环芯法测残余应力在核电低压焊接结构转子上应用

核电低压焊接结构转子因其运行应力低，单个锻件尺寸小、易于制造等等优点，被多家汽轮机制造厂选用。根据行业标准要求，核电焊接低压转子大型轮盘锻件屈服强度要求不低于700MPa，而残余应力要求不超过40MPa，较行业标准提出了更高的要求。因此，获得符合标准要求的残余应力是轮盘锻件研制的难点之一。

目前，残余应力的测试方法有很多，行业内比较认可的有环芯法、盲孔法、切割法等机械方法。本文主要是采用环芯法对轮盘锻件进行残余应力测试。

环芯法测残余应力过程及步骤

测试件介绍

核电焊接低压转子轮盘的材料为25Cr2Ni2MoV，采用200CK双真空钢锭经五火锻造成型。粗加工尺寸为φ3100mm*1450mm，重量约86t。

对于残余应力不超过屈服强度下限8%的常规标准来说，调质回火以≤11℃/h的速度缓慢冷却，残余应力值一般均可达到规范要求的数值，且后续不需再进行去应力回火处理。但对于该轮盘，由于其对残余应力有较高要求，因此设计热处理工艺方案时，采取了较稳妥的方案，即进行两次回火，且第二次回火炉采用了分段限速冷却的方式，目的就是尽可能释放工件中的内应力，确保残余应力合格。

测试位置

轮盘锻件性能热处理后，待工件冷至室温后进行残余应力测试。在工件上选取3点，其中2点距端面约200mm，1点在中间位置，这3个位置同一圆周成120°作为环芯法的检测点，即F、G及H点；

测试过程

设备采用南京聚航科技有限公司的JHHX环芯法残余应力检测仪，由JHYC静态应变仪和JHHX开槽装置组成，全软件操作，自动实时计算残余应力，显示和保存应力应变数值，测量结果直观明了，准确度高。

测试前，应选好测试位置，并进行打磨清除表面氧化皮以及其他杂物。打磨位置尽可能平整光滑。固定好钻机三脚架后，划出应变片张贴位置，将测试部分用无水乙醇擦拭后，用JH-496胶水将应变片贴稳。将应变片导线连接到主机后，开始铣环槽。钻的过程尽可能缓慢，防止刀头发热。每铣0.5mm，待数据稳定后，记录。利用2mm和4mm深的应变数，根据公式计算出残余应力数据。应变值与槽的深度大体上呈线性关系，其余深度的数据供参考。

测试结果

轮盘的残余应力值在-6.6~-24.5MPa之间，均为压应力，绝对值不超过30MPa，符合采购技术规范要求。轮盘锻件残余应力值沿轴向方向呈现“中间高，两边低”的特点，即轴向中间位置G点的残余应力值较高，两个靠近端面位置F及H位置应力值较小。

结论

1. 大型轮盘锻件在性能热处理过程中，采用两次回火+分段限速冷却方式可使核电低压焊接转子用大型轮盘锻件获得较小的残余应力。

2. 以上实验证明，可采用环芯法检测大型轮盘锻件的残余应力，此方法能够真实反映锻件的残余应力水平。