核電低壓焊接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子因其運(yùn)行應(yīng)力低，單個(gè)鍛件尺寸小、易于制造等等優(yōu)點(diǎn)，被多家汽輪機(jī)制造廠選用。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，核電焊接低壓轉(zhuǎn)子大型輪盤鍛件屈服強(qiáng)度要求不低于700MPa，而殘余應(yīng)力要求不超過40MPa，較行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求。因此，獲得符合標(biāo)準(zhǔn)要求的殘余應(yīng)力是輪盤鍛件研制的難點(diǎn)之一。

目前，殘余應(yīng)力的測試方法有很多，行業(yè)內(nèi)比較認(rèn)可的有環(huán)芯法、盲孔法、切割法等機(jī)械方法。本文主要是采用環(huán)芯法對輪盤鍛件進(jìn)行殘余應(yīng)力測試。

環(huán)芯法測殘余應(yīng)力過程及步驟

測試件介紹

核電焊接低壓轉(zhuǎn)子輪盤的材料為25Cr2Ni2MoV，采用200CK雙真空鋼錠經(jīng)五火鍛造成型。粗加工尺寸為φ3100mm*1450mm，重量約86t。

對于殘余應(yīng)力不超過屈服強(qiáng)度下限8%的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)來說，調(diào)質(zhì)回火以≤11℃/h的速度緩慢冷卻，殘余應(yīng)力值一般均可達(dá)到規(guī)范要求的數(shù)值，且后續(xù)不需再進(jìn)行去應(yīng)力回火處理。但對于該輪盤，由于其對殘余應(yīng)力有較高要求，因此設(shè)計(jì)熱處理工藝方案時(shí)，采取了較穩(wěn)妥的方案，即進(jìn)行兩次回火，且第二次回火爐采用了分段限速冷卻的方式，目的就是盡可能釋放工件中的內(nèi)應(yīng)力，確保殘余應(yīng)力合格。

測試位置

輪盤鍛件性能熱處理后，待工件冷至室溫后進(jìn)行殘余應(yīng)力測試。在工件上選取3點(diǎn)，其中2點(diǎn)距端面約200mm，1點(diǎn)在中間位置，這3個(gè)位置同一圓周成120°作為環(huán)芯法的檢測點(diǎn)，即F、G及H點(diǎn)；

測試過程

設(shè)備采用南京聚航科技有限公司的JHHX環(huán)芯法殘余應(yīng)力檢測儀，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHHX開槽裝置組成，全軟件操作，自動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)算殘余應(yīng)力，顯示和保存應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值，測量結(jié)果直觀明了，準(zhǔn)確度高。

測試前，應(yīng)選好測試位置，并進(jìn)行打磨清除表面氧化皮以及其他雜物。打磨位置盡可能平整光滑。固定好鉆機(jī)三腳架后，劃出應(yīng)變片張貼位置，將測試部分用無水乙醇擦拭后，用JH-496膠水將應(yīng)變片貼穩(wěn)。將應(yīng)變片導(dǎo)線連接到主機(jī)后，開始銑環(huán)槽。鉆的過程盡可能緩慢，防止刀頭發(fā)熱。每銑0.5mm，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄。利用2mm和4mm深的應(yīng)變數(shù)，根據(jù)公式計(jì)算出殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)。應(yīng)變值與槽的深度大體上呈線性關(guān)系，其余深度的數(shù)據(jù)供參考。

測試結(jié)果

輪盤的殘余應(yīng)力值在-6.6~-24.5MPa之間，均為壓應(yīng)力，絕對值不超過30MPa，符合采購技術(shù)規(guī)范要求。輪盤鍛件殘余應(yīng)力值沿軸向方向呈現(xiàn)“中間高，兩邊低”的特點(diǎn)，即軸向中間位置G點(diǎn)的殘余應(yīng)力值較高，兩個(gè)靠近端面位置F及H位置應(yīng)力值較小。

結(jié)論

1. 大型輪盤鍛件在性能熱處理過程中，采用兩次回火+分段限速冷卻方式可使核電低壓焊接轉(zhuǎn)子用大型輪盤鍛件獲得較小的殘余應(yīng)力。

2. 以上實(shí)驗(yàn)證明，可采用環(huán)芯法檢測大型輪盤鍛件的殘余應(yīng)力，此方法能夠真實(shí)反映鍛件的殘余應(yīng)力水平。