專利名稱：水輪機轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場焊接殘余應(yīng)力測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利用于水輪機轉(zhuǎn)輪殘余應(yīng)力測試，特別是為在現(xiàn)場加工制作的水輪機轉(zhuǎn)輪提供了殘余應(yīng)力測試的系統(tǒng)方法。
背景技術(shù)：
大型水輪機轉(zhuǎn)輪大都采用了葉片、上冠和下環(huán)單件加工，現(xiàn)場組焊的制造方法，葉片和上冠以及下環(huán)通過焊接聯(lián)接，在加工制造中產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。從目前我國水電行業(yè)的 實際情況來看，焊接殘余應(yīng)力是轉(zhuǎn)輪發(fā)生裂紋的重要誘因。轉(zhuǎn)輪焊接殘余應(yīng)力的問題，已經(jīng) 引起業(yè)主單位和設(shè)計、制造等相關(guān)單位的高度重視。但是目前并沒有一套系統(tǒng)的方法用于 對轉(zhuǎn)輪殘余應(yīng)力進(jìn)行測試和分析，特別是在現(xiàn)場加工制作的水輪機轉(zhuǎn)輪殘余應(yīng)力一直沒有 適合的方法，而水輪機轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場殘余應(yīng)力測試在我國還沒有系統(tǒng)進(jìn)行。工程上用于殘余應(yīng)力測試的常用方法是電測盲孔法，但是在應(yīng)用電測盲孔法對水 輪機轉(zhuǎn)輪進(jìn)行殘余應(yīng)力測試分析時，有三個關(guān)鍵的技術(shù)問題需要解決首先是焊縫熔合線 的確定。在轉(zhuǎn)輪制造加工中，葉片與上冠和下環(huán)的焊縫需要打磨，通過直接觀察確定打磨后 焊縫熔合線將造成判斷上的偏差。其次是焊縫及熱影響區(qū)退火前后測點的布置方案，采用 盲孔法測量殘余應(yīng)力，在已經(jīng)打孔的位置將無法再次進(jìn)行測量，那么要對退火前后殘余應(yīng) 力進(jìn)行比較分析以評價退火效果，需要正確的布置焊縫及其熱影響區(qū)內(nèi)的測點。最后，由于 葉片與上冠和下環(huán)聯(lián)結(jié)處被測部位空間狹小，被測表面為復(fù)雜的空間曲面，在有些需要測 試的焊接部位，葉片與上冠或下環(huán)的夾角小于90°，現(xiàn)有電測盲孔法的鉆孔工裝操作困難， 難以實現(xiàn)精確鉆孔，造成較大的測試誤差，對于葉片焊縫坡口小于50mm的位置，殘余應(yīng)力 的測試無法進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
為解決水輪機轉(zhuǎn)輪殘余應(yīng)力存在的技術(shù)問題，實現(xiàn)水輪機轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場測試，本發(fā)明 專利提供了電測盲孔法系統(tǒng)測試方案。該方案包括準(zhǔn)確判斷打磨后焊縫熔合線的位置，轉(zhuǎn) 輪焊縫及熱影響區(qū)退火前后測點布置以及在轉(zhuǎn)輪受限空間內(nèi)復(fù)雜曲面上精確鉆孔。本發(fā)明專利解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是通過測量葉片焊縫坡口結(jié)合打 磨后無損檢測結(jié)果，保證最大限度地準(zhǔn)確確定焊縫熔合線。轉(zhuǎn)輪焊縫及熱影響區(qū)測點的布 置方法是，沿焊縫熔合線垂直方向每隔15mm布置一個測點，退火后在同一葉片上將各測點 向內(nèi)平移15mm，并且選擇另一葉片在相同位置布置測點進(jìn)行測試，實現(xiàn)退火前后的分析比 較。采用四個球形支腳鉆具配合使用放大鏡實現(xiàn)復(fù)雜曲面受限空間內(nèi)精確鉆孔。本發(fā)明專利有益的實施效果是，實現(xiàn)了水輪機轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場殘余應(yīng)力的測試。應(yīng)用本 發(fā)明專利對葉片焊縫坡口為20mm-60mm的一組水輪機四臺轉(zhuǎn)輪退火前后葉片與上冠和下 環(huán)焊縫及熱影響區(qū)的殘余應(yīng)力進(jìn)行了系統(tǒng)的測試和研究，為該轉(zhuǎn)輪焊接、退火等加工工藝 的分析評價以及轉(zhuǎn)輪服役期間的質(zhì)量監(jiān)控和分析提供了第一手的實驗數(shù)據(jù)。表1為測試某 轉(zhuǎn)輪退火前后焊接殘余應(yīng)力測試結(jié)果。


圖1為本發(fā)明專利轉(zhuǎn)輪葉片焊縫及熱影響區(qū)退火前后測點布置1中1.上冠，2.退火前測點，3.進(jìn)水邊，4.下環(huán)，5.出水邊，6.葉片，7.退火后
測點，8.焊縫熔合線。圖2為本發(fā)明專利葉片轉(zhuǎn)角處殘余應(yīng)力鉆孔定位圖2中21.球形支腳，22.螺母，23.鎖緊螺母，24.鉆架，25.鉆桿，26.定位套， 27.鎖緊壓蓋，28，調(diào)整螺釘，29.支架。
具體實施例方式水輪機轉(zhuǎn)輪葉片與上冠和下環(huán)焊接而成，準(zhǔn)確確定打磨后焊縫熔合線是轉(zhuǎn)輪焊接 殘余應(yīng)力測試的第一步。首先測量被測區(qū)域葉片焊縫坡口的大小，通過無損檢測確定打磨 后距離葉片邊緣100-200mm內(nèi)3_5個微裂紋位置，并測量各點距離上冠或下環(huán)的距離，如果 該距離與該位置葉片焊縫坡口的距離相等，即為焊縫熔合線上的點，這樣確定3個點后彼 此相連就能確定距離葉片邊緣100-200mm內(nèi)焊縫熔合線的位置。合理確定測點位置才能對轉(zhuǎn)輪退火前后的殘余應(yīng)力進(jìn)行對比分析，用以評價退火 的效果。為此測點位置的確定方法是以焊縫熔合線為基準(zhǔn)，沿與焊縫熔合線垂直方向布置 測點。結(jié)合附圖1具體說明如下在焊縫熔合線(8)上布置一個測點(2)，向兩側(cè)各移動 15mm分別布置一個測點(2)。退火后各測點(7)在同一葉片上向內(nèi)平移15mm作為一個比 較對象，另外選取同一轉(zhuǎn)輪的另一葉片在與退火前相同的位置布置測點作為另一個比較對 象。電測法測量殘余應(yīng)力，需要在被測表面粘貼應(yīng)變花，在粘貼應(yīng)變花的被測表面鉆孔釋放殘余應(yīng)力同時進(jìn)行測量，測量中要求在應(yīng)變花的中心位置鉆孔，否則會引起較大誤 差甚至測試失敗，而現(xiàn)有的鉆孔裝置不能完成在曲率較大且空間位置狹小的葉片與上冠或 下環(huán)聯(lián)結(jié)部位精確鉆孔。為了能夠在葉片與上冠和下環(huán)的焊縫及熱影響區(qū)內(nèi)實現(xiàn)精確鉆 孔，采用的鉆孔固定裝置為四個球形可調(diào)節(jié)支腳式，結(jié)合附圖2進(jìn)行說明如下鉆架(24)置 于支架(29)上，四個球形支腳(21)與支架(29)相連接，并通過螺母(23)和鎖緊螺母(24) 固定于支架(29)上，定位套(26)安裝于鉆架(24)內(nèi)，其位置通過調(diào)整螺釘(28)進(jìn)行調(diào)整， 當(dāng)位置確定后由鎖緊壓蓋(27)鎖緊定位套(26)，鉆桿(25)置于定位套(26)內(nèi)。球形支腳 (21)與被測表面為點接觸，且各球形支腳(21)距離被測表面的高度可分別調(diào)節(jié)，保證了在 焊接轉(zhuǎn)角大于80°的各區(qū)域內(nèi)靈活擺放鉆孔定位裝置，實現(xiàn)準(zhǔn)確定位鉆孔，完成殘余應(yīng)力 的釋放和測量。
權(quán)利要求
水輪機轉(zhuǎn)輪受限空間內(nèi)復(fù)雜曲面殘余應(yīng)力測試鉆孔定位裝置，其特征是鉆架置于支架上，四個可分別調(diào)整的球形支腳與支架相連接，支架與鉆架相連接，定位套置于鉆架內(nèi)，調(diào)整螺釘、鎖緊壓蓋、鎖緊定位套置于鉆架上，鉆桿置于定位套內(nèi)。
2.水輪機轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場焊接殘余應(yīng)力焊縫熔合線的確定方法是通過無損檢測確定打磨 后距離葉片邊緣100-200mm焊接區(qū)微裂紋位置，微裂紋與上冠或下環(huán)的距離等于該位置葉 片焊縫坡口即為焊縫熔合線上的點，這樣確定3個點后彼此相連就得到了焊縫熔合線。
3.退火前后殘余應(yīng)力測點布置特征是在焊縫熔合線上布置一個測點，向兩側(cè)各移動 15mm分別布置一個測點，退火后各測點在同一葉片上向內(nèi)平移15mm作為一個比較對象，另 外選取同一轉(zhuǎn)輪的另一葉片在與退火前相同的位置布置測點作為另一個比較對象。
全文摘要
本發(fā)明的名稱為水輪機轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場焊接殘余應(yīng)力測試方法，涉及的技術(shù)領(lǐng)域為水輪機轉(zhuǎn)輪焊接殘余應(yīng)力測試，特別是為在現(xiàn)場加工制作的水輪機轉(zhuǎn)輪提供了殘余應(yīng)力測試的系統(tǒng)方法。為解決目前水輪機轉(zhuǎn)輪殘余應(yīng)力測試中焊縫熔合線的確定，退火前后測點的布置以及轉(zhuǎn)輪在受限空間內(nèi)復(fù)雜曲面上精確鉆孔所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了電測盲孔法系統(tǒng)測試方案通過無損檢測結(jié)果結(jié)合葉片焊縫坡口的測量保證了準(zhǔn)確確定焊縫熔合線；采用退火后在同一葉片上將測點平移15mm，并且選擇另一葉片退火后在相同位置布置測點，實現(xiàn)退火前后的分析比較；采用帶有四個高度可調(diào)的球形支腳鉆孔定位裝置實現(xiàn)復(fù)雜曲面受限空間內(nèi)精確鉆孔。
文檔編號B23B47/00GK101811202SQ20091000918
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者于紀(jì)幸, 任廣升, 任紹成, 劉桂華, 姜明利, 孫鴻秉, 徐春國, 李海玲, 楊振先, 王懷茂, 蔣智, 陳柳 申請人:北京機電研究所;北京中水科工程總公司;龍灘水電開發(fā)有限公司