环芯法测残余应力在核电低压焊接结构转子上应用

核电低压焊接结构转子因其运行应力低，单个锻件尺寸小、易于制造等等优点，被多家汽轮机制造厂选用。根据行业标准要求，核电焊接低压转子大型lun盘锻件屈服强度要求不低于700MPa，而残余应力要求不超过40MPa，较行业标准提出了更高的要求。因此，获得符合标准要求的残余应力是lun盘锻件研制的难点之一。

目前，残余应力的测试方法有很多，行业内比较认可的有环芯法、盲孔法、切割法等机械方法。本文主要是采用环芯法对lun盘锻件进行残余应力测试。

环芯法测残余应力过程及步骤

测试件介绍

核电焊接低压转子lun盘的材料为25Cr2Ni2MoV，采用200CK双真空钢锭经五火锻造成型。粗加工尺寸为φ3100mm*1450mm，重量约86t。

对于残余应力不超过屈服强度下限8%的常规标准来说，调质回火以≤11℃/h的速度缓慢冷却，残余应力值一般均可达到规范要求的数值，且后续不需再进行去应力回火处理。但对于该lun盘，由于其对残余应力有较高要求，因此设计热处理工艺方案时，采取了较稳妥的方案，即进行两次回火，且第二次回火炉采用了分段限速冷却的方式，目的就是尽可能释放工件中的内应力，确保残余应力合格。

测试位置

lun盘锻件性能热处理后，待工件冷至室温后进行残余应力测试。在工件上选取3点，其中2点距端面约200mm，1点在中间位置，这3个位置同一圆周成120°作为环芯法的检测点，即F、G及H点；

测试过程

设备采用南京聚航科技有限公司的JHHX环芯法残余应力检测仪，由JHYC静态应变仪和JHHX开槽装置组成，全软件操作，自动实时计算残余应力，显示和保存应力应变数值，测量结果直观明了，准确度高。

测试前，应选好测试位置，并进行打磨清除表面氧化皮以及其他杂物。打磨位置尽可能平整光滑。固定好钻机三脚架后，划出应变片张贴位置，将测试部分用无水乙醇擦拭后，用JH-496胶水将应变片贴稳。将应变片导线连接到主机后，开始铣环槽。钻的过程尽可能缓慢，防止刀头发热。每铣0.5mm，待数据稳定后，记录。利用2mm和4mm深的应变数，根据公式计算出残余应力数据。应变值与槽的深度大体上呈线性关系，其余深度的数据供参考。

测试结果

lun盘的残余应力值在-6.6~-24.5MPa之间，均为压应力，jue对值不超过30MPa，符合采购技术规范要求。lun盘锻件残余应力值沿轴向方向呈现“中间高，两边低”的特点，即轴向中间位置G点的残余应力值较高，两个靠近端面位置F及H位置应力值较小。

结论

1. 大型lun盘锻件在性能热处理过程中，采用两次回火+分段限速冷却方式可使核电低压焊接转子用大型lun盘锻件获得较小的残余应力。

2. 以上实验证明，可采用环芯法检测大型lun盘锻件的残余应力，此方法能够真实反映锻件的残余应力水平。