有關混流式轉輪焊接殘余應力局部壓應力化的實現(xiàn)

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1、學兔兔www.xuetutu.com俘慈試驗研究反混流式轉輪焊接殘余應力局部壓應力化的實現(xiàn)哈爾濱大電機研究所水力發(fā)電設備國家重點實驗室(150040)程廣福王輝亭過潔張立娟摘要焊接殘余拉應力是引起混流式轉輪疲勞斷裂的重要原因之一，焊接殘余壓應力的存在能夠有效提高焊接結構的抗疲勞性能。文中對原有及優(yōu)化焊接工藝下的轉輪出水邊易開裂區(qū)域的焊接殘余應力分布進行了測試分析，并對局部加熱及錘擊處理對應力場分布的影響進行了研究。結果表明，通過優(yōu)化焊接工藝可以對轉輪的殘余應力場分布進行調控，葉片出水邊焊縫區(qū)域的殘余拉應力明顯降低，而且轉變?yōu)閴簯?，采用局部加熱和錘擊可以明顯降低轉輪易開裂區(qū)域的

2、殘余拉應力值，進一步促進高壓應力區(qū)域的形成，實現(xiàn)轉輪易開裂區(qū)域的壓應力化，從而提高轉輪的抗疲勞性能。關鍵詞：混流式轉輪局部處理焊接殘余應力局部壓應力化中圖分類號：TG404應力與壓應力同時產(chǎn)生而又相互平衡，殘余拉應力的0前言存在大大降低了轉輪的抗疲勞強度。-v]。消除焊接接轉輪是水輪機最關鍵的部件之一，它的質量直接頭應力集中處的殘余拉應力或使該處產(chǎn)生殘余壓應力影響水輪機的效率和使用壽命。在轉輪運行中，發(fā)生都可以提高接頭的疲勞強度，這種方法可以分為二類：最頻繁的失效形式是由動態(tài)加載引起的疲勞，失效由一類是結構或單元整體處理；另一類是對接頭局部處開機一停機引起的低周疲勞以及高速運轉

3、時的振動引理。一般情況下整體退火對提高焊接結構疲勞強度的起的高周疲勞共同作用導致，一旦裂紋達到高周疲勞作用有限，而采用局部加熱或擠壓可以調節(jié)焊接殘余加載的疲勞裂紋擴展的臨界值，裂紋將在非常短的時應力場，在應力集中處產(chǎn)生壓應力J。間內擴展而引起災難性事故J。對于混流式水輪機轉輪，采用整體退火的方法可混流式轉輪最大彎曲應力出現(xiàn)在葉片與下環(huán)或者以起到殘余應力均勻化和降低殘余應力峰值的作用，上冠連接處的T形焊接接頭區(qū)域。由于應力集中，這然而，機組實際運行證明，對提高轉輪疲勞強度的作用二個區(qū)域的局部應力最高，因此也就是疲勞發(fā)生的最非常有限。因此，文中對混流式水輪機轉輪分段焊接危險的區(qū)域J

4、。在實際運行過程中，幾乎所有的轉輪工藝進行了優(yōu)化，并采用局部加熱和錘擊的局部處理在這二個區(qū)域的葉片出水邊附近均存在短期內開裂的技術對轉輪易開裂區(qū)域的應力分布狀態(tài)進行調控，探情況。由于這種開裂不可預期，而且發(fā)生在設計壽命索實現(xiàn)混流式水輪機轉輪焊接殘余應力局部壓應力化之內，因此危害很大。不僅嚴重影響轉輪使用壽命，甚的方法，對提高混流式轉輪的疲勞壽命，指導混流式轉至可能發(fā)生葉片斷裂事故，嚴重威脅電站的安全運行。輪的制造有著重要的理論意義和實際工程意義。除此之外，葉片開裂導致的轉輪變形使水輪機效率降2試驗及測試方法低，而且維修過程的投人和停機大大降低了電站的經(jīng)濟效益。試驗過程在同一混流

5、式轉輪的不同葉片上完成，原有焊接工藝是由轉輪葉片的中間部位開始焊起，采1局部壓應力化的提出取退步分段焊接的方法完成整個轉輪的焊接。相對于混流式水輪機轉輪的焊接殘余應力是在轉輪結構轉輪葉片出水邊而言，出水邊焊段的焊接最后完成，而制造過程中產(chǎn)生的。焊接殘余應力是焊接結構內局部且由遠離出水邊一側起弧，在出水邊一側收弧。優(yōu)化區(qū)域發(fā)生不可逆的塑性變形所致的自平衡應力，其拉的轉輪焊接工藝為：首先完成出水邊焊段的焊接，焊接過程起弧于出水邊，然后完成進水邊焊段的焊接，而中．收稿日期：2011—12—13間所有焊段由靠近進水邊一側起弧，收弧于靠近出水基金項目：國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃

6、)(2010CB736208)。邊一側，順次完成轉輪的焊接。242012年第6期學兔兔www.xuetutu.com學兔兔www.xuetutu.com俘擄試驗研究3．3局部錘擊錘擊法可以在接頭焊趾處表面造成壓縮應力，同時，錘擊可以減少缺口尖銳度，從而減少了應力集中，窘因此可以大幅提高接頭的抗疲勞性能。圖6為錘擊作用前后焊縫熔合線附近平行于焊縫僭方向的向焊接殘余應力分布情況，可以看到錘擊作用對殘余應力場分布影響顯著，可以有效降低轉輪出水邊易開裂區(qū)域的殘余應力值，而且擴大了壓應力區(qū)域的范圍。與局部加熱效果相比，在錘擊作用區(qū)域，焊接殘余拉應力值均降低。這是因為在錘擊過程中，錘擊距離

7、s／mm部位會產(chǎn)生較大塑性變形，從而抵消此區(qū)域在焊接過程中產(chǎn)生的壓縮塑性變形越多，導致此部位的殘余拉圖4向焊接殘余應力與葉片出水邊焊段長度的關系應力峰值大大降低，錘擊時間超過一定值后，焊縫區(qū)域變成殘余壓應力，實現(xiàn)了易開裂區(qū)域的壓應力化。3．2局部加熱采用局部加熱可以調節(jié)焊接殘余應力場，即在應力集中處產(chǎn)生壓縮殘余應力，可以有效地提高接頭的抗疲勞強度。圖5為局部加熱前后焊縫熔合線附近平行于焊縫∞∞2∞∞1∞如。蜘—∞l1m22方向的z向焊接殘余應力分布情況，可以看到局部加熱窒、酵可以有效地調控殘