大中型风电塔架焊接残余应力消除

某牧场3.0兆瓦机组的风电塔架是大容量机组，单台机组板厚60mm。在焊接过程中产生了大量残余应力，而残余应力对焊接加工尺寸精度、结构的稳定性、结构的刚度、疲劳强度及应力腐蚀开裂有不同程度的影响。所以需要对风电塔架厚壁焊缝进行残余应力消除。

焊缝残余应力消除工艺

大中型风电塔架焊缝残余应力消除的工艺主要有：焊后局部热处理、超声波时效、振动时效、自然时效等方法。下面就大型风电塔架制造行业厚壁焊缝常用的两种残余应力消除工艺以重点介绍。

厚壁焊缝焊后局部热处理工艺

升温速度：400℃以下≤104℃/h，400℃以上≤83℃。

降温速度：≤108℃/h；300℃以下可不控；

恒温温度：620±15℃；

保温时间：2.5h；

加热宽度：筒体外侧焊缝两侧330mm；

测温点：每片块状加热器下面均设置一个测温点；减少测温不均对热处理效果的影响；

保温宽度：焊缝两侧600mm，内外保温，加热器侧双层，非加热器侧单层；用工装或扁铁等绑扎紧，减少热量损失。

焊后处理应在焊后24小时内完成，如果不能及时进行焊后热处理，焊后要对焊缝进行焊后消氢处理。

厚壁焊缝超声波时效、振动时效处理工艺

使用的设备

1. 振动时效设备：JH-700A智能频谱交流振动时效设备

2. 超声波时效设备：JH-Q50超声波去应力设备

3. 应力测试设备：JH-30残余应力检测仪

残余应力消除工艺

1.残余应力检测前准备：检查残余应力检测仪的接线、配件是否完好、齐全；检查电源电压是否符合设备要求。

2.振前残余应力检测：在法兰环焊缝、筒体环缝、筒体与门框焊缝上选取测点，每条焊缝选取3个测点，T型焊缝处必须有一个测点（0°），其余两点为120°和240°处。测量完成后打印测点残余应力数据，并表明测点编号（塔段号、焊缝标号及度数）。

3.振动时效处理：使用振动时效设备，时间设定约为30min，全自动运行模式，其余参数由设备自动扫描选取。仪器的安装，激振器装夹在塔段一端的法兰上，传感器安装在塔段的另一端法兰上（传感器尽可能远离激振器）。

4.振后残余应力测量：按工艺要求进行测试，打印测试数据并编号。

5.超声波消除应力：按工艺要求对塔筒的环焊缝、纵焊缝、筒体与门框焊缝进行超声波时效。输出电流调整为2A，频率由设备自动捕捉，处理速度控制在400-500mm/min，处理部位为焊缝两侧的焊趾，最好内外侧均做处理。

6.超声波时效后残余应力测量：按工艺要求进行测试，打印测试数据并编号。

7.测试数据分析：根据打印的测试数据制作残余应力检测报告，分析振动时效及超声波时效的残余应力消除率，振动时效后的残余应力消除率应＞30%，超声波时效的残余应力消除率应＞80%，否则要重新进行处理。

8.测量孔补焊及检查：残余应力测试合格后，对盲孔按要求采用氩弧焊进行补焊和磁粉检查。

厚壁焊缝消除应力效果分析

根据对风电塔架环焊缝热处理前及热处理后的残余应力数据可知，焊缝局部热处理的残余应力消除率在80%-85%之间；根据对风电塔架环焊缝超声波时效和振动时效处理前后的残余应力测试数据可知，超声波时效、振动时效残余应力消除率在98%以上。

实验结果说明，超声波时效和振动时效可在大中型风电塔架上应用，且超声波时效和振动时效工艺的成本要优于局部焊后热处理。