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                    風電塔筒焊接應力消除方法

                    分類:消除殘余應力    關鍵詞:焊接應力消除

                    塔筒生產廠家承攬了一批3MW的風電塔架的制造任務,該塔筒為管塔式結構,分為四段塔身和一節基礎環。塔筒總高87.6m,要求對基礎環及塔筒上壁板厚度大于30mm的焊縫進行焊接應力消除,提高焊縫質量,減少延遲裂紋的存在風險。

                    基礎環及四節塔筒的幾何形狀和重量

                    基礎環直徑4.7m,高度2.69m,重量26t。

                    塔筒直徑4.7m,長度14.477m,重量86t,鋼板厚度在54-36mm之間。

                    塔筒直徑4.7m,長度19.96m,重量75t,鋼板厚度在36-26mm之間。

                    塔筒直徑4.7m,長度22.32m,重量62t,鋼板厚度在26-18mm之間。

                    塔筒直徑4.7/3.07m,長度30.42m,重量56t,鋼板厚度16、18mm。

                    以上數據可看出,基礎環和塔筒第一、二段需要消除應力,要整體熱處理生產廠家沒有這樣的熱處理爐,而且如此大直徑運輸條件也不允許在其他地方生產。根據具體情況,最后制定了在廠內采用振動時效配合時效沖擊的方式消除構件應力,并提高焊接接頭及結構疲勞強度的方案。

                    振動時效工藝實施

                    現場實施時,首先對工作整體進行振動時效,用彈性橡膠墊將工件與地面隔開,支撐要穩固。對于基礎環需三點支撐。將振動時效儀的激振器固定在構件上,將其與控制器連接,并使用傳感器收集數據。

                    對于振動時效,重要的幾個參數是:“支撐點、振型、激振點、拾振點、加速度、固有頻率、時間?!逼渲姓駝蛹铀俣?、共振頻率、共振時間是決定時效工藝效果的主要參數??筛鶕覙藴室幎?,采用參數曲線觀測法,間接評定振動時效工藝效果。

                    設備采用聚航科技生產的JH-600A液晶交流振動時效設備,采用高速變頻伺服電機,有殘余應力動態跟蹤功能,消除率高。結束后打印振動時效工藝曲線,根據GB/T25713-2010標準判斷振動時效效果達到要求。

                    超聲波去應力工藝實施

                    對焊縫進行超聲沖擊,以提高焊接接頭疲勞強度。在塔筒環縫、縱縫的焊接時采用的是埋弧自動焊,在填充金屬時接頭部位留有余高、凹坑及各種焊接缺陷,導致嚴重的應力集中,同時,還產生一定數值的焊接殘余拉應力。在焊趾部位距離表面0.5mm左右處一般存有熔渣等缺陷,該缺陷較尖銳,相當于疲勞裂紋提前萌生。焊接接頭在應力集中,焊趾熔渣缺陷及焊接殘余拉應力的聯合作用下,導致疲勞強度嚴重降低。

                    設備采用聚航科技產生的JH-Q50液晶超聲波焊接應力消除設備,主要由兩部分組成:控制器和沖擊槍。原理主要是通過超聲波控制器推動大功率超聲換能器產生超聲波,超聲波聚焦后推動沖擊頭以每秒約2-3萬次的頻率超音速沖擊金屬物體表面,金屬表面溫度極速升高又迅速冷卻,使金屬表層產生較大的有益的壓應力;由于超聲波的高能量沖擊波改變了原有的應力場,使作用區表層和內部的焊接應力得以消除,同時金屬表面組織發生變化,被沖擊部位得以強化。

                    殘余應力檢測

                    現場對塔筒構件在焊接結束、振動時效處理后、超聲沖擊處理后分別進行了殘余應力測試。根據前后三組數據分別對各點應變值和應力值進行對比,結果表明,各點數據均有大幅度降低,殘余應力三次測量值分別為146.13、65.32、16.06,應力降低達到89%,達到了預期效果。通過焊接應力消除及焊縫焊趾處微觀結構的改變,可判斷工件的疲勞強度也有一定提高。

                    總結

                    采用振動時效和超聲沖擊結合的方法對風力發電機組塔筒進行應力消除,不僅可以消除整個構件的應力,又能對焊縫處重點處理,消除焊接接頭處的微小裂紋,焊渣缺陷,調整了焊接殘余應力場,大幅度降低其焊接拉應力,大大提高構建的穩定性,進一步提高焊接接頭的疲勞強度和疲勞壽命。另外這種處理方式不受工件材質、形狀、結構、鋼板厚度、重量、場地限制,容易實施,而且環保、節能安全無污染,在風電塔筒制造行業值得推廣應用。


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