分段焊影响转轮焊接残余应力的试验分析

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1、第!?卷第&期焊接学报4:J(!?7:(&!""2年&月.@07A05.B;7A;C.DE5DB70FEGHB7/B7A.B.I.B;79K6LM!""2分段焊影响转轮焊接残余应力的试验分析’’!!!姬书得，张利国，方洪渊，李雅范（’(沈阳航空工业学院航天技术研究所，沈阳’’""&%；!(哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点试验室，哈尔滨’)"""’）摘要：在利用平板试验得到分段焊的合理段长的基础上，对某水电站混流式水轮机转轮的焊接残余应力场进行了调控。结果表明，对于尺寸为)""**+)""**+’#**的平板来说，后焊的焊段可以起到降低先焊焊段的残余应力的作用，且

2、在到后焊部分端部为)"**的范围内，降低效果最明显；分段焊可以降低叶片危险区域的残余拉应力峰值并产生残余压应力；当叶片出水边焊段的长度在%",-"**的范围内，残余应力的降低效果随着叶片出水边焊段长度的增加而减小。关键词：转轮；叶片；分段焊；残余应力中图分类号：./’)#文献标识码：0文章编号："!)&$&#"1（!""2）"&$’"’$"%姬书得"序言者在进行平板试验的基础上，利用分段焊的方法对叶片危险区域附近的焊接残余应力场进行了调控，使转水轮机转轮在服役过程中出现疲劳裂纹是目前轮的叶片危险区域产生了焊接残余压应力。［’］所有转轮的共性问题，这种现象的产生会大大降

3、低水电站的工作效率，造成巨大的经济损失。针对’分段焊对平板焊接残余应力的影响叶片的开裂问题，国内外的科研工作者提出了一些解决转轮裂纹的方法，如在下环焊缝中部安装楔子!"!平板试验结构的确定板、在下环焊缝外面增加加强板、在下环的上下端部由于转轮的结构非常庞大，直接在转轮上进行先焊上搭块、焊前在上冠处装上假轴等［!$%］。但这分段焊的试验会使试验费用高以及生产周期长。因些方法的实际效果不是很好，且不能从根本上解决此作者首先研究了分段焊对平板焊接残余应力影转轮叶片的裂纹问题。响。这里进行平板的目的有两个，一是验证分段焊对于一个具体的转轮结构来说，由于它的材料的合理性；二是确

4、定适用于某水电站某型号转轮分选择是不变的，因此转轮的受力状态是导致叶片出段焊的段长。现疲劳裂纹的关键因素。在水轮机的工作运行中，平板试验中，平板的尺寸为)""**+)""**+转轮叶片的应力来源主要有工作应力和焊接残余应’#**，同时在平板一组对边上开&"3的半4形坡力两种。研究发现，工作应力峰值的出现位置与焊口。另外，为了增加平板试验过程中的刚度问题，对接残余拉应力峰值一致，都是在叶片出水边的焊缝平板固定架的结构进行了设计，如图’所示。其中［)$2］附近。由于对于一个具体的转轮结构来说，它右侧图中的虚线位置表示在试验过程中平板的放置的工作应力是固定不变的，因此解决转

5、轮的开裂问位置。题只能利用焊接工艺的优化来改善转轮的焊接残余平板与固定架的材料都是"56’&78)9:，两部分应力分布状态，通过降低叶片危险区域的焊接残余通过5;气体保护焊的方法进行连接。焊接电流!拉应力从根本上解决转轮的开裂问题。是!%"0，电弧电压是&"4，焊接速度是)**<=。对于一个普通的焊接构件来说，焊缝区的残余拉为了研究分段焊对残余应力分布状态的影响，应力是由于残余压缩塑性变形产生的，此区域的残余在分段焊过程中，将整个焊缝分成三段进行焊接，两压缩塑性变形对周围区域产生影响，使邻近焊缝的区端的焊段长度分别是)"**与’""**。域产生了较大的焊接残余压应力。

6、针对这种情况，作!"#残余应力测量方案的确定利用盲孔法在焊后的平板上进行应力的测量。收稿日期：!""#$"%$"&!参加此项研究工作的还有过洁应力测量装置采用郑州研究所生产的>5!型应!$)焊接学报第)6卷图:分段焊与非分段焊横向残余应力沿焊缝方向的比较"#$%:;1-’(,0’12’(,-06+(0+(+0#.),40’(+00<+’=++-0)<>图!平板固定架结构与尺寸0+*’#1-=+4.#-$,-.*1-6+-’#1-,4=+4.#-$"#$%!&’()*’)(+,-..#/+-0#1-1234,-+2#5+..+6#*+力测量仪。盲孔法属于残余应力测量的部

7、分释放法。按小孔法测量残余应力时需先在各测点部位贴上应变片，然后在紧靠应变片的适当位置钻一小孔，根据应力释放前后应变片所测得的应变差，可借助弹性理论推算出试件内的残余应力。其计算公式为"!$%&!’$%!$%(!’$%!!"(&)，##$图?分段焊不同时刻横向残余应力沿焊缝方向的比较"!$%&!’$%!$%(!’$%，"#$%?;1-’(,0’12’(,-06+(0+(+0#.),40’(+00<+’=++-.#22+(+-’!)"(()##$=+4.#-$’#/+式中：#表示应力释放系数，其值是$*$)+,；$表示应力释放系数，其值是$*$+’’；