风电行业的应力消除技术

一、概述

随着我国风电市场的迅猛发展，风力发电机组单机容量越来越大，3 MW塔筒生产已经越来越普遍，由于发电机及塔筒自重都在增加，塔筒直径及壁板的厚度也越来越大，直径一般达到4700 mm,壁板厚度可达到60 mm,而且每段塔筒的长度均达到15 m以上，塔筒材料是低合金材料Q345E，对于这样的大件要采用热处理的方式消除焊接应力，以塔筒厂的生产条件很难达到。

在塔筒环缝、纵缝的焊接时采用的是埋弧自动焊,在填充金属时接头部位留有余高、凹坑及各种焊接缺陷,造成严重的应力集中，同时,还产生一定数值的焊接残余拉应力。在焊趾部位距离表面0.5 mm左右处一般存有熔渣等缺陷，该缺陷较尖锐，相当于疲劳裂纹提前萌生。焊接接头在应力集中，焊趾熔渣缺陷及焊接残余拉应力的联合作用下，导致疲劳强度严重降低。

随着振动相关理论的发展以及超声波的应用，振动时效设备越来越成熟，型号越来越多，能够对几百吨重的零部件进行应力消除；超声冲击设备消除应力的效果也越来越多的被行业认可；振动时效技术及超声冲击消除应力技术在风电制造行业的应用也在增加。

二、两种应力消除技术

1、振动时效消除应力

振动时效是采用外力振动的方式，使工件内部产生一定周期性交变作用力，作用力和工件本身残余应力叠加，超过工件的微观屈服极限便导致工件发生微观的塑弹性力学变化，从而达到完美的残余应力，使工件内部各方面作用的力基本趋于平衡，防止工件变形，提高工件疲劳极限。

2、超声冲击原理（豪克能焊接应力消除设备）

超声冲击处理法即采用豪克能焊接应力消除设备，焊后利用超声波以每秒二万次以上的频率沿焊缝方向冲击焊缝的焊趾部位，使之产生较大的压缩塑性变形，使焊趾处产生圆滑的几何过渡，从而减少焊趾处所产生的凹凸不平造成的应力集中，消除焊趾处表层的微小裂纹和熔渣缺陷，抑制裂纹的提前萌生，调整焊接残余应力场，消除其焊接拉应力（绝大多数情况下，残余拉应力对焊接结构疲劳强度的影响是不利的），在焊趾附近产生一定数值的残余压应力，并使焊趾部位材料得以强化，从而提高焊接接头疲劳强度和疲劳寿命。

三、工艺实施

现场实施时，先对工件整体进行振动时效，要注意需将工件用带弹性的支撑物与地面隔开，支撑要稳固，对于基础环需三点支撑。将振动时效仪的激振器固定在构件上，与控制器连接，并使用传感器收集数据。对于振动时效，最重要的几个参数是：“ 支撑点、振型、激振点、拾振点、加速度、固有频率、时间。”其中振动加速度、共振频率、共振时间是决定时效工艺效果的主要参数。因此，振动时效技术国家标准规定，必须使用参数曲线观测法，来间接评定振动时效工艺效果。HK2000 振动时效设备，可将振动时效的振前扫频曲线、时效曲线、振后扫频曲线、振前和振后扫频比较曲线，记录和打印出来。经过对曲线的比较，符合J B/ T 10 3 7 5 -2 0 0 2 标准要求，即说明振动时效效果达到要求。

然后对焊缝进行超声冲击，提高焊接接头疲劳强度，使之产生较大的压缩塑性变形，使焊趾处产生圆滑的几何过渡，从而减少焊趾处所产生的凹凸不平造成的应力集中，消除焊趾处表层的微小裂纹和熔渣缺陷。

四、结束语

采用HK2000振动时效和豪克能焊接应力消除技术（超声冲击）结合的方法对风力发电机组塔筒进行应力消除，既可以消除整个构件的应力，又对焊缝处重点处理，消除焊接接头处的微小裂纹，焊渣缺陷，调整了焊接残余应力场，大幅降低其焊接拉应力，大大提高构建的稳定性，进一步提高焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命。另外这种处理方式不受工件材质、形状、结构、钢板厚度、重量、场地限制，容易实施，而且环保、节能安全无污染，在风电塔筒制造行业值得推广应用。