汽轮机焊接转子接头低周疲劳过程损伤变量的复合分析法

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清华大学辅仁网/2017-07-07

蔡志鹏¹(

),吴健栋¹,汤之南¹,张伯奇¹,潘际銮¹,刘霞^1,²

2. 上海汽轮机厂技术发展处, 上海 200240

Combined analysis method for low-cycle fatigue damage variables in the welded joint of steam turbine rotors

Zhipeng CAI¹(

),Jiandong WU¹,Zhinan TANG¹,Boqi ZHANG¹,Jiluan PAN¹,Xia LIU^1,²

1. Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2. Process Department of Turbine Works, Shanghai Electric Power Generation Equipment Co., Std, Shanghai 200240, China

摘要:

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文章导读

摘要分析焊接转子接头的低周疲劳损伤过程对转子的安全性评估具有重要的指导意义。该文采用疲劳损伤力学的方法分析NiCrMoV钢汽轮机低压焊接转子1∶1模拟件接头低周疲劳过程。针对损伤变量表征方法中的弹性模量法和应力幅值法应用的局限性,并考虑循环前期循环软化(硬化)造成的材料损伤,提出了适用于循环软化材料或者循环前期出现短暂循环硬化、随后循环软化的材料的低周疲劳全过程损伤变量的分析方法——复合分析法。试验结果表明: 在NiCrMoV钢汽轮机低压焊接转子接头的低周疲劳损伤过程分析中,采用复合分析法较弹性模量法和应力幅值法更为合理。

关键词 ：NiCrMoV钢,焊接转子,低周疲劳,损伤变量

Abstract：Analyses of low-cycle fatigue damage to welded joints in turbine rotors are significant to safety assessments. In this paper, fatigue damage mechanics are used to analyze low-cycle fatigue in a 1:1 simulated sample of a NiCrMoV steel low-pressure (LP) steam turbine welded rotor. The elastic modulus method and the stress amplitude method both cannot accurately represent the fatigue damage variable, so this paper presents a combined analysis method, which considers the material damage during cyclic softening (or hardening) in cyclic softening materials or materials with cyclic hardening followed by softening. The results are better than with previous methods for low-cycle fatigue analyses of NiCrMoV steel LP steam turbine welded rotors.

Key words：NiCrMoV steel welded rotor low-cycle fatigue damage variable

收稿日期: 2013-10-09 出版日期: 2015-04-16

ZTFLH:

基金资助:甘肃省有色金属新材料重点实验室开放基金项目 (SKL12001)

引用本文:

蔡志鹏, 吴健栋, 汤之南, 张伯奇, 潘际銮, 刘霞. 汽轮机焊接转子接头低周疲劳过程损伤变量的复合分析法[J]. 清华大学学报（自然科学版）, 2014, 54(2): 178-184.
Zhipeng CAI, Jiandong WU, Zhinan TANG, Boqi ZHANG, Jiluan PAN, Xia LIU. Combined analysis method for low-cycle fatigue damage variables in the welded joint of steam turbine rotors. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2014, 54(2): 178-184.

链接本文:

http://jst.tsinghuajournals.com/CN/或 http://jst.tsinghuajournals.com/CN/Y2014/V54/I2/178

图表:

P	C	Si	Mn	Mo	Cr	Ni	V
0.22~0.28	0.15~0.35	0.70~0.90	0.75~0.95	1.70~2.00	1.00~2.00	0.07~0.09	≤0.015
S	Al	Cu	Sb	Sn	As	Fe
≤0.015	≤0.010	≤0.20	≤0.001 7	≤0.017	≤0.025	余量

25Cr2Ni2MoV转子钢各化学成分的质量分数%

焊接电流I/A	焊接电压U/V	焊接速度v/(mm·s^-1)	预热温度T/℃	层间温度T/℃	焊丝直径D/mm
450~550	28~32	6~8	200	200~350	3.2

焊接工艺参数

疲劳过程循环应变加载曲线示意图

焊接转子环形模拟件及低周疲劳取样示意图(单位: mm)

疲劳循环过程材料弹性模量的变化

弹性模量法表征的疲劳损伤演化过程

应力幅值法的两种损伤零点标定方法示意

循环软化材料循环稳定示意图

疲劳循环过程应力幅值的变化

以第一个循环为损伤零点的疲劳损伤过程

损伤零点为循环稳定后最大应力幅值的疲劳损伤过程

损伤零点为第一次循环初始循环阶段损伤的比较

循环后期拉伸和压缩过程的不对称性

有效承载面积

复合分析法表征的疲劳损伤演化过程

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