叶片的应力状态对混流式水轮机转轮失效的影响

在解决焊接热源沿任意空间路径移动的加载问题以及具有复杂形状的叶片在焊接时与空气之间的散热问题的基础上,对转轮实体模型焊接过程的温度场与应力场进行了数值模拟。得到了焊接应力的演变规律与焊后应力场的分布情况。结果表明,焊后应力的峰值出现在叶片与上冠或叶片与下环接触面附近的叶片上。结合转轮工作应力的分布状态,解释了混流式水轮机转轮的失效原因。     

分段焊影响转轮焊接残余应力的试验分析

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500 mm×500 mm×16 mm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,且在到后焊部分端部为50 mm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40～90 mm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.     

混流式转轮焊接工艺优化与局部压应力化的实现

焊接残余拉应力的存在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.采用数值模拟方法对混流式转轮焊接残余应力场进行了模拟,转轮出水边焊缝区域存在较高的残余拉应力,适当减小出水边焊段长度,可有效降低残余拉应力峰值.对转轮原有及优化焊接工艺下的焊接残余应力场进行了测试分析.结果表明,通过优化分段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,并转化为压应力,实现了转轮易开裂区域焊接残余应力的局部压应力化,从而有效提高转轮的抗疲劳性能.     

混流式水轮机转轮焊接过程数值模拟的特殊性分析

针对混流式水轮机转轮焊接过程数值模拟的特殊性,提出了利用点点连接解决焊接热源的加载问题的方法以及利用将焊缝分成若干区域而逐步杀死单元的技术解决焊缝填丝过程的方法,同时利用转轮的焊接温度场证明了上述方法的正确性与合理性。另外,接触体的使用成功地解决了各独立实体间接触边界节点不重合的热传导问题以及具有复杂表面的叶片与空气之间的散热问题。这对具有复杂结构焊件的数值模拟有着重要的指导意义。     

无损测量水轮机转轮焊接残余应力

针对水轮机转轮叶片疲劳损伤问题,借助无损应力测试手段分析转轮焊后与热处理后的残余应力分布状态,评价应力测试效率与退火去应力效果。结果表明,热处理工艺可大幅削减与均化原始残余应力分布,抗疲劳性能提升显著。X射线测试技术对工件无损伤,操作简便,结果准确可靠,可大幅提高高质量大型转轮的制造效率。     

功果桥水轮机转轮叶片残余应力测试

在诸多导致混流式水轮机转轮产生裂纹的因素中,叶片焊接残余应力的影响不容忽视.文中主要介绍了功果桥水电站在加强转轮现场制造焊接过程质量控制的同时,对转轮现场焊缝进行了X射线残余应力测试,并对测试结果进行了分析,为科学评估转轮的制造工艺提供了依据.     

局部锤击法对水轮机转轮焊接残余应力场的影响

针对混流式水轮机转轮在服役过程中出现裂纹的情况,在利用数值模拟技术研究局部锤击法对转轮焊接残余应力的影响的基础上,对某水电站转轮的焊接残余应力进行了研究.结果表明,普通工艺下,转轮叶片出水边附近的焊接残余拉应力的最大值出现在焊缝的熔合线附近;局部锤击法可以起到降低锤击部位的焊接残余拉应力的作用.当锤击部位的温度接近或超过材料本身的塑性温度时,叶片危险区域焊接残余应力峰值的降低效果非常明显;当锤击温度比较低时,残余应力的效果不明显.     

Monel-400合金板焊后热处理有限元分析

基于ANSYS有限元分析软件和钨极氩孤焊接热源的特点,结合热弹塑性理论,建立了Monel-400合金板焊接有限元模型和高斯旋转体热源模型,并模拟计算Monel-400合金板焊接温度场及残余应力场.在此基础上,制定了焊后热处理方案,并对其进行了焊后热处理模拟计算,得到了焊后热处理后的残余应力场分布,对焊态下的残余应力场和热处理后的残余应力场进行了分析和讨论.模拟结果表明,残余应力场分布与实际焊接基本吻合;焊后热处理有限元分析可以很好的对退火过程进行模拟计算,且去应力效果显著,残余应力减小幅度最大为83％.     

局部加热冷却法对水轮机转轮焊接残余应力场的影响

针对焊缝成形的特点,提出了改善叶片焊接残余应力分布状态的局部加热冷却法,并利用数值模拟技术研究了局部加热冷却法对转轮残余应力场的影响,得到了叶片危险区域的残余应力在局部加热过程中的变化情况以及转轮局部加热的优化方案.结果表明,采用局部加热冷却的方法可以有效地减小叶片危险区域的残余拉应力峰值.残余应力的降低效果与加热时间、加热温度以及加热面积成正比,并且焊接残余应力随加热距离的增加呈先降低后增大的趋势.     

混流式转轮局部处理技术与局部压应力区的优化

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．在优化混流式转轮焊接工艺、实现转轮叶片出水边焊接接头熔合区附近易开裂区域压应力化的基础上,对局部加热及锤击处理对转轮易开裂区域的应力场分布的影响进行了数值模拟和真机试验测试分析．结果表明,采用局部加热和局部锤击的方法均可以对转轮易开裂区域的焊接残余应力场进行调控,优化转轮的局部压应力区,进一步提高转轮易开裂区域的残余压应力值,形成高压应力区,扩大压应力区范围,促进转轮易开裂区域压应力化的实现,有效的提高转轮的抗疲劳性能．     

混流式转轮焊接残余应力测试新装置与新方法

混流式转轮叶片出水边焊接接头区域存在的较高残余应力是导致转轮疲劳开裂的重要原因,混流式转轮焊后及热处理后的焊接残余应力测试已经成为转轮制造过程中的必要工艺,其测试精度及效率对转轮制造质量及效率有重要影响.根据转轮的结构特点研发了新型残余应力测试装置,并根据转轮疲劳开裂的特点确定了针对混流式转轮焊接残余应力测试的新方法,实际应用试验结果表明测试所得结果能够真实反映热处理前后转轮易开裂区域的残余应力分布情况.新型测试设备及方法完全适用于混流式转轮的残余应力测试,而且具有非常高的测试精度及效率.     

水轮机叶片焊缝及其热影响区裂纹分析

水轮机叶片上的焊缝及其热影响区常发现有穿透性的裂纹,微观分析结果表明焊缝中存在夹杂物在焊接残余应力、工作应力、机械震动应力和电化学腐蚀的共同作用下,造成水轮机叶片的焊缝及其热影响区形成穿透性的腐蚀疲劳裂纹。     

局部加热法影响转轮焊接残余应力的试验分析

针对焊缝成形的特点,提出了改善叶片焊接残余应力分布状态的局部加热法,并在利用平板试验得到局部加热合理位置的基础上,利用局部加热法对某水电站转轮的焊接残余应力场进行了调控.结果表明,对于500 mm×500 mm×16 mm的平板,局部加热法降低残余应力效果最好的位置是在距加热区域边缘约60 mm处;局部加热法可以使叶片的危险区域产生残余压应力;从降低叶片出水边附近焊接残余应力的效果来看,热处理后进行局部加热的效果要优于热处理前进行的局部加热.     

焊接数值模拟技术在电机制造应力控制上的应用

依托焊接数值模拟技术在转轮上的实际应用成果,对比分析了几种焊接残余应力控制手段在电机关键部件上的应用特点,探讨了数值模拟技术在电机关键部件焊接上的应用前景及意义。通过对比分析可知：焊后热处理消应力和振动时效消应力方法对焊接应力在一定程度上均能起到降低作用,但其效果均因条件限制而有一定的局限性。焊接数值模拟技术可以利用计算机及软件对应力场进行调控,具有高度的可重复性,缩短周期,降低成本,在焊接阶段将应力控制在低应力水平,该项技术在电机制造上将会有广阔的应用前景。     

发动机高压涡轮转子卡滞分析

发动机地面起动时高压涡轮转子卡滞,通过对该发动机卡滞物及正面环喷管断口的失效分析认为,卡滞原因是由于正面环喷管平面与正面环的球面组合时有不同程度的间隙,在间隙大的部位采用搭桥焊接,焊点细腰部位产生横向收缩裂纹,在校正喷管角度时应力过大,裂纹扩展直至断裂,在工作过程中当3个焊点全部断裂时,正面环喷管脱落并卡滞在高压涡轮工作叶片之间,导致转子卡滞。通过改进焊接工艺,取消校正工艺,加强焊后检查,能有效预防正面环喷管脱落而导致的高压转子卡滞故障。