转轮是水轮机的心脏部件,它的质量直接影响水轮机机组的效率和使用寿命。国内已建成的大型电站中,大直径转轮在投运后都不同程度地出现了裂纹,大大降低了电站的经济效益,引起各方面的高度重视。各国的水电设备制造公司均投入人力物力,研究叶片开裂问题,但均未能从根本上解决该问题,叶片开裂已成为水电站急需解决的关键技术难题之一。水轮机叶片开裂的原因是多方面的,实践表明:应力过高是导致转轮叶片开裂最为主要的原因。因此,改变叶片焊接残余应力的分布状态,降低叶片危险区域的焊接残余拉应力峰值,甚至将危险区域的拉应力转变为压应力,是解决转轮裂纹问题的有效途径之一。本文利用数值模拟手段对转轮的焊接工艺从分段焊和局部加热两个方面进行了优化,结果表明:采用普通工艺焊接时,叶片焊后残余拉应力出现在焊缝及其附近区域,并且在叶片出水边的熔合线附近(危险区域)出现了峰值;在采用优化的分段焊时,先焊两端后焊中间的方法可以降低叶片危险区域的焊接残余拉应力峰值,降低效果与叶片出水边焊段长度、焊缝各段的焊接方向有关;局部加热法降低转轮危险区域残余应力的效果主要与加热时间、加热温度以及加热面积成正比,与冷却面积成反比,并且危险区域的残余应力随加热区域的增大呈先降低后升高的趋势。在数值模拟的基础上,首先通过平板试验对优化的焊接工艺进行了验证与调整,平板试验表明:后焊的中间部分可以起到降低先焊两端的残余应力的效果,且在到后焊部分端部为50mm的范围内,降低效果最明显;局部加热法降低残余应力效果最好的位置是距加热区域边缘60mm的位置;采用分段焊和焊后局部加热法进行焊接残余应力场调控,温度控制合理,不会影响焊接接头的组织与性能。通过平板试验得到了分段焊与局部加热合理工艺参数,并在此基础上,对转轮的焊接残余应力场进行了调整与控制,使叶片出水边危险区域附近产生了较大的残余压应力,且转轮整体的残余应力水平低于转轮材料屈服极限的三分之一。