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大型水轮机转轮的残余应力测量及分析

分类:残余应力检测    关键词:残余应力测量

大型水轮机转轮是通过焊接加工制造而成的,在生产的过程中不可避免的会产生焊接残余应力,残余应力的存在是有害的,它将直接影响到结构的工作寿命及正常使用。所以大多数水轮机都需要通过退火处理以降低残余应力。为了了解转轮焊接区、热影响区及附近区域相关部位退火后残余应力的情况,在转轮加工车间对水轮机转轮退火后进行残余应力测量,测量方法采用盲孔法。

水轮机转轮是由16个叶片组成,叶片材料为铸造不锈钢,本次测试选择13#叶片,现场测试仪器使用JH-30残余应力检测仪。

测点区域及测点布置

通过对上冠进水边的正、负压侧的曲面形状的分析,可初步确定正、负压侧残余应力的分布差异不大,因此本次测试选取进水边的正压侧进行测试,且测点以焊缝熔合线为基准,沿焊缝熔合线垂直方向向上下分别布置测点。根据转轮的测试位置以及现场的实际情况,具体的测试部位包括叶片上冠进水边正压侧、下环出水边负压侧共两个区域,各分别布置3个测点,测点总数为6个。

测点表面处理

在确定的测试区域对叶片表面进行抛光打磨后,在测点表面用砂布交叉打磨。用划针轻轻刻出粘贴应变花的测点位置,清洗油污,除净表面残留金属粉末,保持新鲜干净的金属表面。粘贴盲孔器固定脚处表面可以粗糙些,但也要进行抛光打磨和表面油污的清洗。

应变花的粘贴

1. 检查应变花,去除油污。所使用的应变花阻值相差在0.5Ω内。清洗应变花粘贴面,去除粘贴面的油污。

2. 应变花粘贴方向一致。应变花1号应变片对准参考轴即平行于焊缝,并指向叶片的外侧。

3. 焊接导线,连接应变仪、温度补偿。应变片连接线路采用半桥电路,每个应变片分别进行补偿。

钻孔、测试、数据采集记录

利用JHZK残余应力精密钻孔装置进行对中和钻孔,首先调整并安装钻具。钻具的对中以所钻孔不超出应变花中心第二基准圆为判断标准。钻孔前、后用放大镜检查钻孔的对中情况。

2mm深度控制块定好钻孔深度后,先将带Φ1.0mm麻花钻的钻杆插入盲孔器套筒里,进行钻孔。然后换用Φ1.5mm钻杆扩孔。在钻孔和扩孔时,使用钻孔专用调压电源。钻孔结束后2min记录测试数据。

测试结果分析

8.png

13#叶片各测点退火后残余应力测量结果表

水轮机转轮退火后进行了残余应力测量,测试区域选择的是13#叶片的上冠进水边正压侧和下环出水边负压侧。根据该水轮机转轮叶片机械性能基本信息得知,叶片的屈服强度为550MPa,其中二分之一为275MPa。

退火后13#叶片主应力最大值为274.2MPa,接近于屈服强度的二分之一,位于上冠进水边的正压侧;等效应力最大值为238.16MPa,平均等效应力为113.46MPa。根据对转轮焊前残余应力测量经验,残余应力最大值范围在500~700MPa之间,由此可见转轮通过退火较好的消除了叶片的焊接残余应力。


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