超低溫風力發(fā)電塔架焊接消應力技術研究與應用

康學軍

(甘肅中水電水工機械有限公司，甘肅臨夏州731600)

摘要:

        在風力發(fā)電塔架焊接過程中,塔架的焊接區(qū)域以遠高于周圍區(qū)域的速度被急劇加熱,并局部熔化。焊接區(qū)域因材料受熱而導致熱膨脹區(qū)受到周圍較冷區(qū)域的約束,并造成彈性熱應力,受熱區(qū)溫度升高后導致屈服極限下降。結果在焊接區(qū)域形成了塑性的熱壓縮,焊縫冷卻后,比焊接周圍區(qū)域相對縮短、變窄或減小。因此,這個區(qū)域就呈現(xiàn)了拉伸殘余應力,而焊縫周圍的區(qū)域則承受壓縮殘余應力。該文主要闡述了風力發(fā)電機塔架在制作焊接過程中利用振動時效+豪克能沖擊時效消除焊接應力的工藝方法。

關鍵詞: 塔架;振動時效;豪克能時效;焊接消應力

 

引言

        我國地域廣闊,豐富的風力資源具有良好的開發(fā)前景,發(fā)展?jié)摿薮蟆?jù)最新風能資源普查初步統(tǒng)計成果顯示,我國陸上距離地面10m高度風能資源總儲量約43.5 億kW，居世界第1位。其中,技術可開發(fā)量為2.5億kW,技術可開發(fā)面積約20萬km2。另外,海平面上 10m高度可開發(fā)和利用的風能儲量約為7.5億kW。風能資源富集區(qū)主要在西北、華北北部、東北及東南沿海地區(qū)，因此發(fā)展風電的潛力巨大。在未來，我國風能行業(yè)將會繼續(xù)保持高速發(fā)展，從2014年到2020年，預計我國每年平均裝機容量將在1800萬千瓦。因此,風能將會在我國能源領域占據(jù)越來越重要的位置,成為絕對不可或缺的主要電源。
 

1實驗方法
 

1.1實驗材料

風力發(fā)電機塔架是支撐風力發(fā)電機組、扇葉,承受風力載荷的主要設備結構件,風力發(fā)電場自然條件都比較惡劣,尤其在-40℃超低溫環(huán)境下工作。因此,在實際生產(chǎn)制造過程中,超低溫風電塔架通常要求采用材質(zhì)為Q345B的鋼板。
 

1.2實驗方法

方案1:風力發(fā)電塔架焊接完成后，采用振動時效檢測焊接應力對構件變形程度的影響。

方案2:風力發(fā)電塔架焊接完成后，采用豪克能沖擊時效檢測焊接應力對構件變形程度的影響。

方案3∶風力發(fā)電塔架焊接完成后,采用振動時效+豪克能沖擊時效檢測焊接應力對構件變形程度的影響。
 

1.3 實驗內(nèi)容

1.3.1 消除殘余應力方法分析

        在主機廠家的技術要求中,對于厚度大于30mm的鋼板,焊縫局部需進行焊后消應力處理。

        消除殘余應力的方法很多,如自然時效、熱時效、振動時效等"。振動時效又稱振動消除應力法,是將工件(包括鑄件、鍛件、焊接構件等)或焊件在固有頻率下進行數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘的振動處理,以振動的形式給工件或焊件施加附加應力,當附加應力與殘余應力疊加后,達到或超過材料的屈服極限時,工件將發(fā)生微觀或宏觀塑性變形,從而降低并均勻化工件內(nèi)的殘余應力,使尺寸精度獲得穩(wěn)定的一種方法。這種時效處理方法耗能極少,能源消耗僅為熱時效的3~5%,成本僅為熱時效的8~10%,然而應力消除率一般在30~50%,由于振動時效耗能少、時間短、效果顯著,因而近年來在國內(nèi)外都得到迅速發(fā)展和廣泛應用;豪克能沖擊時效是利用變幅桿高頻率振蕩使得沖擊頭以20kHZ以上的頻率撞擊焊縫及其熱影響區(qū)，高沖擊能量主要對工件表面產(chǎn)生二方面作用,其一,沖擊部位及其附近產(chǎn)生一定層深的微量塑性變形,以大幅降低焊接殘余應力;其二,沖擊部位表面溫度急劇上升和急劇冷卻,交變熱循環(huán)和交變外應力撞擊作用,使受沖擊部位外表塑性變形層的晶粒細化,從而調(diào)整焊接殘余應力2。

        綜上所述，將豪克能擊時效與振動時效兩者結合起來，這對焊接構件的抗疲勞性能和抗應力腐蝕性能也大有益處,對風電塔筒比較適合。
 

......
 

結論

1、從塔筒的曲線圖上時間振幅曲線可以得出結論，本次處理是有效果的。

2、從上表焊縫殘余應力測量結果可以看出,振動處理后構件殘余應力消除率達到了37.57%,達到標準要求，且應力均化程度較好。因此這次振動時效消除焊接殘余應力處理是合格的。對非常重要的部位，增加豪克能沖擊處理效果更佳,處理后殘余應力消除率為64.52%。

3、從塔筒的振動時效處理過程與效果來看:塔筒的振動時效處理效果不錯，達到了消除焊接殘余應力的目的;增加超聲沖擊處理效果更佳;振動時效和超聲沖擊處理技術在風電塔筒實際產(chǎn)品上的應用是完全可行的。