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兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機是風(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)運行20年以上，對其技術(shù)和質(zhì)量要求非?？量?。焊縫殘余應(yīng)力會嚴(yán)重影響風(fēng)力發(fā)電機的使用壽命和安全性，因此需要引起重視。

本文以兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架為研究對象，采用盲孔法對風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架退火前后焊接區(qū)進(jìn)行殘余應(yīng)力測試，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，并驗證熱處理工藝效果。

測試工況的確定

試驗試件是一個風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架，分別對轉(zhuǎn)子支架的磁軛縱焊縫、盤拼接焊縫和盤與磁軛的外環(huán)焊縫三處位置進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力測試。以同一轉(zhuǎn)子支架熱處理退火前、后的殘余應(yīng)力前后的測試結(jié)果進(jìn)行對比。

測試儀器和測點布置方案

試驗儀器和設(shè)備

儀器采用南京聚航科技生產(chǎn)有限公司的JHMK多點殘余應(yīng)力測量系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組成。儀器精度高。測量結(jié)果準(zhǔn)確。

轉(zhuǎn)子支架的測點布置方案

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zui大的峰值點作為待測點；在轉(zhuǎn)子支架盤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zui大的峰值點作為待測點；在轉(zhuǎn)子支架的盤與磁軛外環(huán)焊縫上同樣將焊縫分成等長的三段，選取三段中在焊縫和溶合區(qū)上zui大的峰值點作為待測點。單次的所有測試點數(shù)為13個。

對上述所選的測試點分別進(jìn)行貼片、打孔。打孔位置為應(yīng)變片中心點，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，并對后期的數(shù)據(jù)修正處理，計算出該點的殘余應(yīng)力值。

測量結(jié)果

轉(zhuǎn)子支架縱焊縫退火前、后zui大應(yīng)力值及應(yīng)力消除率列于表1；盤拼接焊縫退火前、后zui大應(yīng)力值及應(yīng)力消除率列于表2；盤與磁軛的外環(huán)焊縫退火前、后zui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)力值見圖1。

表1 轉(zhuǎn)子支架縱焊縫退火前、后zui大應(yīng)力值及應(yīng)力消除率

表2 盤拼接焊縫退火前、后zui大應(yīng)力值及應(yīng)力消除率

表3盤與磁軛的外環(huán)焊縫退火前、后zui大應(yīng)力值及應(yīng)力消除率

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，各測量區(qū)的zui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zui大主應(yīng)力平均下降74.7%左右；從表3可看出，盤與磁軛的外環(huán)焊縫zui大主應(yīng)力平均下降40.33%左右。轉(zhuǎn)子支架縱焊縫2-2點的zui大應(yīng)力值由562.2MPa降為80.6MPa；盤與磁軛的外環(huán)焊縫6-3點的zui大應(yīng)力值由803.8MPa降為314.7MPa。由此可見，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)子支架使用過程中的穩(wěn)定性。

總結(jié)

1. 通過對風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架焊縫退火前后殘余應(yīng)力對比，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)電機轉(zhuǎn)子支架使用過程中的穩(wěn)定性；