有关混流式转轮焊接残余应力局部压应力化的实现

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1、学兔兔www.xuetutu.com俘慈试验研究反混流式转轮焊接残余应力局部压应力化的实现哈尔滨大电机研究所水力发电设备国家重点实验室(150040)程广福王辉亭过洁张立娟摘要焊接残余拉应力是引起混流式转轮疲劳断裂的重要原因之一，焊接残余压应力的存在能够有效提高焊接结构的抗疲劳性能。文中对原有及优化焊接工艺下的转轮出水边易开裂区域的焊接残余应力分布进行了测试分析，并对局部加热及锤击处理对应力场分布的影响进行了研究。结果表明，通过优化焊接工艺可以对转轮的残余应力场分布进行调控，叶片出水边焊缝区域的残余拉应力明显降低，而且转变为压应力，采用局部加热和锤击可以明显降低转轮易开裂区域的

2、残余拉应力值，进一步促进高压应力区域的形成，实现转轮易开裂区域的压应力化，从而提高转轮的抗疲劳性能。关键词：混流式转轮局部处理焊接残余应力局部压应力化中图分类号：TG404应力与压应力同时产生而又相互平衡，残余拉应力的0前言存在大大降低了转轮的抗疲劳强度。-v]。消除焊接接转轮是水轮机最关键的部件之一，它的质量直接头应力集中处的残余拉应力或使该处产生残余压应力影响水轮机的效率和使用寿命。在转轮运行中，发生都可以提高接头的疲劳强度，这种方法可以分为二类：最频繁的失效形式是由动态加载引起的疲劳，失效由一类是结构或单元整体处理；另一类是对接头局部处开机一停机引起的低周疲劳以及高速运转

3、时的振动引理。一般情况下整体退火对提高焊接结构疲劳强度的起的高周疲劳共同作用导致，一旦裂纹达到高周疲劳作用有限，而采用局部加热或挤压可以调节焊接残余加载的疲劳裂纹扩展的临界值，裂纹将在非常短的时应力场，在应力集中处产生压应力J。间内扩展而引起灾难性事故J。对于混流式水轮机转轮，采用整体退火的方法可混流式转轮最大弯曲应力出现在叶片与下环或者以起到残余应力均匀化和降低残余应力峰值的作用，上冠连接处的T形焊接接头区域。由于应力集中，这然而，机组实际运行证明，对提高转轮疲劳强度的作用二个区域的局部应力最高，因此也就是疲劳发生的最非常有限。因此，文中对混流式水轮机转轮分段焊接危险的区域J

4、。在实际运行过程中，几乎所有的转轮工艺进行了优化，并采用局部加热和锤击的局部处理在这二个区域的叶片出水边附近均存在短期内开裂的技术对转轮易开裂区域的应力分布状态进行调控，探情况。由于这种开裂不可预期，而且发生在设计寿命索实现混流式水轮机转轮焊接残余应力局部压应力化之内，因此危害很大。不仅严重影响转轮使用寿命，甚的方法，对提高混流式转轮的疲劳寿命，指导混流式转至可能发生叶片断裂事故，严重威胁电站的安全运行。轮的制造有着重要的理论意义和实际工程意义。除此之外，叶片开裂导致的转轮变形使水轮机效率降2试验及测试方法低，而且维修过程的投人和停机大大降低了电站的经济效益。试验过程在同一混流

5、式转轮的不同叶片上完成，原有焊接工艺是由转轮叶片的中间部位开始焊起，采1局部压应力化的提出取退步分段焊接的方法完成整个转轮的焊接。相对于混流式水轮机转轮的焊接残余应力是在转轮结构转轮叶片出水边而言，出水边焊段的焊接最后完成，而制造过程中产生的。焊接残余应力是焊接结构内局部且由远离出水边一侧起弧，在出水边一侧收弧。优化区域发生不可逆的塑性变形所致的自平衡应力，其拉的转轮焊接工艺为：首先完成出水边焊段的焊接，焊接过程起弧于出水边，然后完成进水边焊段的焊接，而中．收稿日期：2011—12—13间所有焊段由靠近进水边一侧起弧，收弧于靠近出水基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划

6、)(2010CB736208)。边一侧，顺次完成转轮的焊接。242012年第6期学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com俘掳试验研究3．3局部锤击锤击法可以在接头焊趾处表面造成压缩应力，同时，锤击可以减少缺口尖锐度，从而减少了应力集中，窘因此可以大幅提高接头的抗疲劳性能。图6为锤击作用前后焊缝熔合线附近平行于焊缝僭方向的向焊接残余应力分布情况，可以看到锤击作用对残余应力场分布影响显著，可以有效降低转轮出水边易开裂区域的残余应力值，而且扩大了压应力区域的范围。与局部加热效果相比，在锤击作用区域，焊接残余拉应力值均降低。这是因为在锤击过程中，锤击距离

7、s／mm部位会产生较大塑性变形，从而抵消此区域在焊接过程中产生的压缩塑性变形越多，导致此部位的残余拉图4向焊接残余应力与叶片出水边焊段长度的关系应力峰值大大降低，锤击时间超过一定值后，焊缝区域变成残余压应力，实现了易开裂区域的压应力化。3．2局部加热采用局部加热可以调节焊接残余应力场，即在应力集中处产生压缩残余应力，可以有效地提高接头的抗疲劳强度。图5为局部加热前后焊缝熔合线附近平行于焊缝∞∞2∞∞1∞如。蜘—∞l1m22方向的z向焊接残余应力分布情况，可以看到局部加热窒、酵可以有效地调控残