案例:大型水轮机转轮的残余应力测量
发布时间:2021/04/26
水轮机转轮是将水能转换为机械能的关键性部件,其叶片型线的准确与否是影响水轮机效率、出力、空蚀和运行寿命的重要因素,是衡量水轮机制造水平的重要标志。
而水轮机转轮一般都会采用焊接加工制造而成,生产的过程中不可避免地会产生焊接残余应力。这些残余应力的存在,会严重影响转轮叶片的静力强度、疲劳强度及抗腐蚀性能,对叶片的尺寸稳定性起破坏作用,引起加工变形,并最终可能导致构件疲劳寿命缩短。
因此,在加工生产水轮机转轮的过程中,大多数需要通过退火处理以降低残余应力。
本期的案例中,我们研究的水轮机转轮是由19个叶片组成,叶片材料为铸造不锈钢,采用盲孔法对残余应力进行测试。
工件名称:水轮机转轮
工件材质:不锈钢
检测目的:
检测试件经过退火处理后残余应力的分布情况,以此来确定退火工艺的有效性。
检测过程:
此次试件需检测深层残余应力分布情况,且试件比较厚重,因此考虑采用钻孔法进行测量。
为检测方便,我们选取了14#叶片进行检测。测试区域选择的是叶片的上冠进水边正压侧和下环出水边负压侧,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。
1、首先对测点表面进行处理。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。
2、贴应变花。清洗应变花粘贴面,去除粘贴面的油污,粘贴应变花。
3、钻孔进行测试,采集数据
利用盲孔应力检测仪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。
用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
叶片各测点退火后残余应力测量结果表
根据检测,退火后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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