兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵設(shè)備，其重量達(dá)幾十噸，安裝在80m以上高的鐵塔上，要連續(xù)運(yùn)行20年以上，對(duì)其技術(shù)和質(zhì)量要求非?？量獭：缚p殘余應(yīng)力會(huì)嚴(yán)重影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的使用壽命和安全性，因此需要引起重視。
本文以兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架為研究對(duì)象，采用盲孔法對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架退火前后焊接區(qū)進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，從而了解轉(zhuǎn)子支架焊接區(qū)退火前后殘余應(yīng)力的分布及變化規(guī)律，并驗(yàn)證熱處理工藝效果。
測(cè)試工況的確定
試驗(yàn)試件是一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架，分別對(duì)轉(zhuǎn)子支架的磁軛縱焊縫、盤(pán)拼接焊縫和盤(pán)與磁軛的外環(huán)焊縫三處位置進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力測(cè)試。以同一轉(zhuǎn)子支架熱處理退火前、后的殘余應(yīng)力前后的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
測(cè)試儀器和測(cè)點(diǎn)布置方案
試驗(yàn)儀器和設(shè)備
儀器采用南京聚航科技生產(chǎn)有限公司的JHMK多點(diǎn)殘余應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組成。儀器精度高。測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。
轉(zhuǎn)子支架的測(cè)點(diǎn)布置方案
把轉(zhuǎn)子支架縱焊縫均勻分成三段，根據(jù)磁記錄儀在三段待測(cè)區(qū)所記錄的應(yīng)力分布曲線，分別在焊縫和溶合區(qū)上選取各段中最大的峰值點(diǎn)作為待測(cè)點(diǎn)；在轉(zhuǎn)子支架盤(pán)面上的兩道拼接焊縫上，分別在焊縫和溶合區(qū)上選取一個(gè)最大的峰值點(diǎn)作為待測(cè)點(diǎn)；在轉(zhuǎn)子支架的盤(pán)與磁軛外環(huán)焊縫上同樣將焊縫分成等長(zhǎng)的三段，選取三段中在焊縫和溶合區(qū)上最大的峰值點(diǎn)作為待測(cè)點(diǎn)。單次的所有測(cè)試點(diǎn)數(shù)為13個(gè)。
對(duì)上述所選的測(cè)試點(diǎn)分別進(jìn)行貼片、打孔。打孔位置為應(yīng)變片中心點(diǎn)，孔徑為1.5mm，孔深為2mm。采用靜態(tài)應(yīng)變儀記錄打孔后所釋放的應(yīng)變值，并對(duì)后期的數(shù)據(jù)修正處理，計(jì)算出該點(diǎn)的殘余應(yīng)力值。
測(cè)量結(jié)果
轉(zhuǎn)子支架縱焊縫退火前、后最大應(yīng)力值及應(yīng)力消除率列于表1；盤(pán)拼接焊縫退火前、后最大應(yīng)力值及應(yīng)力消除率列于表2；盤(pán)與磁軛的外環(huán)焊縫退火前、后最大應(yīng)力值及應(yīng)力消除率列于表3；轉(zhuǎn)子支架退火前、退火后殘余應(yīng)力值見(jiàn)圖1。
表1 轉(zhuǎn)子支架縱焊縫退火前、后最大應(yīng)力值及應(yīng)力消除率
序號(hào) | 1-1 | 1-2 | 2-1 | 2-2 | 3-1 | 3-2 |
退火前最大應(yīng)力 | 454.0 | 319.3 | 477.0 | 562.2 | 151.9 | 338.5 |
退火后最大應(yīng)力 | 79.5 | 109.4 | 98.7 | 80.6 | -0.8 | 134.5 |
應(yīng)力消除率 | 82.5 | 65.7 | 79.3 | 85.7 | 拉應(yīng)力轉(zhuǎn)成壓應(yīng)力 | 60.3 |
表2 盤(pán)拼接焊縫退火前、后最大應(yīng)力值及應(yīng)力消除率
序號(hào) | 4-1 | 4-2 | 5-1 | 5-2 |
退火前最大應(yīng)力 | -360.5 | -225.7 | 227.0 | 276.0 |
退火后最大應(yīng)力 | 99.9 | 196.1 | 321.7 | 169.5 |
應(yīng)力消除率 | 壓應(yīng)力轉(zhuǎn)成拉應(yīng)力 | 壓應(yīng)力轉(zhuǎn)成拉應(yīng)力 | -41.7 | 38.6 |
表3盤(pán)與磁軛的外環(huán)焊縫退火前、后最大應(yīng)力值及應(yīng)力消除率
序號(hào) | 6-1 | 6-2 | 6-3 |
退火前最大應(yīng)力 | 370.1 | 589.6 | 803.8 |
退火后最大應(yīng)力 | 282.5 | 374.2 | 314.73 |
應(yīng)力消除率 | 23.7 | 36.5 | 60.8 |
圖1 轉(zhuǎn)子支架退火前、退火后殘余應(yīng)力值
數(shù)據(jù)分析討論
從表1、2、3可以看出，退火后，各測(cè)量區(qū)的最大主應(yīng)力的平均值都有所下降。從表1可以看出，轉(zhuǎn)子支架縱焊縫最大主應(yīng)力平均下降74.7%左右；從表3可看出，盤(pán)與磁軛的外環(huán)焊縫最大主應(yīng)力平均下降40.33%左右。轉(zhuǎn)子支架縱焊縫2-2點(diǎn)的最大應(yīng)力值由562.2MPa降為80.6MPa；盤(pán)與磁軛的外環(huán)焊縫6-3點(diǎn)的最大應(yīng)力值由803.8MPa降為314.7MPa。由此可見(jiàn)，退火消除殘余應(yīng)力的效果非常顯著。
由圖1還可以看出，退火后與退火前相比，退火后應(yīng)力均化效果明顯，這就保證了轉(zhuǎn)子支架使用過(guò)程中的穩(wěn)定性。
總結(jié)
1. 通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架焊縫退火前后殘余應(yīng)力對(duì)比，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子支架焊縫熱處理前后應(yīng)力變化明顯，熱處理消除應(yīng)力效果較好。
2. 按照機(jī)械行業(yè)焊接構(gòu)件的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，焊縫區(qū)的峰值應(yīng)力下降率超過(guò)20%，則此工藝即為有效，由此表明該退火工藝滿足工程需求；
3. 在退火處理后的應(yīng)力均化效果與熱處理前相比，發(fā)生了明顯的變化。退火處理后，保證了風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架使用過(guò)程中的穩(wěn)定性。
