汽輪機轉(zhuǎn)子焊接缺陷評定方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于汽輪機轉(zhuǎn)子焊接制造領(lǐng)域，公開了一種汽輪機轉(zhuǎn)子焊接缺陷評定方法，包括：第一步、對使用不同焊接工藝的不同批次的轉(zhuǎn)子均采用超聲加速疲勞試驗，分別得到不同批次轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中的最大缺陷尺寸作為初始缺陷尺寸；第二步、對每個批次的轉(zhuǎn)子分別在多個應(yīng)力比條件下測定疲勞門檻值并進行材料本征門檻值的估算；第三步、對每個批次的轉(zhuǎn)子，得到疲勞門檻值的計算公式；第四步、對于兩批次的焊接初始缺陷尺寸，擴展到一特定尺寸時，通過疲勞門檻值的比較確認焊接工藝的優(yōu)劣。本發(fā)明采用超高周疲勞試驗獲取焊接缺陷類型及分布信息，把缺陷當做裂紋處理，運用短裂紋閉合、疲勞門檻值同裂紋長度的關(guān)系，評定焊接缺陷，優(yōu)化焊接工藝。
【專利說明】汽輪機轉(zhuǎn)子焊接缺陷評定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽輪機轉(zhuǎn)子焊接制造領(lǐng)域，涉及一種基于超高周疲勞的汽輪機轉(zhuǎn)子焊接缺陷評定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汽輪機轉(zhuǎn)子的焊接制造能夠滿足機組容量大、緊湊型好、易于保證質(zhì)量等優(yōu)點，在火電和核電等領(lǐng)域得到廣泛運用。焊接轉(zhuǎn)子的制造過程復(fù)雜，對焊接工藝的可靠性及其選擇要求高。中國專利《單缸式汽輪機焊接轉(zhuǎn)子及其焊接方法》(申請?zhí)?201010585886.2)，給出了汽輪機的焊接方法，沒有涉及焊接工藝的評價問題。為考核焊接轉(zhuǎn)子的性能和可靠性，現(xiàn)有技術(shù)常通過模擬服役條件下強度試驗，以判斷能否滿足設(shè)計要求。而焊接質(zhì)量的監(jiān)控主要基于無損探傷，其缺陷檢出能力受到檢測水平和能力的限制，無損檢測方法在準確獲取焊接缺陷的尺 寸、位置等方面還存在一定難度。此外，檢出缺陷后的安全評價理論及壽命預(yù)測技術(shù)不完善，國內(nèi)現(xiàn)有標準GB/T19624-2004《在用含缺陷壓力容器安全評定》僅涉及塑形極限等靜態(tài)破壞模式，無法為評價焊接工藝的優(yōu)劣提供借鑒。汽輪機轉(zhuǎn)子焊接制造的工藝條件選擇缺乏成熟的技術(shù)支撐，有必要提出新的焊接缺陷評定方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種汽輪機轉(zhuǎn)子焊接缺陷評定方法，采用超高周疲勞試驗獲取焊接缺陷類型及分布信息，把缺陷當做裂紋處理，運用短裂紋閉合、疲勞門檻值同裂紋長度的關(guān)系，評定焊接缺陷，優(yōu)化焊接工藝。
[0004]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0005]一種汽輪機轉(zhuǎn)子焊接缺陷評定方法，其特征是，包括如下步驟:
[0006]第一步:對使用不同焊接工藝的不同批次的轉(zhuǎn)子均采用超聲加速疲勞試驗，分別得到不同批次轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中的最大缺陷尺寸作為初始缺陷尺寸；
[0007]第二步:對每個批次的轉(zhuǎn)子分別在多個應(yīng)力比條件下進行材料本征門檻值的估算，所述材料本征門檻值是指應(yīng)力比R逼近I時的門檻值，記為AKth，rff ；
[0008]第三步:對每個批次的轉(zhuǎn)子，根據(jù)McEvily模型，得到疲勞門檻值A(chǔ)Kth，shOTt的計算公式為:
[0009]AKths^ = AKthov + AKthefi = [I —.].從。評 + 從解
[0010]式中:
[0011]AKtl^pS裂紋閉合引起的門檻值分量；
[0012]AKop；max為裂紋張開應(yīng)力強度因子范圍的最大值，ΛΚ_Χ = (Kop)max-Kmin ；
[0013]Δ Kth； eff為材料本征門檻值；
[0014]y]cireci n為初始缺陷尺寸；
[0015]Kop為裂紋張開應(yīng)力強度因子，疲勞門檻值試驗中按GB/T6398《金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗方法》測定；
[0016](Ktjp)max為最大裂紋張開應(yīng)力強度因子，它是對應(yīng)于某一 R，靠近疲勞門檻值時的裂紋張開力；
[0017]Kmin為最小應(yīng)力強度因子；
[0018]k為反映裂紋閉合增加速率的材料常數(shù)；
[0019]第四步:對于兩批次的焊接初始缺陷尺寸，擴展到一特定
尺寸時，若(AKth，shOTt)2 > (ΛKth,-J1，表明第二種缺陷相對安全，其焊接工藝較
好；反之，若(AKth，shOTt)2 < (AKtl^shtjrt)1,表明第一種焊接工藝較好。
[0020]進一步，所述第一步中，超聲加速疲勞試驗的頻率為20kHz。
[0021]進一步，所述第二步中，進行材料本征門檻值的估算時，測量至少三個應(yīng)力比條件下的疲勞門檻值。
[0022]進一步，所述第四步中，所述k值為0.03至0.04μ πm-1。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
[0024]基于超高周疲勞實驗結(jié)果和理論模型，提供一套焊接缺陷的尺寸分布快速測定和缺陷長大過程阻力的計算方法，以焊接缺陷的疲勞門檻值作為評價焊接質(zhì)量的標準。該方法能獲得不同批次焊接材料中，各種不同缺陷的尺寸分布，通過快速估算缺陷演化阻力，評價缺陷的安全性，指導(dǎo)焊接工藝的選擇。該方法避免了根據(jù)焊接缺陷尺寸簡單估計工藝優(yōu)劣的經(jīng)驗性，為優(yōu)化焊接工藝提供了科學(xué)基礎(chǔ)。方法思路清晰，綜合試驗和理論模型，計算簡單快捷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]附圖1為焊接轉(zhuǎn)子焊接后的示意圖；
[0026]附圖2為超聲疲勞試樣外形結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]附圖3為疲勞門檻值隨焊接缺陷尺寸變化的示意圖。
[0028]附圖4為汽輪機轉(zhuǎn)子焊接缺陷安全評定與工藝優(yōu)化方法流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明汽輪機轉(zhuǎn)子焊接缺陷評定方法的【具體實施方式】作詳細說明。
[0030]參見附圖1，兩個汽輪機轉(zhuǎn)子件I通過焊接連接在一起，其焊接質(zhì)量取決于焊接工藝，相同焊接工藝的同一批次焊件的質(zhì)量相對比較接近。
[0031]參見附圖4，下面以一個實施例對汽輪機轉(zhuǎn)子焊接缺陷的優(yōu)化過程進行評定。
[0032]以某種核電低壓焊接轉(zhuǎn)子為例，其轉(zhuǎn)子材料為25Cr2Ni2MoV鋼，屈服強度σ α2為700MPa，抗拉強度σ b為750MPa，彈性模量E為200GPa。其焊接缺陷評定方法具體步驟如下。
[0033]第一步:對使用不同焊接工藝的不同批次的轉(zhuǎn)子均采用超聲加速疲勞試驗，分別得到不同批次轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中的最大缺陷尺寸作為初始缺陷尺寸。[0034]這里以兩種工藝焊接的兩批次的轉(zhuǎn)子，以計算應(yīng)力比R=0.1時的疲勞性能參數(shù)為例進行說明，通過超聲疲勞試驗，獲取焊接缺陷尺寸。選取兩種焊接轉(zhuǎn)子材料，根據(jù)附圖2所示制取疲勞試樣，開展應(yīng)力比R為-1下的超聲疲勞試驗，頻率為20kHz。觀察疲勞斷口形貌，測量焊接缺陷尺寸。最終確定焊接缺陷主要為夾雜物，其最大缺陷尺寸分別為100 μ m和 200 μ m。
[0035]第二步:對每個批次的轉(zhuǎn)子分別在多個應(yīng)力比條件下開展疲勞門檻值測試，并進行材料本征門檻值的估算，所述材料本征門檻值是指應(yīng)力比R逼近I時的門檻值，記為
A Kth, eff。
[0036]根據(jù)GB/T6398《金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗方法》，測量至少三個應(yīng)力比下的疲勞門檻值，測量R分別為0.1、0.5和0.7下的疲勞門檻值，估算得到兩種工藝方法下的本征門檻值A(chǔ)Kth，eff分別為1.3和0.8MPa.m1/2。
[0037]第三步:對每個批次的轉(zhuǎn)子，根據(jù)McEvily模型，得到疲勞門檻值A(chǔ)Kth，shOTt的計算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種汽輪機轉(zhuǎn)子焊接缺陷評定方法，其特征在于:包括如下步驟: 第一步:對使用不同焊接工藝的不同批次的轉(zhuǎn)子均采用超聲加速疲勞試驗，分別得到不同批次轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中的最大缺陷尺寸作為初始缺陷尺寸； 第二步:對每個批次的轉(zhuǎn)子分別在多個應(yīng)力比條件下進行材料本征門檻值的估算，所述材料本征門檻值是指應(yīng)力比R逼近I時的門檻值，記為AKth，rff ； 第三步:對每個批次的轉(zhuǎn)子，根據(jù)McEvily模型,得到疲勞門濫值ΔKth，sh()rt的計算公式為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機轉(zhuǎn)子焊接缺陷評定方法，其特征在于:所述第一步中，超聲加速疲勞試驗的頻率為20kHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機轉(zhuǎn)子焊接缺陷評定方法，其特征在于:所述第二步中，進行材料本征門檻值的估算時，測量至少三個應(yīng)力比條件下的疲勞門檻值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的汽輪機轉(zhuǎn)子焊接缺陷評定方法，其特征在于:所述第四步中，所述k值為0.03至0.04μ π1。
【文檔編號】G01N29/44GK103954688SQ201410160433
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】朱明亮, 軒福貞, 劉霞, 梅林波 申請人:華東理工大學(xué), 上海電氣電站設(shè)備有限公司