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某牧場3.0兆瓦機組的風電塔架是大容量機組，單臺機組板厚60mm。在焊接過程中產(chǎn)生了大量殘余應力，而殘余應力對焊接加工尺寸精度、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)的剛度、疲勞強度及應力腐蝕開裂有不同程度的影響。所以需要對風電塔架厚壁焊縫進行殘余應力消除。

焊縫殘余應力消除工藝

大中型風電塔架焊縫殘余應力消除的工藝主要有：焊后局部熱處理、超聲波時效、振動時效、自然時效等方法。下面就大型風電塔架制造行業(yè)厚壁焊縫常用的兩種殘余應力消除工藝以重點介紹。

厚壁焊縫焊后局部熱處理工藝

升溫速度：400℃以下≤104℃/h，400℃以上≤83℃。

降溫速度：≤108℃/h；300℃以下可不控；

恒溫溫度：620±15℃；

保溫時間：2.5h；

加熱寬度：筒體外側(cè)焊縫兩側(cè)330mm；

測溫點：每片塊狀加熱器下面均設(shè)置一個測溫點；減少測溫不均對熱處理效果的影響；

保溫寬度：焊縫兩側(cè)600mm，內(nèi)外保溫，加熱器側(cè)雙層，非加熱器側(cè)單層；用工裝或扁鐵等綁扎緊，減少熱量損失。

焊后處理應在焊后24小時內(nèi)完成，如果不能及時進行焊后熱處理，焊后要對焊縫進行焊后消氫處理。

厚壁焊縫超聲波時效、振動時效處理工藝

使用的設(shè)備

1. 振動時效設(shè)備：JH-700A智能頻譜交流振動時效設(shè)備

2. 超聲波時效設(shè)備：JH-Q50超聲波去應力設(shè)備

3. 應力測試設(shè)備：JH-30殘余應力檢測儀

殘余應力消除工藝

1.殘余應力檢測前準備：檢查殘余應力檢測儀的接線、配件是否完好、齊全；檢查電源電壓是否符合設(shè)備要求。

2.振前殘余應力檢測：在法蘭環(huán)焊縫、筒體環(huán)縫、筒體與門框焊縫上選取測點，每條焊縫選取3個測點，T型焊縫處必須有一個測點（0°），其余兩點為120°和240°處。測量完成后打印測點殘余應力數(shù)據(jù)，并表明測點編號（塔段號、焊縫標號及度數(shù)）。

3.振動時效處理：使用振動時效設(shè)備，時間設(shè)定約為30min，全自動運行模式，其余參數(shù)由設(shè)備自動掃描選取。儀器的安裝，激振器裝夾在塔段一端的法蘭上，傳感器安裝在塔段的另一端法蘭上（傳感器盡可能遠離激振器）。

4.振后殘余應力測量：按工藝要求進行測試，打印測試數(shù)據(jù)并編號。

5.超聲波消除應力：按工藝要求對塔筒的環(huán)焊縫、縱焊縫、筒體與門框焊縫進行超聲波時效。輸出電流調(diào)整為2A，頻率由設(shè)備自動捕捉，處理速度控制在400-500mm/min，處理部位為焊縫兩側(cè)的焊趾，*好內(nèi)外側(cè)均做處理。

6.超聲波時效后殘余應力測量：按工藝要求進行測試，打印測試數(shù)據(jù)并編號。

7.測試數(shù)據(jù)分析：根據(jù)打印的測試數(shù)據(jù)制作殘余應力檢測報告，分析振動時效及超聲波時效的殘余應力消除率，振動時效后的殘余應力消除率應＞30%，超聲波時效的殘余應力消除率應＞80%，否則要重新進行處理。

8.測量孔補焊及檢查：殘余應力測試合格后，對盲孔按要求采用氬弧焊進行補焊和磁粉檢查。

厚壁焊縫消除應力效果分析

根據(jù)對風電塔架環(huán)焊縫熱處理前及熱處理后的殘余應力數(shù)據(jù)可知，焊縫局部熱處理的殘余應力消除率在80%-85%之間；根據(jù)對風電塔架環(huán)焊縫超聲波時效和振動時效處理前后的殘余應力測試數(shù)據(jù)可知，超聲波時效、振動時效殘余應力消除率在98%以上。

實驗結(jié)果說明，超聲波時效和振動時效可在大中型風電塔架上應用，且超聲波時效和振動時效工藝的成本要優(yōu)于局部焊后熱處理。