大型水輪機轉(zhuǎn)輪的殘余應力測量及分析

大型水輪機轉(zhuǎn)輪是通過焊接加工制造而成的，在生產(chǎn)的過程中不可避免的會產(chǎn)生焊接殘余應力，殘余應力的存在是有害的，它將直接影響到結(jié)構(gòu)的工作壽命及正常使用。所以大多數(shù)水輪機都需要通過退火處理以降低殘余應力。為了了解轉(zhuǎn)輪焊接區(qū)、熱影響區(qū)及附近區(qū)域相關部位退火后殘余應力的情況，在轉(zhuǎn)輪加工車間對水輪機轉(zhuǎn)輪退火后進行殘余應力測量，測量方法采用盲孔法。

水輪機轉(zhuǎn)輪是由16個葉片組成，葉片材料為鑄造不銹鋼，本次測試選擇13#葉片，現(xiàn)場測試儀器使用JH-30殘余應力檢測儀。

測點區(qū)域及測點布置

通過對上冠進水邊的正、負壓側(cè)的曲面形狀的分析，可初步確定正、負壓側(cè)殘余應力的分布差異不大，因此本次測試選取進水邊的正壓側(cè)進行測試，且測點以焊縫熔合線為基準，沿焊縫熔合線垂直方向向上下分別布置測點。根據(jù)轉(zhuǎn)輪的測試位置以及現(xiàn)場的實際情況，具體的測試部位包括葉片上冠進水邊正壓側(cè)、下環(huán)出水邊負壓側(cè)共兩個區(qū)域，各分別布置3個測點，測點總數(shù)為6個。

測點表面處理

在確定的測試區(qū)域?qū)θ~片表面進行拋光打磨后，在測點表面用砂布交叉打磨。用劃針輕輕刻出粘貼應變花的測點位置，清洗油污，除凈表面殘留金屬粉末，保持新鮮干凈的金屬表面。粘貼盲孔器固定腳處表面可以粗糙些，但也要進行拋光打磨和表面油污的清洗。

應變花的粘貼

1. 檢查應變花，去除油污。所使用的應變花阻值相差在0.5Ω內(nèi)。清洗應變花粘貼面，去除粘貼面的油污。

2. 應變花粘貼方向一致。應變花1號應變片對準參考軸即平行于焊縫，并指向葉片的外側(cè)。

3. 焊接導線，連接應變儀、溫度補償。應變片連接線路采用半橋電路，每個應變片分別進行補償。

鉆孔、測試、數(shù)據(jù)采集記錄

利用JHZK殘余應力鉆孔裝置進行對中和鉆孔，首先調(diào)整并安裝鉆具。鉆具的對中以所鉆孔不超出應變花*心*二基準圓為判斷標準。鉆孔前、后用放大鏡檢查鉆孔的對中情況。

用2mm深度控制塊定好鉆孔深度后，先將帶Φ1.0mm麻花鉆的鉆桿插入盲孔器套筒里，進行鉆孔。然后換用Φ1.5mm鉆桿擴孔。在鉆孔和擴孔時，使用鉆孔專用調(diào)壓電源。鉆孔結(jié)束后2min記錄測試數(shù)據(jù)。

測試結(jié)果分析

13#葉片各測點退火后殘余應力測量結(jié)果表

水輪機轉(zhuǎn)輪退火后進行了殘余應力測量，測試區(qū)域選擇的是13#葉片的上冠進水邊正壓側(cè)和下環(huán)出水邊負壓側(cè)。根據(jù)該水輪機轉(zhuǎn)輪葉片機械性能基本信息得知，葉片的屈服強度為550MPa，其中二分之一為275MPa。

退火后13#葉片主應力*大值為274.2MPa，接近于屈服強度的二分之一，位于上冠進水邊的正壓側(cè)；等效應力*大值為238.16MPa，平均等效應力為113.46MPa。根據(jù)對轉(zhuǎn)輪焊前殘余應力測量經(jīng)驗，殘余應力*大值范圍在500~700MPa之間，由此可見轉(zhuǎn)輪通過退火較好的消除了葉片的焊接殘余應力。