一、概述

隨著我國風(fēng)電市場的迅猛發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量越來越大，3 MW塔筒生產(chǎn)已經(jīng)越來越普遍，由于發(fā)電機(jī)及塔筒自重都在增加，塔筒直徑及壁板的厚度也越來越大，直徑一般達(dá)到4700 mm,壁板厚度可達(dá)到60 mm,而且每段塔筒的長度均達(dá)到15 m以上，塔筒材料是低合金材料Q345E，對于這樣的大件要采用熱處理的方式消除焊接應(yīng)力，以塔筒廠的生產(chǎn)條件很難達(dá)到。

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,造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，同時,還產(chǎn)生一定數(shù)值的焊接殘余拉應(yīng)力。在焊趾部位距離表面0.5 mm左右處一般存有熔渣等缺陷，該缺陷較尖銳，相當(dāng)于疲勞裂紋提前萌生。焊接接頭在應(yīng)力集中，焊趾熔渣缺陷及焊接殘余拉應(yīng)力的聯(lián)合作用下，導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度嚴(yán)重降低。

隨著振動相關(guān)理論的發(fā)展以及超聲波的應(yīng)用，振動時效設(shè)備越來越成熟，型號越來越多，能夠?qū)装賴嵵氐牧悴考M(jìn)行應(yīng)力消除；超聲沖擊設(shè)備消除應(yīng)力的效果也越來越多的被行業(yè)認(rèn)可；振動時效技術(shù)及超聲沖擊消除應(yīng)力技術(shù)在風(fēng)電制造行業(yè)的應(yīng)用也在增加。

二、兩種應(yīng)力消除技術(shù)

1、振動時效消除應(yīng)力

振動時效是采用外力振動的方式，使工件內(nèi)部產(chǎn)生一定周期性交變作用力，作用力和工件本身殘余應(yīng)力疊加，超過工件的微觀屈服極限便導(dǎo)致工件發(fā)生微觀的塑彈性力學(xué)變化，從而達(dá)到完美的殘余應(yīng)力，使工件內(nèi)部各方面作用的力基本趨于平衡，防止工件變形，提高工件疲勞極限。

2、超聲沖擊原理（豪克能焊接應(yīng)力消除設(shè)備）

超聲沖擊處理法即采用豪克能焊接應(yīng)力消除設(shè)備，焊后利用超聲波以每秒二萬次以上的頻率沿焊縫方向沖擊焊縫的焊趾部位，使之產(chǎn)生較大的壓縮塑性變形，使焊趾處產(chǎn)生圓滑的幾何過渡，從而減少焊趾處所產(chǎn)生的凹凸不平造成的應(yīng)力集中，消除焊趾處表層的微小裂紋和熔渣缺陷，抑制裂紋的提前萌生，調(diào)整焊接殘余應(yīng)力場，消除其焊接拉應(yīng)力（絕大多數(shù)情況下，殘余拉應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的影響是不利的），在焊趾附近產(chǎn)生一定數(shù)值的殘余壓應(yīng)力，并使焊趾部位材料得以強(qiáng)化，從而提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。

三、工藝實(shí)施

現(xiàn)場實(shí)施時，先對工件整體進(jìn)行振動時效，要注意需將工件用帶彈性的支撐物與地面隔開，支撐要穩(wěn)固，對于基礎(chǔ)環(huán)需三點(diǎn)支撐。將振動時效儀的激振器固定在構(gòu)件上，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(diǎn)、振型、激振點(diǎn)、拾振點(diǎn)、加速度、固有頻率、時間。”其中振動加速度、共振頻率、共振時間是決定時效工藝效果的主要參數(shù)。因此，振動時效技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，必須使用參數(shù)曲線觀測法，來間接評定振動時效工藝效果。HK2000 振動時效設(shè)備，可將振動時效的振前掃頻曲線、時效曲線、振后掃頻曲線、振前和振后掃頻比較曲線，記錄和打印出來。經(jīng)過對曲線的比較，符合J B/ T 10 3 7 5 -2 0 0 2 標(biāo)準(zhǔn)要求，即說明振動時效效果達(dá)到要求。

然后對焊縫進(jìn)行超聲沖擊，提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度，使之產(chǎn)生較大的壓縮塑性變形，使焊趾處產(chǎn)生圓滑的幾何過渡，從而減少焊趾處所產(chǎn)生的凹凸不平造成的應(yīng)力集中，消除焊趾處表層的微小裂紋和熔渣缺陷。

四、結(jié)束語

采用HK2000振動時效和豪克能焊接應(yīng)力消除技術(shù)（超聲沖擊）結(jié)合的方法對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒進(jìn)行應(yīng)力消除，既可以消除整個構(gòu)件的應(yīng)力，又對焊縫處重點(diǎn)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(yīng)力場，大幅降低其焊接拉應(yīng)力，大大提高構(gòu)建的穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高焊接接頭的疲勞強(qiáng)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(shí)施，而且環(huán)保、節(jié)能安全無污染，在風(fēng)電塔筒制造行業(yè)值得推廣應(yīng)用。