超低溫風力發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:
在風力發電塔架焊接過程中,塔架的焊接區域以遠高于周圍區域的速度被急劇加熱,并局部熔化。焊接區域因材料受熱而導致熱膨脹區受到周圍較冷區域的約束,并造成彈性熱應力,受熱區溫度升高后導致屈服極限下降。結果在焊接區域形成了塑性的熱壓縮,焊縫冷卻后,比焊接周圍區域相對縮短、變窄或減小。因此,這個區域就呈現了拉伸殘余應力,而焊縫周圍的區域則承受壓縮殘余應力。該文主要闡述了風力發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前景,發展潛力巨大。據最新風能資源普查初步統計成果顯示,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,技術可開發量為2.5億kW,技術可開發面積約20萬km2。另外,海平面上 10m高度可開發和利用的風能儲量約為7.5億kW。風能資源富集區主要在西北、華北北部、東北及東南沿海地區，因此發展風電的潛力巨大。在未來，我國風能行業將會繼續保持高速發展，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
風力發電機塔架是支撐風力發電機組、扇葉,承受風力載荷的主要設備結構件,風力發電場自然條件都比較惡劣,尤其在-40℃超低溫環境下工作。因此,在實際生產制造過程中,超低溫風電塔架通常要求采用材質為Q345B的鋼板。
1.2實驗方法
方案1:風力發電塔架焊接完成后，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分鐘至數十分鐘的振動處理,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,工件將發生微觀或宏觀塑性變形,從而降低并均勻化工件內的殘余應力,使尺寸精度獲得穩定的一種方法。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,因而近年來在國內外都得到迅速發展和廣泛應用;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，高沖擊能量主要對工件表面產生二方面作用,其一,沖擊部位及其附近產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品上的應用是完全可行的。
