專利名稱：混流式轉(zhuǎn)輪焊接殘余應(yīng)力測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混流式轉(zhuǎn)輪焊接殘余應(yīng)力測(cè)試方法
背景技術(shù)：
混流式轉(zhuǎn)輪的疲勞開裂與焊接殘余應(yīng)力分布有著重要關(guān)系，較高的焊接殘余應(yīng)力存在嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)輪的抗疲勞性能。因此，在轉(zhuǎn)輪焊接完成后需要采用整體退火的方法來降低殘余應(yīng)力峰值，并使殘余應(yīng)力均勻化，以提高轉(zhuǎn)輪抗疲勞開裂的性能?；炝魇睫D(zhuǎn)輪最大彎曲應(yīng)力出現(xiàn)在葉片與下環(huán)或者上冠連接處的T型焊接接頭區(qū)域，由于應(yīng)力集中及焊接殘余應(yīng)力的共同作用，這兩個(gè)區(qū)域的局部應(yīng)力最高，而且，由于轉(zhuǎn)輪葉片出水邊的厚度最小，強(qiáng)度最低，該區(qū)域就成為了疲勞發(fā)生的最危險(xiǎn)的區(qū)域?；炝魇睫D(zhuǎn)輪的實(shí)際運(yùn)行情況表明，轉(zhuǎn)輪疲勞開裂的啟裂位置基本位于離葉片與上冠、下環(huán)連接焊縫熔合區(qū)大約20 30_的葉片出水邊附近，因此，在運(yùn)行過程中，該區(qū)域是整個(gè)轉(zhuǎn)輪最薄弱的區(qū)域，其抗疲勞性能對(duì)轉(zhuǎn)輪使用壽命具有決定性作用。因此，相對(duì)于混 流式轉(zhuǎn)輪的其他部位，轉(zhuǎn)輪葉片出水邊焊接接頭區(qū)域的焊接殘余應(yīng)力分布狀況對(duì)轉(zhuǎn)輪抗疲勞性能最為重要，該部位的焊后退火消應(yīng)力處理效果也最具代表性，最為重要。目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用盲孔應(yīng)力釋放法對(duì)焊后及熱處理后的混流式轉(zhuǎn)輪進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，以對(duì)殘余應(yīng)力水平及熱處理效果進(jìn)行分析，其測(cè)試精度及效率對(duì)轉(zhuǎn)輪制造質(zhì)量及效率有重要影響。傳統(tǒng)測(cè)試方法往往僅從評(píng)價(jià)熱處理效果的角度考慮，測(cè)試部位包含了轉(zhuǎn)輪葉片的整個(gè)空間位置，測(cè)點(diǎn)數(shù)量龐大，對(duì)于大型轉(zhuǎn)輪一次測(cè)試可達(dá)80點(diǎn)以上，但測(cè)點(diǎn)分布較為分散，沒有對(duì)轉(zhuǎn)輪最薄弱的出水邊焊接接頭區(qū)域焊接殘余應(yīng)力分布的詳細(xì)測(cè)試與分析。而且，測(cè)試過程勞動(dòng)強(qiáng)度大，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，大型轉(zhuǎn)輪可達(dá)20天以上。同時(shí)，為防止冷裂紋的產(chǎn)生，焊后的測(cè)試過程中轉(zhuǎn)輪處于60°C左右加熱狀態(tài)，測(cè)試環(huán)境惡劣。焊后轉(zhuǎn)輪長(zhǎng)時(shí)間不能進(jìn)行后續(xù)的消應(yīng)力熱處理工序，容易產(chǎn)生接頭區(qū)域的冷裂問題，影響轉(zhuǎn)輪質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種混流式轉(zhuǎn)輪焊接殘余應(yīng)力測(cè)試方法，在提高轉(zhuǎn)輪制造效率的同時(shí)縮短了轉(zhuǎn)輪在焊后及熱處理前的停留時(shí)間，避免了轉(zhuǎn)輪接頭區(qū)域冷裂問題的發(fā)生，有效提高了轉(zhuǎn)輪制造質(zhì)量和效率。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種混流式轉(zhuǎn)輪焊接殘余應(yīng)力測(cè)試方法，對(duì)混流式轉(zhuǎn)輪抗疲勞性能影響最大的葉片出水邊與上冠及葉片與下環(huán)相連接的焊接接頭區(qū)域的焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，并通過所得測(cè)試結(jié)果對(duì)轉(zhuǎn)輪殘余應(yīng)力水平及熱處理效果進(jìn)行評(píng)估，測(cè)試方法為盲孔應(yīng)力釋放法，測(cè)試設(shè)備包括殘余應(yīng)力應(yīng)力儀、殘余應(yīng)力測(cè)試對(duì)中及鉆孔裝置，采用該方法后測(cè)試點(diǎn)數(shù)量為原有方法的1/4以下，測(cè)試效率為原有方法的4倍以上，而且勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低；水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的焊接殘余應(yīng)力測(cè)試過程在其制造場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的具體過程如下首先，確定進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試的葉片及葉片的殘余應(yīng)力測(cè)試區(qū)域，選取轉(zhuǎn)輪對(duì)稱的兩個(gè)葉片進(jìn)行測(cè)試，其中對(duì)一個(gè)葉片(III I)與下環(huán)(I I)出水邊(LI)的焊縫(II I)附近區(qū)域進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試區(qū)域(Al)中心線距離葉片出水邊最近距離100mm，寬度100mm，另一個(gè)葉片(III 2)與上冠(I 2)出水邊(L2)的焊縫(II 2)附近區(qū)域進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試區(qū)域(A2)中心線距離葉片出水邊最近距離80mm，寬度100mm，測(cè)試區(qū)域垂直于焊縫方向，范圍由上冠及下環(huán)的熱影響區(qū)至葉片母材區(qū)域。區(qū)域選定后，先后采用風(fēng)砂輪和拋光布輪對(duì)測(cè)試區(qū)域進(jìn)行打磨拋光處理，保證表面光潔度在3. 2以上，然后，確定測(cè)點(diǎn)位置并貼應(yīng)變片，測(cè)點(diǎn)垂直焊縫方向分布，且位置位于打磨區(qū)域中心線，在下環(huán)處位于下環(huán)熱影響區(qū)(I)、下環(huán)熔合區(qū)(2)、下環(huán)焊縫中心(3)、下環(huán)葉片熔合區(qū)(4)、下環(huán)葉片熱影響區(qū)(5)、下環(huán)葉片近熱影響區(qū)母材區(qū)域(6)及下環(huán)葉片母材區(qū)域(7);在上冠處位于上冠熱影響區(qū)
(8)、上冠熔合區(qū)(9)、上冠焊縫中心(10)、上冠葉片熔合區(qū)(11)、上冠葉片熱影響區(qū)(12)、上冠葉片近熱影響區(qū)母材區(qū)域(13)及上冠葉片母材區(qū)域(14)，應(yīng)變片采用502膠水進(jìn)行粘貼，并且保證應(yīng)變面與測(cè)試位置表面完全貼合，沒有空隙，待膠水固化24小時(shí)后，采用盲孔應(yīng)力釋放法對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)CB3395-1992。本發(fā)明適用于混流式轉(zhuǎn)輪的殘余應(yīng)力測(cè)試，測(cè)試所得結(jié)果能夠真實(shí)反映熱處理前后轉(zhuǎn)輪易開裂區(qū)域的殘余應(yīng)力分布情況。采用該技術(shù)后，測(cè)試效率和測(cè)試精度顯著提高，測(cè)點(diǎn)數(shù)量大幅減少，一次測(cè)試僅需2天即可完成，時(shí)間大為縮短，勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低。在提高轉(zhuǎn)輪制造效率的同時(shí)縮短了轉(zhuǎn)輪在焊后及熱處理前的停留時(shí)間，避免了轉(zhuǎn)輪接頭區(qū)域冷裂問題的發(fā)生，有效提高了轉(zhuǎn)輪的質(zhì)量。


圖I是葉片下環(huán)處殘余應(yīng)力測(cè)試位置分布圖2是葉片上冠處殘余應(yīng)力測(cè)試位置分布圖3是某電站轉(zhuǎn)輪焊后及熱處理后葉片下環(huán)處殘余應(yīng)力分布圖4是某電站轉(zhuǎn)輪焊后及熱處理后葉片上冠處殘余應(yīng)力分布圖5是某電站轉(zhuǎn)輪焊后及熱處理后葉片下環(huán)處殘余應(yīng)力分布圖6是某電站轉(zhuǎn)輪焊后及熱處理后葉片上冠處殘余應(yīng)力分布圖7是某電站轉(zhuǎn)輪焊后及熱處理后葉片下環(huán)處殘余應(yīng)力分布圖8是某電站轉(zhuǎn)輪焊后及熱處理后葉片上冠處殘余應(yīng)力分布
具體實(shí)施例方式對(duì)混流式轉(zhuǎn)輪抗疲勞性能影響最大的葉片出水邊與上冠及葉片與下環(huán)相連接的焊接接頭區(qū)域的焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試方法為盲孔應(yīng)力釋放法，測(cè)試設(shè)備包括殘余應(yīng)力應(yīng)力儀、殘余應(yīng)力測(cè)試對(duì)中及鉆孔裝置；水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的焊接殘余應(yīng)力測(cè)試過程在其制造場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的具體過程如下如圖I所示，首先，確定進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試的葉片及葉片的殘余應(yīng)力測(cè)試區(qū)域，選取轉(zhuǎn)輪對(duì)稱的兩個(gè)葉片進(jìn)行測(cè)試，其中對(duì)一個(gè)葉片III I與下環(huán)
II出水邊LI的焊縫II I附近區(qū)域進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試區(qū)域Al中心線距離葉片出水邊最近距離100mm，寬度100mm，另一個(gè)葉片III 2與上冠I 2出水邊L2的焊縫II 2附近區(qū)域進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試區(qū)域A2中心線距離葉片出水邊最近距離80mm，寬度100mm，測(cè)試區(qū)域中心線距離葉片出水邊最近距離80mm，寬度100mm，測(cè)試區(qū)域垂直于焊縫方向，范圍由上冠及下環(huán)的熱影響區(qū)至葉片母材區(qū)域。區(qū)域選定后，先后采用風(fēng)砂輪和拋光布輪對(duì)測(cè)試區(qū)域進(jìn)行打磨拋光處理，保證表面光潔度在3. 2以上。然后，確定測(cè)點(diǎn)位置并貼應(yīng)變片，測(cè)點(diǎn)垂直焊縫方向分布，且位置位于打磨區(qū)域中心線，在下環(huán)處位于下環(huán)熱影響區(qū)、下環(huán)熔合區(qū)、下環(huán)焊縫中心、下環(huán)葉片熔合區(qū)、下環(huán)葉片熱影響區(qū)、下環(huán)葉片近熱影響區(qū)母材區(qū)域及下環(huán)葉片母材區(qū)域；在上冠處位于上冠熱影響區(qū)、上冠熔合區(qū)、上冠焊縫中心、上冠葉片熔合區(qū)、上冠葉片熱影響區(qū)、上冠葉片近熱影響區(qū)母材區(qū)域及上冠葉片母材區(qū)域，應(yīng)變片采用502膠水進(jìn)行粘貼，并且保證應(yīng)變面與測(cè)試位置表面完全貼合，沒有空隙，待膠水固化24小時(shí)后，采用盲孔應(yīng)力釋放法對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)CB 3395-1992。實(shí)施例I :圖3和圖4分別為某電站轉(zhuǎn)輪焊后及熱處理后的焊接殘余應(yīng)力分布。可以看出，轉(zhuǎn)輪焊后葉片出水邊焊接接頭區(qū)域焊接殘余應(yīng)力分布不均勻，在葉片下環(huán)處存在170MPa以上的殘余壓應(yīng)力，葉片上冠處的殘余應(yīng)力峰值可達(dá)280MPa。熱處理后殘余應(yīng)力趨于均勻分布，殘余應(yīng)力峰值顯著降低至IOOMPa以內(nèi)，熱處理去應(yīng)力效果顯著。實(shí)施例2 :圖5和圖6分別為某電站轉(zhuǎn)輪焊后及熱處理后的焊接殘余應(yīng)力分布?？梢钥闯?，轉(zhuǎn)輪焊后葉片出水邊焊接接頭區(qū)域焊接殘余應(yīng)力分布不均勻，在葉片下環(huán)處存在560MPa以上的殘余壓應(yīng)力，葉片上冠處的殘余應(yīng)力峰值可達(dá)240MPa。熱處理后殘余應(yīng)力趨于均勻分布，殘余應(yīng)力峰值顯著降低至120MPa以內(nèi)，熱處理去應(yīng)力效果顯著。實(shí)施例3 :圖7和圖8分別為某電站轉(zhuǎn)輪焊后及熱處理后的焊接殘余應(yīng)力分布?？梢钥闯?，轉(zhuǎn)輪焊后葉片出水邊焊接接頭區(qū)域焊接殘余應(yīng)力分布不均勻，在葉片下環(huán)處存在140MPa以上的殘余拉應(yīng)力，葉片上冠處的殘余應(yīng)力峰值可達(dá)400MPa。熱處理后殘余應(yīng)力趨 于均勻分布，殘余應(yīng)力峰值分別顯著降低至40MPa及ISOMPa以內(nèi)，熱處理去應(yīng)力效果顯著。
權(quán)利要求
1.一種混流式轉(zhuǎn)輪焊接殘余應(yīng)力測(cè)試方法，其特征是對(duì)混流式轉(zhuǎn)輪抗疲勞性能影響最大的葉片出水邊與上冠及葉片與下環(huán)相連接的焊接接頭區(qū)域的焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，并通過所得測(cè)試結(jié)果對(duì)轉(zhuǎn)輪殘余應(yīng)力水平及熱處理效果進(jìn)行評(píng)估，測(cè)試方法為盲孔應(yīng)力釋放法，測(cè)試設(shè)備包括殘余應(yīng)力應(yīng)力儀、殘余應(yīng)力測(cè)試對(duì)中及鉆孔裝置，采用該方法后測(cè)試點(diǎn)數(shù)量為原有方法的1/4以下，測(cè)試效率為原有方法的4倍以上，而且勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低；水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的焊接殘余應(yīng)力測(cè)試過程在其制造場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的具體過程如下首先，確定進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試的葉片及葉片的殘余應(yīng)力測(cè)試區(qū)域，選取轉(zhuǎn)輪對(duì)稱的兩個(gè)葉片進(jìn)行測(cè)試，其中對(duì)一個(gè)葉片(III I)與下環(huán)(I I)出水邊(LI)的焊縫(II I)附近區(qū)域進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試區(qū)域(Al)中心線距離葉片出水邊最近距離100mm，寬度100mm，另一個(gè)葉片(III 2)與上冠(I 2)出水邊(L2)的焊縫(II 2)附近區(qū)域進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試區(qū)域(A2)中心線距離葉片出水邊最近距離80mm，寬度100mm，測(cè)試區(qū)域垂直于焊縫方向，范圍由上冠及下環(huán)的熱影響區(qū)至葉片母材區(qū)域，區(qū)域選定后，先后采用風(fēng)砂輪和拋光布輪對(duì)測(cè)試區(qū)域進(jìn)行打磨拋光處理，保證表面光潔度在3. 2以上，然后，確定測(cè)點(diǎn)位置并貼應(yīng)變片，測(cè)點(diǎn)垂直焊縫方向分布，且位置位于打磨區(qū)域中心線，在下環(huán)處位于下環(huán)熱影響區(qū)(I)、下環(huán)熔合區(qū)(2)、下環(huán)焊縫中心(3)、下環(huán)葉片熔合區(qū)(4)、下環(huán)葉片熱影響區(qū)(5)、下環(huán)葉片近熱影響區(qū)母材區(qū)域(6)及下環(huán)葉片母材區(qū)域(7);在上冠處位于上冠熱影響區(qū)(8)、上冠熔合區(qū)(9)、上冠焊縫中心(10)、上冠葉片熔合區(qū)(11)、上冠葉片熱影響區(qū)(12)、上冠葉片近熱影響區(qū)母材區(qū)域(13)及上冠葉片母材區(qū)域(14)，應(yīng)變片采用502膠水進(jìn)行粘貼，并且保證應(yīng)變面與測(cè)試位置表面完全貼合，沒有空隙，待膠水固化24小時(shí)后，采用盲孔應(yīng)力釋放法對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)CB3395-1992。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混流式轉(zhuǎn)輪焊接殘余應(yīng)力測(cè)試方法，測(cè)試設(shè)備包括殘余應(yīng)力應(yīng)力儀、殘余應(yīng)力測(cè)試對(duì)中及鉆孔裝置，采用本發(fā)明后測(cè)試點(diǎn)數(shù)量為原有方法的1/4以下，測(cè)試效率為原有方法的4倍以上，而且勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低。本發(fā)明在提高轉(zhuǎn)輪制造效率的同時(shí)縮短了轉(zhuǎn)輪在焊后及熱處理前的停留時(shí)間，避免了轉(zhuǎn)輪接頭區(qū)域冷裂問題的發(fā)生，有效提高了轉(zhuǎn)輪制造質(zhì)量和效率。
文檔編號(hào)G01L1/22GK102853952SQ20121034524
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者程廣福, 趙鵬, 侯世璞, 李長(zhǎng)虹, 王輝亭, 魏松 申請(qǐng)人:哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司