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風電塔筒焊接應力消除方法

來源: 南京聚航科技有限公司    2022年11月22日 13:24  

塔筒生產(chǎn)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(jié)構(gòu),分為四段塔身和一節(jié)基礎(chǔ)環(huán)。塔筒總高87.6m,要求對基礎(chǔ)環(huán)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(zhì)量,減少延遲裂紋的存在風險。

基礎(chǔ)環(huán)及四節(jié)塔筒的幾何形狀和重量

基礎(chǔ)環(huán)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(shù)據(jù)可看出,基礎(chǔ)環(huán)和塔筒*一、二段需要消除應力,要整體熱處理生產(chǎn)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(chǎn)。根據(jù)具體情況,最后制定了在廠內(nèi)采用振動時效配合時效沖擊的方式消除構(gòu)件應力,并提高焊接接頭及結(jié)構(gòu)疲勞強度的方案。

振動時效工藝實施

現(xiàn)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(wěn)固。對于基礎(chǔ)環(huán)需三點支撐。將振動時效儀的激振器固定在構(gòu)件上,將其與控制器連接,并使用傳感器收集數(shù)據(jù)。

對于振動時效,最重要的幾個參數(shù)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(shù)??筛鶕?jù)國家標準規(guī)定,采用參數(shù)曲線觀測法,間接評定振動時效工藝效果。

設(shè)備采用聚航科技生產(chǎn)的JH-600A液晶交流振動時效設(shè)備,采用高速變頻伺服電機,有殘余應力動態(tài)跟蹤功能,消除率高。結(jié)束后打印振動時效工藝曲線,根據(jù)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(huán)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(chǎn)生一定數(shù)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(lián)合作用下,導致疲勞強度嚴重降低。

設(shè)備采用聚航科技產(chǎn)生的JH-Q50液晶超聲波焊接應力消除設(shè)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*聲換能器產(chǎn)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(chǎn)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(qū)表層和內(nèi)部的焊接應力得以消除,同時金屬表面組織發(fā)生變化,被沖擊部位得以強化。

殘余應力檢測

現(xiàn)場對塔筒構(gòu)件在焊接結(jié)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(jù)前后三組數(shù)據(jù)分別對各點應變值和應力值進行對比,結(jié)果表明,各點數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)的改變,可判斷工件的疲勞強度也有一定提高。

總結(jié)

采用振動時效和超聲沖擊結(jié)合的方法對風力發(fā)電機組塔筒進行應力消除,不僅可以消除整個構(gòu)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(diào)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(gòu)建的穩(wěn)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(zhì)、形狀、結(jié)構(gòu)、鋼板厚度、重量、場地限制,容易實施,而且環(huán)保、節(jié)能安全無污染,在風電塔筒制造行業(yè)值得推廣應用。

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