叶轮热处理后焊接裂纹的分析与处理.PDF

工艺制沟 杭妞科技 叶轮热处理后焊接裂纹的分析与处理 杭州杭氧透平机械有限公司 詹平海 摘要 介绍了热处理应力形成的原因, 通过对叶轮热处理后的裂纹取样分析 , 得 出热处理裂 纹产生的原 因 , 并提 出了叶轮热处理工艺的改进方法 。 关键 词 叶轮 热处理 应力 裂纹 叶轮是透平压缩机 中的关键零件之一 , 影响着整 台机器的性能 。叶轮一般 由轮盘 、轮盖和叶片三 大件组成 , 按照轮盘与轮盖 的连接方式 , 叶轮又可分为焊接式 、钎接式和铆接式 , 其 中以焊接式叶轮 应用最为广泛 , 其操作虽然方便 , 但是在后续 的热处理工艺过程 中 , 焊缝容易出现拉裂状况 , 而这种 缺陷通常无法补救 , 零件只能报废 , 给生产造成很大困难 , 严重影响企业的生产加工周期 。 热处理应 力 的形成 工件在加热和冷却过程 中 , 由于表层和 内层冷却的速度和时间不一致 , 形成温差 , 就会 因体积 膨胀和收缩不均而产生应力 , 即热应力 。 在热应力的作用下 , 由于工件表层温度刚开始时低于 内层 , 其收缩幅度也大于 内层而使 内层受 拉 当冷却结束时 , 由于工件 内层最后冷却致使体积收缩不能 自由进行 , 而使表层受压 、内层受 拉 。即在热应力 的作用下最终使工件表层受压而 内层受拉 。 这种现象受到冷却速度 、材料成分和热处理工艺等 因素 的影响 。当冷却速度愈快 , 材料碳含量 和合金成分愈高 , 冷却过程 中在热应力作用下产生 的不均匀塑性变形愈大 , 最后形成 的残余应力就 愈大 。 另一方面 , 在热处理过程 中由于组织 的变化 , 即奥 氏体 向马 氏体转变时 , 因比容 的增大会伴随 工件体积 的膨胀 , 工件各部位先后相变 , 造成体积膨胀量不一致而产生组织应力 。组织应力变化 的 最终结果是表层受拉应力和 内层受压应力 , 恰好与热应力相反 。组织应力 的大小与工件在马 氏体相 变 区的冷却速度 、形状 以及材料 的化学成分等 因素有关 。 这两种应力综合作用的结果十分复杂 , 作用方 向相反时二者相互抵消 , 作用方 向相 同时二者相互 迭加 。不管是相互抵消还是相互迭加 , 两个应力应有一个 占主导 因素 , 热应力 占主导地位时的作用 结果是工件表面受压 、内层受拉 组织应力 占主导地位时的作用结果是工件表面受拉 、内层受压 。 工艺制 工件在热处理过程 中会产生很大 的内应力 组织应力和热应力 , 当这些应力超过材料 的屈服强度 时 , 会 引起工件变形 当应力更大 , 超过材料 的抗拉强度时 , 则会造成工件开裂 。 作用在工件上的应力有压应力和拉应力 。淬火时形成 的拉应力是引起工件淬火裂纹的主要原因 。 叶轮热处理后裂纹分析 叶轮裂纹现象 裂纹从 叶片与轮盖 的融合线处开始 , 向叶片母材延伸 , 裂纹贯穿整个 叶片的厚度 , 裂纹 的宽度 为 一 , 长度大约为 一 , 而且几乎每个 叶片上都有裂纹 , 同时把轮盖也拉开 了一个 的裂 口, 最终导致叶轮报废 。 叶轮取样分析 为 了彻底查 明叶轮裂纹产生 的原 因 , 对 叶轮进行取样分析 。取样沿开裂 叶轮 的裂纹方 向 , 在轮 盖裂纹两端及裂纹穿透 叶片处 , 共钻取样 品 件 。 低倍分析 低倍分析发现样 品断 口呈灰黑色 , 是淬火油污染裂纹表面所致 焊缝 中心有 的夹渣 , 焊缝外表面形态 良好 , 有塑变唇存在 轮盖断 口表面呈放射状纤维外观 , 放射 原点为焊缝 的夹渣部位 叶片断 口表面呈