莲花水电站压力钢管消应热处理及效果分析

莲花水电站压力钢管消应热处理及效果剖释

刘文忠欧阳明之刘永胜

关键词引水系统压力钢管残余应力消应热处理应力测试莲花水电站
摘要水电站引水压力钢管焊接后产生的残余应力，是惹起钢管脆性断裂的重要原因之一。目前，对于残余应力的消除处理，多种看法尚不统一，国内外所实施的标准也不相同；从国内已建成的水电站来看，对压力钢管进行消应处理并进行应力测试的例子很少，对消应后的效果说明亦缺乏资料。水电站。莲花水电站4号机组压力钢管消应热处理和应力测试的方法及其效果剖释，为该项目的设计提供了重要依据，看看无缝钢管价格。并对合理缩短工期、节约投资等方面起到了指导作用。

Stress-removal heat treatment of the penstock of Lianhua Hydropower St and its effectiveness analysis

Liu Wenzhong (Heilongjiang Provincial Hydropower Construction Management Bureau )
Ouyang Mingzhi (Project Supervision Division for Lianhua Hydropower St )
Liu Yongsheng (Northeast China Investig and Design Institute)

Key words：water diversion system, penstock, residual stress, stress-removal heat treatment, stress testing, Lianhua Hydropower St
Abstract：The residual stress in the penstock of hydropower st produced by the welding is one of important factors which cause the brittle fracture of penstock. At present, the removal of the residual stress has different methods and the standards carried out at home and abroad are likewise different. Viewed from the constructed hydro sts in China, few examples of stress-removal of penstock and then stress testing can wind up being gained. The method and effective analysis of stress-removal heat treatment and stress testing have provided the important basis for the project design and played a guide role in shortening the construction period and savi formatng the investment.

莲花水电站引水系统的4条引水压力钢管，水平布置于调压井下游小渐变段与蜗壳之间，每条钢管长140余米，钢管直径8.4 m，静水头为60 m。对引水压力钢管在制造及安装中的接缝处理目前普遍采用焊接方法，由于焊接过程中的不均匀热循环，对比一下16mn小口径无缝钢管。钢管规格304不锈钢焊管316不锈钢焊管。使得钢管材料纤维发生不均匀收缩，其结果是在压力钢管焊缝及热影响区上产生很大的焊接残余应力，而上述两区是整个焊接接头中最为虚弱的部位。在日后的钢管运行中，由于焊接残余应力与钢管工作应力及温度应力等叠加，使钢管材料在某些局部区域超越设计许用应力，甚至到达屈服极限δ_s 。以往的研究表明，局部保存较大的焊接残余应力是造成压力钢管脆性破坏的原因之一。根据原设计考虑，钢管规格。学会http://www.92gc.net/16Mngangguan/739.html。需对壁厚为30 mm和34 mm的两种规格压力钢管的安装焊缝进行消应处理；在施工中为探讨消应处理的必要性及范围，并考虑到热处理工期费用及与其他工程相互干扰等综合因素，首先对先期安装的30 mm、34 mm两种规格的钢管作了消应处理并进行了应力测试。
鉴于莲花水电站引水压力钢管直径较大，因工地条件所限无法进行整体消应处理，故采用了远红外履带式加热器对上述两种钢管的纵、环向焊缝进行了局部焊后消应处理。现将该消应热处理的工艺过程及应力测试方法等简介如下。

1热处理设备及工艺过程

热处理设备采用远红外加热垫(尺寸为1 000 mm×385 mm)，覆盖在焊缝及两侧，焊管销售。并在钢管焊缝两侧一定宽度的范围内敷设保护层(尺寸为1 500 mm×700 mm)，以进行保温。该热处理的工艺曲线如图1所示，莲花。热处理的工艺过程为：

图1热处理工艺曲线

(1) 升温段：看着分析。从室温至300℃温度区间，升温速度不限。
(2) 升温段：想知道16mn小口径无缝钢管。自300℃至600℃温度区间，学会莲花水电站压力钢管消应热处理及效果分析。升温速度V≤220×25／δ ℃/h，即V≤162 ℃／h，此时刻t≥300/162=1.85 h。考虑到局部单面加热应尽量减少加热面与背面间的温度梯度，实际控制温升时间t=2.5 h。
(3) 恒温段：恒温温度为600℃±25℃，恒温时间t≥2.5×34=85 min，使加热区域温差△T≤50℃，16mn厚壁无缝钢管。实际恒温时间为1.5 h。
(4) 降温段：自600℃至300℃温度区间，其冷却速度V≤275×25／δ ℃／h，即V≤202℃／h，实际取1.5 h。
(5) 自300℃至室温，降温速度不限，断电后自然冷却。
热处理前，16mn无缝钢管。先用9路XCT-101型热电偶均匀分布在热处理的焊缝上，在整个升温、恒温、降温过程中可自动测温；根据在WZK-300型温控柜上所设定的温度进行温度控制，http://www.92gc.net/16Mngangguan/673.html。并自动纪录整个过程的温度—时间函数曲线。

2应力测试

为了检查和评价消应热处理对压力钢管残余应力的影响，在上述钢管消应前后，诀别对焊缝及热影响区进行了应力测试与比较。
(1) 测试原理及方法。采用工艺上较为成熟的钻盲孔应力释放法。相比看热处理。其根本原理是在钢管残余应力场内钻1个一定深度和直径的小孔，孔内金属连同其中的残余应力一起被释放出来，孔周围应力失去平衡，应力便重新分布以到达新的平衡。在这一过程中孔的周围将产生一定量的应力变化，听听焊管销售。该应变的改变量称为释放应变，其数值与释放应力成比例。用电阻应变片测出这些释放应变，即可算出钻孔处原来的残余应力水平。
(2) 测试对象。本次测试诀别遴选了δ=30 mm和δ=34 mm两种规格的管段中的部分纵向焊缝和环向焊缝。
(3) 测点布置。沿焊缝长度方向布点，看着16mn厚壁无缝钢管。纵缝上测点间距为200 mm，16mn低合金无缝钢管。环缝上测点间距为300 mm。
(4) 贴片与测量设备。所用电阻应变片规格为1.5 mm×1.4 mm、R=120 Ω，诀别以0°、45°、90°间隔布置，横轴大旨距孔大旨L=2.5 mm；应变仪为YJ-22型静态应变仪。
(5) 测试内容。对于每个测点均可测出热处理前后不同工况时应力的5个测值，包括第1主应力、第2主应力、主方向角(与焊缝长度方向的夹角)以及平行于焊缝方向的正应力分量σ_z 和垂直于焊缝方向的正应力分量σ_y ，表1和表2诀别列出了30 mm和34 mm两种规格的被测钢管在消应热处理前后的纵、环缝上两个应力分量的变化。听听焊管销售。

表1δ=30 mm钢管消应热处理前后应力测试MPa

表2δ=34 mm钢管消应热处理前后应力测试MPa

(1) 两种规格材料卷制加工之前测得原始状态应力为50～80 MPa。
(2) 从表1和表2中可以看出，δ=30 mm的钢管(测试件为凑合节)及所有环向安装焊缝，消应之前应力数值较大，沿焊缝方向正应力σ_x 在260～330 MPa之间，有多个测点已超越GB 6654—84标准中δ=26 mm～36 mm范围σ_s =305 MPa的屈服强度，而且表现为拉应力；特别是σ_x 的平均值在290 MPa以上。
(3) 对于钢管制造焊缝，如δ=34 mm管段的纵缝消应前测得的应力水平为150～280 MPa之间，莲花水电站压力钢管消应热处理及效果分析。此种焊缝经远红外消应处理后效果不明显。
(4) 采用局部远红外消应热处理，可以使引水压力钢管安装焊缝残余应力σ_x 平均值减少27%～35%；σ_y 值热处理前后有增有减，但其应力数值都不大，或为压应力或为数值很小的拉应力。

4剖释与结论

一般引水压力钢管的工作应力是环向应力，即所测焊缝残余应力中环缝的σ_x 和纵缝的σ_y 。从两种规格钢管的测试结果来看，学习16mn合金钢管。事实上压力。环缝的σ_x 数值下降了27.5%～35%，纵缝的σ_y 均为压应力。测试结果说明，用远红外局部加热消应处理对下降环向残余应力是有一定效果的；同时也可以看出，经消应处理后焊缝上仍有187～197 MPa的平均残余应力，因此消应幅度是有限的。对于压力钢管的制造焊缝(测试的δ=34 mm管段的纵缝)固然该管段早已出厂并经过近1年的自然时效，但仍然保持平均σ_x =213 MPa的拉应力，这说明焊接残余应力将以较大数值、较长时间保存于钢管中。看看16mn钢管厂家。
从测试结果还可以看出，此种消应热处理对于经1年自然时效后钢管焊缝的残余应力根本上已不起作用。因此可以认为：远红外局部加热消应处理，对于时效期较短的安装焊缝消除残余应力有一定的作用，其削峰作用是明显的；特别对于安装工期很短、安装完毕马上投入运行的压力钢管更为重要。
根据上述剖释结果，16mn小口径无缝钢管。同时考虑到：莲花水电站压力钢管安装中的消应工作量大、耗费时间较长及与土建施工的相互干扰等综合因素，决定对后期施工的3条压力钢管作如下安排：提早安排压力钢管制造与施工以增加自然时效时间；仅对钢管安装焊接中的重要焊缝及应力纷乱的焊缝(如与蜗壳的连接缝，岔管相贯线焊缝，凑合节安装缝)进行消应热处理，使消应热处理量从2 045延长米下降至340延长米。从而减少了消应处理工作量近6倍。这为后续进行的施工项目工期创造了有利条件，并获得了较为显著的经济效益。你知道16mn合金钢管。

作者单位：刘文忠黑龙江省水电建设管理局，黑龙江牡丹江，
欧阳明之西北勘测设计研究院，西安，
刘永胜东北勘测设计研究院，长春，焊管销售。