兆瓦級風力發(fā)電機是風力發(fā)電的關鍵設備，其重量達幾十噸，安裝在80m以上高的鐵塔上，要連續(xù)運行20年以上，對其技術和質(zhì)量要求非?？量獭：缚p殘余應力會嚴重影響風力發(fā)電機的使用壽命和安全性，因此需要引起重視。

本文以兆瓦級風力發(fā)電機轉子支架為研究對象，采用盲孔法對風力發(fā)電機轉子支架退火前后焊接區(qū)進行殘余應力測試，從而了解轉子支架焊接區(qū)退火前后殘余應力的分布及變化規(guī)律，并驗證熱處理工藝效果。

測試工況的確定

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

測試儀器和測點布置方案

試驗儀器和設備

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

轉子支架的測點布置方案

把轉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)所記錄的應力分布曲線，分別在焊縫和溶合區(qū)上選取各段中最大的峰值點作為待測點；在轉子支架盤面上的兩道拼接焊縫上，分別在焊縫和溶合區(qū)上選取一個最大的峰值點作為待測點；在轉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)上最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行貼片、打孔。打孔位置為應變片中心點，孔徑為1.5mm，孔深為2mm。采用靜態(tài)應變儀記錄打孔后所釋放的應變值，并對后期的數(shù)據(jù)修正處理，計算出該點的殘余應力值。

測量結果

轉子支架縱焊縫退火前、后最大應力值及應力消除率列于表1；盤拼接焊縫退火前、后最大應力值及應力消除率列于表2；盤與磁軛的外環(huán)焊縫退火前、后最大應力值及應力消除率列于表3；轉子支架退火前、退火后殘余應力值見圖1。

表1 轉子支架縱焊縫退火前、后最大應力值及應力消除率

表2 盤拼接焊縫退火前、后最大應力值及應力消除率

表3盤與磁軛的外環(huán)焊縫退火前、后最大應力值及應力消除率

圖1 轉子支架退火前、退火后殘余應力值

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)的最大主應力的平均值都有所下降。從表1可以看出，轉子支架縱焊縫最大主應力平均下降74.7%左右；從表3可看出，盤與磁軛的外環(huán)焊縫最大主應力平均下降40.33%左右。轉子支架縱焊縫2-2點的最大應力值由562.2MPa降為80.6MPa；盤與磁軛的外環(huán)焊縫6-3點的最大應力值由803.8MPa降為314.7MPa。由此可見，退火消除殘余應力的效果非常顯著。

由圖1還可以看出，退火后與退火前相比，退火后應力均化效果明顯，這就保證了轉子支架使用過程中的穩(wěn)定性。

總結

1. 通過對風力發(fā)電機轉子支架焊縫退火前后殘余應力對比，發(fā)現(xiàn)轉子支架焊縫熱處理前后應力變化明顯，熱處理消除應力效果較好。

2. 按照機械行業(yè)焊接構件的技術標準要求，焊縫區(qū)的峰值應力下降率超過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，保證了風力發(fā)電機轉子支架使用過程中的穩(wěn)定性。