特大型混流式水轮机转轮残余应力测试
水轮机转轮焊接残余应力研究
Re s e a r c h o f W e l d i n g Re s i d u a l S t r e s s o f F r a n c i s T u r b i n e Ru n n e r
We l d i n g P r o d u c i t o n T e c h n o l o g y , Ha rb n i I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , Ha r b i n 1 5 0 0 0 1 , C h na i )
大 电 机 技 术
5 7
水轮机 转轮焊接残余应 力研 究
李雅 范 ,宋 丹 ,姬 书得 ,高秀玲 3 刘雪松 4 ,方洪渊 ( 1 . 哈 尔滨电气动力装备 有限公司, 哈 尔滨 1 5 0 0 4 0 ;2 . 沈阳航空工业学院 ,沈阳 1 1 0 1 3 6 ;3 . 哈 尔滨大电机研 究所 ,哈 尔滨 1 5 0 0 4 0 ;4 . 哈 尔滨工 业大 学 现代 焊接 生产技 术 国 家重点 实验 室 ,哈 尔滨 1 5 0 0 0 1 )
[ 摘 要] 本文对数值模拟计算优 化后的焊接工艺进行 了真机转轮 焊接 及试验验证 , 验证结果表 明 : 采用局
部加热法 , 如果加 热温度, 加热时间及加热 区域选择适 当, 可以大大地降低叶片危险 区域残余 拉应力 , 从而有
效 地降低转 轮开裂风险。
C 关键词 ] 水轮机转轮 ;局部加热 ;焊接 ;残余 应力
d e c r e se a d o b v i o u s l y . Ke a wo r d s : t u r b ne i r u n n e r ; I O C l a h e a t i n g ; we l d ng i ; r e s i d u a I s t r e s s
水轮机转轮焊接接头残余应力分布研究
图 1 试板 约束 焊接示意 图 源自 大 电 机 技 术 3 9
表 2 焊接 参数
通过力学性能结果可见 ,试验用材料均满足标准 要求 。从 HS 6 3 7焊接 试样 断裂在 焊缝 上 可见 ,HS6 37 焊接材料力学性能低于母材 0 r3 i 。 C lN5 Mo
( . r i si t fL r eElcrc l a h n r , r i 5 0 0 C ia 2 HabnUnv ri f ce c 1 Hab nI t ueo ag etia c iey Habn 1 0 4 hn ; . r i i est o in e n t M y S
3 8
水轮机转轮焊接接头残余应力分布研究
2 l. 02 №2
水轮机转轮焊接接头残余应 力分布研 究
侯 世 璞 ,梁 妍 ,潘文娟 ,赵 鹏 ( . 尔滨 大电机研 究所 ,哈 尔滨 104 ;2 哈 尔滨 理 工大 学,哈 尔滨 104 ; 1 哈 50 0 . 5 00
3 尔滨汽轮机厂有限责任公 司, 尔滨 10 4 ; . 哈 哈 5 00 )
Ke r s h doubn n este oe r l g to ;eiu l t s; ligjit y wo d : y rtrie u n r; l dii h d rs a s eswed n r h h ln me d r n o
1 前 言
近些年 ,大型混流式水轮机转轮叶片经常在短期 运行中即出现开裂现象 ,开裂位置多数位于叶片的出 水 边 ,裂纹 形式 为疲 劳破 坏 。从 已产生 裂纹 的情 况分 析 ,转 轮在 运行 时所 承受 的实 际应 力远 远大 于计 算应
大型水轮机分瓣转轮焊接应力测量
1 水轮机转轮简介
二滩水 电站 水轮 发 电机 组是 我 国已运行 电站 中 单机 容量最 大 的机组 , 准 确掌 握 水 轮 机 转轮 中的 为
焊接残余应力值 , 电站在机组首次安装过程 中采用 x射线对 5 号转轮和 4号转轮进行了应力测量 。 水轮机 转 轮直径 66 m( 径 55 m)转 轮 36r 喉 a 80m , 高 33 , 片数 1, 11 m 叶 3 由加拿 大 G E公司设计 制 造… , 1 转轮采用分瓣制造 , 现场组装焊接并精加工 , 1
摘
要: 大型水轮机分瓣转轮焊接应力是转轮产生变形的重要 因素之~ , 出 了用 X射线测量 大 型水 轮机分瓣 转 提
轮焊接应力 的新 方法 , 给出 了二滩水 电站用该方法测 量 的结 果 , 并指 出大型 水轮机分瓣 转轮结 构设 计时必须考 虑 上冠 和下环 的联接 方式 , 采用卡栓联接的分瓣转轮易于产生 较大 的残 采焊接应 力 , 卡栓联结 工艺不 利于转 轮整体
近年 来 , 随着 二 滩 三 峡 等一 批 大 型 巨型 水 电 站
的开工建设 , 相继 出现了~批大型和巨型水轮发电 机组, 单机容量也 由 50M 跃升至 70M 这些 5 W 5 W, 大型水轮 机 的转 轮 大多 采 用 分瓣 制造 , 由于混 流式 水轮 机转 轮形 状 的 复杂 性 , 分瓣 转 轮 的焊接 应 力 是
c n ie e ae ul .T e cat fs r l b h my Ia O/ lre rs&E/ t s n n e / g C l o eiv a t0 o sd rd c rf l y h rfo l : o hn c。 t i ag e i a s e sa da n ai al Ny rl e ap r f e S' '  ̄ r n e i.I s o l e su id m r e py frt i catc mE it rc c . t t h ud b td e o e d e l o s rf o :n o p a t e h i Ke o d :u bn u n r edn ;s e s y w r s tr ie r n e ;w li g t s ;me s r g r au n i
大型发电机转轴表面残余应力测试方法比较
r i n g — c o r e me t h o d t o me a s u r e s u r f a c e r e s i d u a l s t r e s s o f t h e l a r g e - s i z e g e n e r a t o r ’ S s h a t f wa s i n t r o d u c e d b r i e l f y a s we l l a s t h e c o mp a r i s o n wa s d o n e b e t we e n t h e c u t t i n g r i n g a n d r i n g — c o r e me t h o d s . Th e me a s u r e d d a t a b y t h e r i n g — c o r e me t h o d
出现翘 曲变形或者尺寸上的变化 , 并将有可能影 响到转轴本身的固有频率…, 这对服役期长 达几 十年的发电机来说具有很大的风 险, 因此 目前的 技术条件一般要求转 轴的残余应力≤6 0 MP a 。
关键 词 : 大 型发 电机
法 切 环法
转轴
残 余应 力测 试
环芯
中图分类号 : T M3 0 6 文献标识码 : A
大型汽轮发 电机 的转轴 作为发 电机 中最大 的转 动部件 , 运 行时转 速一般为3 0 0 0 r / mi n 或 3 6 0 0 r / mi n , 因此 对发电机转轴的力学性能也有 较 高的要求 , 残余应力就 是其中的一项。 一般残
造 完成 之 后的 一项 重要 测试 项 目,目前 , 对大 型 发 电机 转 轴 表面 残 余应 力测 试 的方 法 主要 有切 环 法和环 芯 法
混流式转轮焊接残余应力的试验研究
维普资讯
第2卷 l
第1 期
束 审泰坪
D n f n lc r e iw o ga g E e t c R v e i
v I2 0 0・ lN 一.20 0 7年 3月
Ma . 0 7 r2 0
, .
。
同时对 材 料试 件进 行 标 定 ,本 次标 定 材料 为 与转 轮
轮机转轮进行 残余应力试验研 究情况 ,并对退 火前后残余应力进行 比较。 关键词 :转轮 ;焊接 ;退火 ;残余应力
中 图文 类 号 :T 7 0 7 G 4 . K 3 . ;T 4 18 文 献 标 识 码 :A 文 章 编号 :1 0 — 0 6 20 ) 1 0 2 — 4 0 1 9 0 (0 7 0 — 0 2 0
杨晓君 胡光近 廖继荣 戴振羽
(.东方电机股 份有 限公 司,四川 德 阳,6 80 1 1 00;2 .西南交通大学力学与工程 系,四川 成都 。6 0 3 ) 10 1
摘
要 :焊接残余应力对水电机 组水轮机转轮 的疲 劳特性以及运行 的稳 定性和安全性有着重要影响。介绍 了钻孔法对某大型水
Absr c : W ed ng r sd a te s g e ty ifu n e h aiue c a a tr o a c s r n r nd as n u n e n ta t l i e i u lsr s r al n e c s t e ftg h r c e fFr n i u ne s a lo i e c s o l l f t e sa lt d s ft fh d o t r i e T e tn fwed n e i u l te s i ro me n a lr e h tbi y a ae y o y r u b n . he tsi g o l i g r sd a sr s s pef r d o ag i n t r n S r n e y h l rli g Th e ul fte t s s c mpa e t e h h a n a n h u bie’ u n rb o e d l . i n e r s t o h e ti o r d bewe n te a e d a ne la d t e s
功果桥水轮机转轮叶片残余应力测试
功 果 桥 水 轮 机 转 轮 叶 片 残 余 应 力 测 试
李 华 。卢 小钦
( 芝 水 电设 备 ( 州 )有 限 公 司 ,浙 江 杭 州 3 10 ) 东 杭 15 4
摘 要 :在 诸 多 导 致 混 流 式 水 轮 机 转 轮 产 生 裂 纹 的 因 素 中 , 叶 片 焊接 残 余 应 力 的 影 响 不 容 忽 视 。文 中 主要 介 绍 了 功 果桥 水 电 站 在 加 强 转
2 转轮 热处 理前 后叶 片焊接 残余 应 力测试
对 于 1 转 轮 现 场焊 接 的焊 缝 .本 公 司请 权 威 机
构浙 江 大学应 用力 学研 究所 用 X 3 0 一 5 A型 应力 测试 仪
1 转轮材 质及 现场焊 接
采 用 X射 线 衍 射 法进 行 了应 力 测试 。 1 转 轮 现 场 整
收 稿 日期 :2 1 — 0 2 00 1— 6
内特定 晶面族 的面 间距变 化就 可 以获得应 力值 。 当采
6 ・ 接质 量 控 制 与 管 理 ・ 4 焊
焊 接 技 术
第 4 O卷第 1 2 1 年 1 期 01 月
用 波 长 A的 x射 线 以 与 晶面 夹 角 0入 射 ,其 衍 射 效
焊接残 余应 力是 焊接 结构 内局部 区域 发生 不可 逆 的塑 性变形 所致 的 自平衡应 力 ,其拉 应力 与压应 力 同 时产 生 而又 相互 平衡 。焊 接残 余应 力 与 焊 件 的材 料 、 拘束度 、焊 件 的厚 度 、焊接 工艺 参数 以及 热处理 工艺 等有关 。
一
轮 现 场制 造 焊 接 过 程 质 量 控 制 的 同 时 , 对 转轮 现 场 焊 缝 进 行 了 X 射 线 残 余 应 力 测试 , 并 对 测 试 结 果 进 行 了分 析 ,为 科 学 评 估 转 轮 的 制
水轮机转轮应力的现场测试
水轮机转轮应力的现场测试潘罗平,唐澍(中国水利水电科学研究院机电所,北京 100044)FIELD TEST OF STRESS ON TURBINE RUNNERPAN Luo-ping,TANG Shu(China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100044 China)ABSTRACT:In recent years, with the large and middle hydropower projects been put into production inland, the problem of crack occurred in runner bucket has always not good solved. Through prototype strain gage measurements, in this paper the measurement technology, test instrument and test result of field stress test on turbine runner are presented,Furthermore, the fatigue life evaluation and reliability evaluate standard of runner are discussed.KEY WORDS:Turbine;Runner stress;,Field test;Fatigue life evaluation摘要:近年来随着我国大中型水电工程项目的不断上马,所出现的水轮机转轮叶片裂纹问题一直没有得到很好的解决,本文通过我们对现场转轮应力的一些实测,介绍了最新的水轮机转轮应力现场测试技术和测试装置以及主要测试结果,并对转轮运行疲劳寿命预估以及转轮可靠性评价标准进行了初步探讨。
大型水轮机转轮的专项监造
()探伤检查 转轮退火前后各进行一次探伤检 1
焊前水力几何尺寸检查 ,主要是对转轮的主要外 i 形尺寸、叶片进口节距、叶片出口开度和叶片进出口角 j
等项 目 行抽 查 ,确保转轮摆装符合设计及 工艺 要求 。 进
包括转轮进 口高度、转轮上冠与下环同心度 ;转轮叶片 j 查 ,退 火后 应 力降低 ,此 时的 探伤结 果基 本可以 作为 进口节距、转轮叶片出口角和转轮叶片出1 3 开度等关键
足设计要求。制造厂根据经验转轮进口高度预留焊接收
缩量为3 m ~5 m。
查 )的要求 。针对材质特点 ,u 选用直探头与斜探 T
头 ,低频 探头与高频探头相结合的方式进行检测 ,实践
证 明效果可行。
四、焊接过程中的检查
为了保证转轮在工地的制造质量,在转轮焊接过程 中应根据焊接工艺文件对焊接方法、填充金属、保护气
【 要】水轮机转轮是水轮机核心部件,为了 摘 确
保 水 电轮 转 轮 的制 造 质 量 符 合 设 备 合 同和 制 造 规 范 的要
二 材质检查
( )现场进货检验 转轮应采用铸焊结构 ,叶 1
片 、上冠和下环材料一般为马氏体不锈钢铸件 ,叶片采 用V 精炼后 一次性 整铸成形 ,五轴数控 机床加 工 , OD 转轮所采用的材料一般为Z 0C lNi G 4 r3 5 M。 目前 ,大型
( )热处理 2
大型焊接转轮结构复杂, 焊接应力
大,为改善焊缝及热影响区的金相组织、细化晶粒、 消除或减小残余应力,应对转轮进行整体去应力退火处 理,并通过控制升温速度、保温时间及降温速度来提高 退火质量, 热处理结束后,待降到常温后方可将转轮吊出
退火炉进行下一步工序。热处理工艺如 图2 所示 。
水轮机转轮焊接残余应力调控措施的虚拟优化
水轮机转轮焊接残余应力调控措施的虚拟优化针对大型焊接结构进行试验研究存在着周期长与耗资大的缺点,提出了虚拟焊接的概念。
在利用相似理论建立实际构件与模拟件之间焊接残余应力对应关系的基础上,采用数值模拟的方法对混流式水轮机转轮的焊接工艺进行了优化,使叶片危险区域附近产生了焊接残余压应力,达到了预期的效果。
因此,本课题的研究具有着重要的理论意义与实际工程意义。
为了能顺利的对混流式水轮机转轮的焊接工艺进行优化,本文首先从多道焊、分段焊、多层焊与多个接头等四个角度分别讨论了焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响。
得到了如下规律:在多道焊过程中,相邻焊道之间采用首尾相接的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的;分段焊不仅可以增加焊缝低应力的区域,合理的焊接顺序与方向可以有效的降低焊缝某区域的应力峰值;在多层焊的过程中,采用对称施焊的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的;在多个接头焊接结构的焊接过程中,尽量保证多个接头同时施焊,以确保尽可能地降低结构整体的残余拉应力峰值,这对于大型结构更是如此。
对于大型焊接结构来说,单元数量大与增量步多是数值模拟过程中的两大难题。
本文引入串状带热源的概念,推导出了适合于任意焊缝宽度的串状带热源模型的表达式,解决了大型结构焊接过程中增量步多的问题,使具有规则形状焊缝的大结构焊件的焊接应力场的定量分析成为可能。
在利用π定理以及相似定数法推导出在温度场完全相似的条件下模型和实际构件对应位置的残余应变关系式的前提下,利用焊接热传导理论和虚拟模拟件的概念,建立了实用的大型构件和模拟件对应位置的焊接残余应力对应关系。
此关系不仅可以指导模拟件的试验研究来降低试验研究的周期与成本,还可以克服大型焊接结构在数值模拟过程中单元数量庞大的缺点,使大型结构焊接过程的数值模拟成为可能。
在验证转轮模拟件与转轮实体模型的叶片危险区域焊接残余应力对应关系正确性的基础上,在解决焊接热源沿任意空间路径移动的加载问题、转轮各部分之间的热传导问题以及转轮焊缝填丝过程的前提下,对转轮的焊接工艺从多层焊、分段焊、局部加热以及局部锤击四个方面进行了优化。
大型发电机转轴残余应力测试方法
大型发电机转轴残余应力测试方法大型汽轮发电机的转轴是发电机中*大的转动部件,运行时转速一般为3000r/min或3600r/min,对其的力学性能有较高的要求,尤其是残余应力。
残余应力过高,转轴在长期运行过程中极有可能显现翘曲变形或者尺寸上的变化,并将有可能影响到转轴本身的固有频率,这对服役长达十几年的发电机来说具有很大的风险,目前的技术条件一般要求转轴的残余应力≤60MPa。
当前,国内对汽轮发电机转子锻件的残余应力测试大多采纳切环法。
由于切环法需要在转轴上保留较大的试环区,且在测试的时候需要占用大型机床,在时间与成本上不符合现代生产管理的要求。
因此,环芯法就诞生了,其凭借取样位置小、试验时间短、效率高、成本低等优势,受到广泛应用。
环芯法测试原理在被测表面上粘贴电阻应变片,以电阻应变片为中心,加工一个直径为d的环槽。
环芯边界上的残余应力得到释放,电阻应变片就能够记录到应力释放前后的应变变化,通过胡克定律就可以计算出残余应力的大小。
环芯法残余应力测试过程采纳的仪器仪器采纳聚航科技生产的JHHX环芯法残余应力测试系统,是由JHYC静态应变仪和JHHX精密开槽装置构成,全程软件式操作,自动实时计算残余应力,并实时显示和保存应力应变数值,仪器精度高、操作简单。
前期处理在试验前,应在转轴表面选好测试部位,并对测试部位进行预处理。
预处理的重要目的是清洁表面,为粘贴应变片做好准备,并对测试位置进行定位。
首先,在转轴的表面选取测试部位,一般的原则是两个测试点之间的距离以及测试点与转轴端部的距离均大于500MM,避开测试点之间相互影响。
另外,由于转轴的外圆是圆弧面,在选定测试部位之后需要将测试部位尽量打磨平整,重要是为了去除表面的氧化层和取得一个较为平整的平面,以便于更好的粘贴应变片和校调钻头的位置。
在完成打磨之后,还需用专用的清洗剂对打磨部位进行清洗,为后续粘贴应变片做好准备。
应变片粘贴做好前期准备后,首先需用环芯钻机的机座进行定位,在测试部位布置好机座后,用专用的刀具对试验的部位进行定位和划线。
某水电站转轮焊接残余应力测试与分析
收稿日期:!"!"#"$#%%作者简介:戴勇飞(%&’(#),男,工程师,主要从事材料测试与分析工作。
)*+,-.:(%/0’1!(’233456+某水电站转轮焊接残余应力测试与分析戴勇飞,韩斌华,肖晴文(浙江富春江水电设备有限公司,浙江杭州(%%0"1)摘要:通过盲孔法对某电站水轮机转轮焊接后及退火处理后叶片与上冠、下环区域焊接残余应力进行了测试与数据分析。
研究结果表明,经过退火后,焊接残余应力下降显著,达到了很好的消除焊接残余应力的效果。
图(幅,表!个。
关键词:水轮机转轮;盲孔法;焊接;残余应力;退火;数据分析!概述国内某电站总装机容量$$"78,保证出力%/(41(78,年均发电量(!亿98·:,1台套水轮发电机组及其附属设备均由浙江富春江水电设备有限公司供货。
此电站水轮机转轮采用的是混流式转轮,即转轮上冠、下环与叶片整体焊接转轮。
根据龙滩、溪洛渡等电站转轮焊接残余应力的测试数据可以知道,转轮焊接后在叶片与上冠、下环的焊缝和热影响区都会产生很高的焊接残余应力[%*1],且分布很不均匀,拉应力与压应力并存,残余应力有时甚至会超过/""7;,[0]。
很高焊接残余应力的存在势必会使转轮在运行过程中产生裂纹,从而影响转轮的使用寿命及机组运行安全,这也是业主及监理高度关注的问题;而转轮整体退火处理可有效降低焊接残余应力[%*1],从而显著提高转轮的使用寿命,保证机组的运行安全。
"测试原理与方法根据转轮焊接残余应力检测技术条件要求,本次测试采用钻孔应变法(也叫盲孔法)。
钻孔法对被测物体所造成的破坏仅局限在一个非常微小的区域,不会影响大型工件的正常使用。
本测试中盲孔直径为!%40++,深度!++,在测试完成后即将其补平;测试原理及步骤如下(见图%):被测物体表面可以看成是主应力为"%、"!的二向应力状态,在被测物体表面贴上应变花(见图!,规格:<=>%!"—%40?@—A ,灵敏度!4"’B "40C );在应变花上钻孔后,原先存在于所在孔洞边界内的残余应力会释放。
混流式转轮焊接残余应力测试新装置与新方法
混流式转轮焊接残余应力测试新装置与新方法
程广福;魏松;文道维;李正
【期刊名称】《焊接学报》
【年(卷),期】2013(034)008
【摘要】混流式转轮叶片出水边焊接接头区域存在的较高残余应力是导致转轮疲劳开裂的重要原因,混流式转轮焊后及热处理后的焊接残余应力测试已经成为转轮制造过程中的必要工艺,其测试精度及效率对转轮制造质量及效率有重要影响.根据转轮的结构特点研发了新型残余应力测试装置,并根据转轮疲劳开裂的特点确定了针对混流式转轮焊接残余应力测试的新方法,实际应用试验结果表明测试所得结果能够真实反映热处理前后转轮易开裂区域的残余应力分布情况.新型测试设备及方法完全适用于混流式转轮的残余应力测试,而且具有非常高的测试精度及效率.【总页数】4页(P67-70)
【作者】程广福;魏松;文道维;李正
【作者单位】哈尔滨大电机研究所水力发电设备国家重点实验室,哈尔滨150040;哈尔滨大电机研究所水力发电设备国家重点实验室,哈尔滨150040;哈尔滨大电机研究所水力发电设备国家重点实验室,哈尔滨150040;哈尔滨大电机研究所水力发电设备国家重点实验室,哈尔滨150040
【正文语种】中文
【中图分类】TG404
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水轮机转轮采用振动时效消除焊接残余应力的效果研究
水轮机转轮采用振动时效消除焊接残余应力的效果研究
邹南城;李胜鑫;管涛涛
【期刊名称】《小水电》
【年(卷),期】2015(000)006
【摘要】水轮机转轮均由上冠、叶片、下环组焊而成,转轮在焊接加工过程中容易产生相变应力与热应力等形式的残余应力.残余应力的存在可使转轮的尺寸及形位精度受到破坏,疲劳强度降低,影响转轮的性能,甚至使转轮本身产生裂纹而导致失效.采用振动时效工艺对焊接后的转轮进行了消除(均化)焊接内应力处理,并分别对转轮振动时效工艺处理前后的残余应力进行检测,以评价和验证转轮振动时效工艺消除(均衡)残余应力的效果.图2幅,表2个.
【总页数】3页(P76-77,82)
【作者】邹南城;李胜鑫;管涛涛
【作者单位】华电福新能源华安水力发电厂,福建华安363800;华电福新能源华安水力发电厂,福建华安363800;杭州汇安电力工程技术有限公司,浙江杭州310000【正文语种】中文
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大型混流式水轮机转轮应力研究综述
大型混流式水轮机转轮应力研究综述
廖茂;巩鑫;杨兵;李贵吉;曹登峰
【期刊名称】《水电站机电技术》
【年(卷),期】2024(47)3
【摘要】混流式水轮机转轮的裂纹问题,降低了转轮的使用寿命,给机组运行带来了安全隐患,也是制约大型机组宽域运行的主要因素之一。
混流式水轮机在低负荷工况的水力稳定性,决定了其运行的安全稳定范围。
而叶片裂纹的产生及发展,与叶片在不同工况下的应力特性密切相关。
本文总结了混流式水轮机裂纹出现的不同原因,分析了裂纹处理及预防的不同案例,详细对比了三种转轮应力研究方法的不同,最终对大型混流式水轮机转轮应力的研究前景做了总结和展望。
【总页数】5页(P13-16)
【作者】廖茂;巩鑫;杨兵;李贵吉;曹登峰
【作者单位】四川大唐国际甘孜水电开发有限公司;大唐水电科学技术研究院有限公司;中国水利水电科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TV734
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冲击加 载方法 制造压 痕 , 寻找 压痕 外 弹性 区 内的位 移 场随残余 应力 的变化 规律 。由于该 区域 内应 变变
化数值 由压头 全塑性压 入过程 中压痕 自身形成 的应 力 场和残余 应力 的松 弛 共 同叠 加 作用 , 将 此应 变 故
实验 采用 的 KJ 一2型 压痕 应 力测 试仪 是在 传 S
特大型混流式水轮机转轮残余应力测试
林 太举
( 三峡发展小湾项 目机电监理部 , 云南 风 庆 65 0 ) 7 93
摘 要 :介 绍 应用 压 痕 法 测 量 残余 应 力 的原 理 、 法 , 应 用 在 小 湾 水 电站特 大 型混 流 式 水 轮机 转轮 叶片 组 焊 后 的残 方 并
应力 测量精 度高 , 基本无 损 ( 深度 约 0 2mm) . 。
产, 特别是 特大 型水轮 机转轮组 焊 、 制作 技术 不断创
新 , 防止 转轮 在制造或 运行 中发生断 裂事故 , 为 问题
的关键是 要 防止 在 制 造 过程 中产 生 过 大 的残 余 应 力, 因此搞 清转 轮叶片 的残余应 力分 布 , 从而采 取措
在 同一 测试 部 位贴 应 变 花 时 , 错 开 5 应 0mm 以上 , 以避 免相 互影 响 。
部镶 有高性 能永 久磁 铁 , 可方 便 地 吸附 于 任何 有 一 定 曲率半径 的铁 磁 性 材料 表 面 , 可 用 5 2胶 粘 于 也 0
体 的机械式 冲击 装 置 ; 中用显 微 镜 与 固定 支 座 结 对 合, 用来确 定压 痕打击 的准 确位 置 ; 固定支 座 由于底
3 测 点 布 置
测 点 布 置 原则 : 以残 余 应力 较 高 的焊 缝 中心为 主 , 顾熔 合线 和热 影 响 区 , 便 于 测 试 ; 种方 法 兼 且 两
随着 特 大 型 混 流 式 水 轮 机 相 继 制 造 、 装 、 安 投
附加应力 场 , 采用 直径 1 1 寸的硬质合 金钢球 制 / 6英 造压 痕 。将带有 钢球 的支 撑杆 一端垂直 置于欲 制压 痕 的位置 ( 应变 花轴 线 中心 ) 以一 定动 量 冲击 支 撑 , 杆 的另一 端 。压 痕诱导 的应变增 量 由事 先粘贴 的应 变 花测取 。该方 法操作简 单 , 适用 范 围广 , 表面残 余
火 处理 , 最大 限度 地减少 残余应 力 , 特大型水 轮机 对 长期 稳定运 行有 了可靠 的保证 。
图 1 压 痕应 变法 测 量 残 余 应 力 示 意 图
1 压 痕 法 测 量 残 余应 力 原 理 2 压 痕 应 变 法 的 测量
2 O世 纪 9 O年 代 , 中科 院金 属 研 究所 提 出采 用
统 的静态应 变技术 的基础 上结合 最新 的应 力测试 理
论设 计 研 制 而 成 的一 种 新 型 智 能 应 力 测 试 仪 器 。 KJ 一2型压痕应 力测试 仪采用 大规模集 成 电路 , S 将 当前先进 的 电子 技 术 和 应力 测 试 技 术 有 机 结 合 起 来 , 有体 积 小 、 具 重量 轻 、 功能 强 、 测试 方便 等特 点 。 显 示采用 大屏幕 液 晶菜 单 方式 , 内带有 3点应 变 机 自动调零 、 自动测试 、 试数 据屏幕 显示 、 测 贮存 、 数据 处理 ( 将应变 值转化 为应力 值) 功能 。 等 压 痕 制造 系统 包 括压 痕打 击 装置 、 中用 显微 对 镜 、 磁式 固定支 座三部分 , 中压 痕打击 装置是一 永 其
余 应力 测 试 。
关 键 词 :残余 应 力 ; 痕 法 ;混 流 式 转轮 压
中 图分 类 号 : K70 3 3 T l . 2 . T 3 . 2 ; Gl 52 2 2 文 献标 识 码 : B 文 章 编 号 :6 258 ( 0 80 —0 40 1 7—37 2 0 ) 50 4—3
获得对 应于残 余应 力 大小 的真实 弹 性 应变 , 出 残 求
余应力 的大 小 。 压 痕应变 法作 为近年来 国内广 泛使用 的一种 新
型无损 残余 应力测 量 方法 , 的一条 基 本 实验 规 律 它
是相 同尺寸 的压痕在 残余应 力场 中产生 的应变增 量 与残余 弹性应 变成 正 比。为 了现 场方便 得到对称 的
变化信 息称作 应变增量 。这 种利用 压痕外 弹性 区内 的应变 增量来 求解原始 残余 应力 的方法就是 所谓 的 压痕应 变法 。该方法采 用 电阻应变 片作为测 量用敏
感元件 , 在应 变花 中心 部 位采 用 冲击 加 载制 造 压 痕
( 图1, 见 ) 通过记 录压痕外 弹 性 区应 变 增量 的变化 ,
第3卷 第 5 l 期
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水 电 站 机 电 技 术
Mehn a& Eetc ehi e f yrpw r ti cai l l ra Tcn u doo e Sao c c il q oH tn
V0. 1 No 5 13 .
0C .2 08 t 0
20 0 8年 1 O月
牧 稿 日期 ;0 80 -1 2 0 —72
作者 简介: 林太举 , , 男 高级工 程师 ,长期从 事水 电站机 电安装、 运
行、 检修 、 瑗 等 工 作 。 监
第 5期
林太举 : 特大型混流式水轮机转轮残余应力测试
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采用 弹簧加 力 、 部镶 有直径 1 1 英 寸硬 质合 金球 头 /6
施 减少最 大应力 区 , 是解 决 问题 之根本 。 利用 压痕周 围形成 的弹塑 性变形 场信息来 测量
残 余 应 力 的 方 法 研 究 最 早 的 是 美 国 的 JH U dr od . . new o 。我 国已相继推广 应用 。
Байду номын сангаас
云 南 小 湾 大 型混 流式 水 轮 机 转 轮在 工 地 组 焊 后, 应用 压痕法测 量转 轮叶片 的残余应 力 , 并采 用退