泵叶轮与导叶冲压焊接成形工艺的研究
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王 洋
【摘要】 介绍了泵叶轮、导叶采用冲压焊接成形新工艺，并对该工艺的过程作了阐述，对提高泵行业的制造水平具有一定的促进作用。
叙词： 叶轮 导叶 冲压 焊接
引言
采用冲压焊接成形技术生产泵类产品，已在工业发达国家得到了广泛的应用。我
国泵类产品的生产企业还是沿用着传统的铸造加工技术。泵叶轮与导叶冲压焊接成形
工艺，是采用1Cr18Ni9Ti钢板，直接冲压、焊接成形的新型加工制造技术。与传统的
叶轮、导叶铸造加工技术相比，具有零件走形(即零件模型的变形)小、水力性能好、
生产率高、省材等优点。其适用于食品泵、锅炉给水泵、小型多级泵、井用泵、潜水
泵等产品的叶轮、导叶的加工制造，是泵行业制造加工技术的创新，具有很大的推广
使用价值。
1 结构设计
叶轮、导叶的水力性能及尺寸计算是泵制造的前提，由于采用冲压焊接成形工艺，
为了有利于叶轮、导叶的加工，根据水力性能计算，主要对叶轮流道宽度和导叶叶片
宽度进行了必要的修正(在不影响水力性能的前提条件下的工艺性修正)。为了保证叶
轮的叶片与前后盖板的组焊，减小叶轮轴向尺寸，对前后盖板的结构加以调整，采用
平行结构，并根据水力计算的叶轮进水口尺寸b1和叶轮出水口尺寸b2值，确定实际制
造叶轮流道宽度b为
b=b2+bk
式中 bk——叶轮结构修正系数同理，根据冲压焊接导叶结构特点及b，减小导叶轴向尺寸，使其与叶轮流道宽
度相适应，即导叶宽度b3为
b3=b+(3～5)
图1 冲压焊接成形叶轮结构简图
图2 叶片形状
根据b和b3对相关的水力计算值进行必要的修正，使水力性能计算准确无误。无论是传统的铸造加工技术，还是冲压焊接成形新工艺，模型结构都是关键。根
据传统的铸造加工工艺和冲压焊接的特点，将叶轮整体分为前盖板、后盖板、叶片、
轮毂4部分(见图1)。叶片与前盖板、 后盖板相互接触的边缘上分布有数个凸点(如图2
所示)，凸点的多少与叶轮尺寸的大小有关。轮毂与后盖板接触部分加工成凸缘状，其
中前盖板、后盖板、叶片均由不锈钢板冲压成形，轮毂车削而成，各分解件由压力凸
焊机进行组焊，利用局部产生的高温，使凸点、凸缘熔焊。布置在同一平面或圆锥面
上的焊点一次焊接，焊点微小的半椭球形，在流道内无明显的流动阻碍，叶轮外表观
察几乎没有痕迹。导叶分解为底板、导叶片、反导叶片，均由不锈钢板冲压成形，然
后焊接。
在铸造工艺中，叶轮前盖板通常为锥面。冲压焊接叶轮的前盖板如果也做成锥面，
那么冲裁后的平面叶片经弯曲后与锥面前盖板的吻合情况不好，焊接后存在一定的缝
隙，使得叶轮流道间产生串流，同时会影响到焊接强度。所以，在模型结构设计中，
除采用平面前盖板外，同时加大叶片前角，既可避免上述问题，又可使叶轮轴向尺寸
减小，也利于导叶的改进设计。
在导叶结构设计中，原导叶有一件延伸件，尺寸难以控制，用冲压焊接工艺在结
构上比较复杂，且难以实现。根据水力设计，将其延伸件取消，设计成平面底板与导
叶片、反导叶片组焊的结构，这样就可实现导叶体不需要全加工，大大提高了生产率
和零部件合格率，同时导叶体的轴向尺寸缩小，结构简化，对形成多级泵导叶的生产
与装配提供了有利条件。
2 冲压工艺
叶轮、导叶冲压的关键在于模具的结构设计与制造，且模具应具有良好的通用性
和互换性，为此，模具由分离件组成。因为叶轮前盖板进口环有一定的长度要求，所
以采用“延伸+翻边”的工序，即将落料后的圆板料延伸为碗状，然后在碗底部分钻
底孔翻边实现前盖板所需的形状。在实际制作中，翻边系数对前盖板的平面度及口环
配合影响很大，系数小了不易实现，过大造成碗状板变形和口环开裂现象，所以该系
数的选取应结合模型结构和工序能力等综合选定。同时应优选最佳底孔直径；修整模
具，控制间隙；选择合适的润滑剂；增大坯料预紧力，以保证冲压后的盖板与口环相
配合。经反复验证，采用上述办法可解决冲压的工艺问题。
3 焊接技术
焊接设备是冲压焊接成形工艺中的关键设备，用于单方面的专用焊机目前国内尚
无。根据国外的有关资料，我们针对国内焊机生产的实际情况，采用储能式凸焊机进
行叶轮、导叶的焊接加工。首先根据叶轮、导叶的模型结构，确定焊机储能的容量，
根据计算，增加储能焊机电容的容量，由7×104μf扩大到1.4×105μf，最大储能量由
6×103J扩大到1.2×104J。同时改进焊机机械结构，提高焊接时锻压压力(气压预压力)，
增强焊接工作台的刚度，经实际验证，其功能达到设计要求，为该工艺的顺利实现奠
定了基础。
图3 拉(扭)破坏后的叶轮
焊接工艺是叶轮、导叶成形的最终工艺。影响凸焊质量的因素比较多，如材料的化学成分，焊机的充电电压、气压预压力，焊点的形状、大小，坯料焊接部分表面的
清洁度，以及室温、湿度等环境因素。首先确定焊点的形状、大小，其次选择适宜的
室温和湿度，同时保证焊接部分表面的清洁度，最后根据焊接件的尺寸大小，采用低
电压、分部焊接的方法，控制焊接成形过程中的变形，使其达到设计要求。采用该方
法焊接后对叶轮进行了拉伸和扭转试验，经试验，叶轮破坏时的平均拉力均为1.4×105N，
按焊点面积计算，其平均拉力为43.43 MPa；叶轮破坏时平均扭力矩为143.177 N·m，
平均最大剪应力为30.401 MPa。在拉伸、扭转试验中，我们看到叶轮破坏时叶轮的前
后盖板已产生了明显的塑性变形(图3所示)。
图4 拉(扭)离后的叶片
图5 大试样金相图(×250)
拉(扭)离后的叶片从焊点处将底板表面材料扯离了(见图4)。按照叶轮传递的预定功率计算，所传递的最大扭力矩为38.358 N·m，显然焊接强度是可靠的。另通过焊接的金
相分析也可证明该焊接的可靠性(如图5所示)。由大试样图中可见，基体具有孪晶及变
形特征的等轴奥氏体，晶粒度6~7级；焊缝呈等轴细奥氏体晶粒，晶粒度＜8级，组织
细密；焊缝与基体结合良好，未出现裂纹分层及夹余。同时对制作的叶轮、导叶装配
后进行了5 000多小时的耐久试验，未发现叶轮脱焊和变形。
4 结束语
图6 冲压焊接成形的叶轮和导叶
经过反复的试验、验证，采用冲压焊接成形新工艺，我们制作了XD12.5系列小型多级泵的叶轮和导叶(叶轮最大直径φmax＝115 mm，导叶最大直径φ′max＝150mm)，
如图6所示。其性能达到设计要求，与国内同类产品相比较，泵效率提高7.84%～9.43%；
叶轮材料降低37.4%，导叶材料降低15.3%，与铜叶轮、导叶相比制造成本分别下降0.62
元和13.35元，且在生产效率上远远高于铸造加工。该工艺已应用于实际生产，取得了
良好的经济效益。
*机械工业部基金项目
王 洋 江苏理工大学机电产品质量工艺研究所副所长 工程师，212013 镇江市
STUDY ON SHAPING TECHNOLOGY OF STAMPING
AND WELDING FOR IMPELLER AND GUIDE BLADE
Wang Yang
(Jiangsu University of Science and Technology)
Abstract
The shaping technology of stamping and welding for impeller and guide blade in manufacturing pumpis introduced, and this technological process is expounded. This study would have positive role to improve
manufacturing standard.
Key words Impeller, Guide blade, Stamping, Welding
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