轮毂厚度 S₄＝6mm。

本发明的有益效果：

本发明所述的不锈钢冲焊式离心泵叶轮的改进焊接方法，依据叶轮模型中叶片与前盖板、 后盖板贴合端的空间曲线形状，在叶轮的制造阶段，在前盖板和后盖板与叶片的贴合的一面 上分别冲压出第一凹槽和第二凹槽，使得叶片两端能够嵌入前盖板和后盖板中，从而在焊接 时能够较好的贴合，避免出现漏焊、焊接等不紧密现象，提高了叶轮的强度并且提高了离心 泵的抗汽蚀性能指标，进而提高了叶轮的性能效率和使用寿命。此外，在叶片加工过程中采 用激光强化和光纤焊接工艺，达到提高叶轮叶片表面强度和紧密焊缝的目的。

附图说明

图1为本发明所述不锈钢冲焊离心泵叶轮的结构示意图。

图2为本发明所述不锈钢冲焊离心泵叶轮的轴面投影图。

图3为前盖板平面投影图。

图4为后盖板平面投影图。

附图标记说明如下：

1-前盖板，2-叶片，3-后盖板，4-轮毂，5-第一凹槽，6-第二凹槽。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于 此。

如图1和图2所示，一种不锈钢冲焊式离心泵叶轮，包括前盖板1、叶片2、后盖板3和 轮毂4，所述叶片2的前端和后端分别设有前盖板1和后盖板3，所述后盖板3后端设置有轮 毂4，所述叶片2为弯曲叶片或圆柱直叶片。

如图3所示，所述前盖板1与叶片2耦合的一面设有第一凹槽5，所述第一凹槽5的数 量与叶片2的数量相同，所述第一凹槽5的形状与叶片2贴近前盖板1的一端形状相同；所 述第一凹槽5的深度为0.5mm-1mm，其宽度比叶片2贴合前盖板1一端的宽度多出 0.1mm-0.5mm。如图4所示，所述后盖板3与叶片2耦合的一面设有第二凹槽6，所述第二 凹槽6的数量与叶片2的数量相同，所述第二凹槽6的形状与叶片2贴近后盖板3的一端形 状相同，所述第二凹槽6深度为0.5mm-1mm，其宽度比叶片2贴合后盖板3一端的宽度多出 0.1mm-0.5mm。

一种不锈钢冲焊式离心泵叶轮空间曲线焊接的改进方法，包括如下步骤：

步骤A：通过速度系数法确定叶轮各参数，即叶片进口宽度b₁＝35mm、叶片出口宽度 b₂＝24mm、叶片进口安放角β_1a＝20°、β_1b＝25°、β_1c＝30°叶片出口安放角β₂＝27°、叶片包角 ψ＝130°、叶片厚度S₁＝3mm、叶片数Z＝6、前盖板内径D₁＝150mm、前盖板外径D₂＝300mm、 前盖板厚度S₂＝3mm、后盖板直径D₃＝300mm、后盖板厚度S₃＝3mm、轮毂直径d＝80mm和轮 毂厚度S₄＝6mm；以此在CAD中建立所述叶轮模型；

步骤B：根据步骤A中所述叶轮模型分别得到前盖板模型与叶片模型贴合端、后盖板模 型与叶片模型贴合端的空间曲线的形状；

步骤C：根据步骤A中所述叶轮模型冲压扭曲得到初始叶片，对冲压扭曲后的叶片工作 面和背面进行打磨和抛光，并用Nd:YAG激光器对叶片工作面和背面采用激光冲击强化，最 后，将经过激光冲击强化后的叶片放入去离子水淸洗并放入酒精超声波去油污。

步骤D：根据步骤B中所述前盖板模型与叶片模型贴合端的空间曲线的形状，在所述前 盖板1与叶片2耦合的平面上冲压出与叶片2数量相同的第一凹槽5；第一凹槽5深度为 0.5mm，其宽度比叶片2贴合前盖板1一端的宽度多出0.1mm；同样的，根据步骤B中后盖 板模型与叶片模型贴合端的空间曲线的形状，将所述后盖板3也冲压出深度为0.5mm，宽度 比叶片2贴合后盖板3一端的宽度多出0.1mm的第二凹槽6；

步骤E：将叶片2的两端分别嵌入前盖板1和后盖板3并固定相对位置，采用YLS-4000 光纤激光器对叶轮进行光纤激光焊接。先将叶片2与后盖板3激光焊接，再焊接叶片2与前 盖板1，最后将轮毂4和已焊接件焊接起来；随后对焊接产生的焊缝区进行打磨、抛光，并 用Nd:YAG激光器对焊缝区进行激光冲击强化，并用去离子水淸洗并放入酒精超声波去油污， 得到叶轮成品。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本 发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均 属于本发明的保护范围。