超低溫風(fēng)力發(fā)電塔架焊接消應(yīng)力技術(shù)研究與應(yīng)用
康學(xué)軍
(甘肅中水電水工機(jī)械有限公司，甘肅臨夏州731600)
摘要:
在風(fēng)力發(fā)電塔架焊接過程中,塔架的焊接區(qū)域以遠(yuǎn)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(dǎo)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(yīng)力,受熱區(qū)溫度升高后導(dǎo)致屈服極限下降。結(jié)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(yīng)力,而焊縫周圍的區(qū)域則承受壓縮殘余應(yīng)力。該文主要闡述了風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(yīng)力的工藝方法。
關(guān)鍵詞: 塔架;振動時效;豪克能時效;焊接消應(yīng)力
引言
我國地域廣闊,豐富的風(fēng)力資源具有良好的開發(fā)前景,發(fā)展?jié)摿薮?。?jù)最新風(fēng)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(fēng)能資源總儲量約43.5 億kW，居世界第1位。其中,技術(shù)可開發(fā)量為2.5億kW,技術(shù)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(fēng)能儲量約為7.5億kW。風(fēng)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(fēng)電的潛力巨大。在未來，我國風(fēng)能行業(yè)將會繼續(xù)保持高速發(fā)展，從2014年到2020年，預(yù)計我國每年平均裝機(jī)容量將在1800萬千瓦。因此,風(fēng)能將會在我國能源領(lǐng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架是支撐風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、扇葉,承受風(fēng)力載荷的主要設(shè)備結(jié)構(gòu)件,風(fēng)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(fēng)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(fēng)力發(fā)電塔架焊接完成后，采用
振動時效檢測焊接應(yīng)力對構(gòu)件變形程度的影響。
方案2:風(fēng)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(yīng)力對構(gòu)件變形程度的影響。
方案3∶風(fēng)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(yīng)力對構(gòu)件變形程度的影響。
1.3 實驗內(nèi)容
1.3.1 消除殘余應(yīng)力方法分析
在主機(jī)廠家的技術(shù)要求中,對于厚度大于30mm的鋼板,焊縫局部需進(jìn)行焊后消應(yīng)力處理。
消除殘余應(yīng)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(yīng)力法,是將工件(包括鑄件、鍛件、焊接構(gòu)件等)或焊件在固有頻率下進(jìn)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(yīng)力,當(dāng)附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加后,達(dá)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力撞擊作用,使受沖擊部位外表塑性變形層的晶粒細(xì)化,從而調(diào)整焊接殘余應(yīng)力2。
綜上所述，將豪克能擊時效與振動時效兩者結(jié)合起來，這對焊接構(gòu)件的抗疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕性能也大有益處,對風(fēng)電塔筒比較適合。
......
結(jié)論
1、從塔筒的曲線圖上時間振幅曲線可以得出結(jié)論，本次處理是有效果的。
2、從上表焊縫殘余應(yīng)力測量結(jié)果可以看出,振動處理后構(gòu)件殘余應(yīng)力消除率達(dá)到了37.57%,達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，且應(yīng)力均化程度較好。因此這次振動時效消除焊接殘余應(yīng)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(yīng)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(dá)到了消除焊接殘余應(yīng)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(shù)在風(fēng)電塔筒實際產(chǎn)品上的應(yīng)用是完全可行的。
