超低溫風(fēng)力發(fā)電塔架焊接消應力技術(shù)研究與應用
康學(xué)軍
(甘肅中水電水工機械有限公司,甘肅臨夏州731600)
摘要:
在風(fēng)力發(fā)電塔架焊接過(guò)程中,塔架的焊接區域以遠高于周?chē)鷧^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?chē)^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?chē)鷧^域相對縮短、變窄或減小。因此,這個(gè)區域就呈現了拉伸殘余應力,而焊縫周?chē)膮^域則承受壓縮殘余應力。該文主要闡述了風(fēng)力發(fā)電機塔架在制作焊接過(guò)程中利用振動(dòng)時(shí)效+豪克能沖擊時(shí)效消除焊接應力的工藝方法。
關(guān)鍵詞: 塔架;振動(dòng)時(shí)效;豪克能時(shí)效;焊接消應力
引言
我國地域廣闊,豐富的風(fēng)力資源具有良好的開(kāi)發(fā)前景,發(fā)展潛力巨大。據最新風(fēng)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(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(kāi)發(fā)量為2.5億kW,技術(shù)可開(kāi)發(fā)面積約20萬(wàn)km2。另外,海平面上 10m高度可開(kāi)發(fā)和利用的風(fēng)能儲量約為7.5億kW。風(fēng)能資源富集區主要在西北、華北北部、東北及東南沿海地區,因此發(fā)展風(fēng)電的潛力巨大。在未來(lái),我國風(fēng)能行業(yè)將會(huì )繼續保持高速發(fā)展,從2014年到2020年,預計我國每年平均裝機容量將在1800萬(wàn)千瓦。因此,風(fēng)能將會(huì )在我國能源領(lǐng)域占據越來(lái)越重要的位置,成為絕對不可或缺的主要電源。
1實(shí)驗方法
1.1實(shí)驗材料
風(fēng)力發(fā)電機塔架是支撐風(fēng)力發(fā)電機組、扇葉,承受風(fēng)力載荷的主要設備結構件,風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)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(shí)際生產(chǎn)制造過(guò)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(shí)驗方法
方案3∶風(fēng)力發(fā)電塔架焊接完成后,采用振動(dòng)時(shí)效+豪克能沖擊時(shí)效檢測焊接應力對構件變形程度的影響。
1.3 實(shí)驗內容
1.3.1 消除殘余應力方法分析
在主機廠(chǎng)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)行焊后消應力處理。
消除殘余應力的方法很多,如自然時(shí)效、熱時(shí)效、振動(dòng)時(shí)效等"。振動(dòng)時(shí)效又稱(chēng)振動(dòng)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(jìn)行數分鐘至數十分鐘的振動(dòng)處理,以振動(dòng)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(guò)材料的屈服極限時(shí),工件將發(fā)生微觀(guān)或宏觀(guān)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(shí)效處理方法耗能極少,能源消耗僅為熱時(shí)效的3~5%,成本僅為熱時(shí)效的8~10%,然而應力消除率一般在30~50%,由于振動(dòng)時(shí)效耗能少、時(shí)間短、效果顯著(zhù),因而近年來(lái)在國內外都得到迅速發(fā)展和廣泛應用;豪克能沖擊時(shí)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(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,從而調整焊接殘余應力2。
綜上所述,將豪克能擊時(shí)效與振動(dòng)時(shí)效兩者結合起來(lái),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(fēng)電塔筒比較適合。
......
結論
1、從塔筒的曲線(xiàn)圖上時(shí)間振幅曲線(xiàn)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(dòng)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(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)效處理過(guò)程與效果來(lái)看:塔筒的振動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)效和超聲沖擊處理技術(shù)在風(fēng)電塔筒實(shí)際產(chǎn)品上的應用是完全可行的。
