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感应热处理工艺在风塔筒建造中有哪些应用?

更新时间:2021-11-01      点击次数:1327

感应热处理工艺在风塔筒建造中有哪些应用?


风塔塔筒是采用高强度低合金钢材的中厚板,作为一种大型焊接工程结构,其焊接区域是塔架结构中最薄弱的部位,同时塔架长期处于低温、强风等恶劣环境下,特别是海上风力发电塔架,焊接部位极易产生裂纹。通常在焊接后需要对关键焊接部位进行热处理,改善其低温断裂韧性,保证塔架安全运行,但塔架焊接部位多,进行热处理施工周期长,成本高,焊接时热影区易淬硬,对氢的敏感性强,易产生氢致延迟裂纹。尤其是当焊接接头承受较大应力时更容易产生各种裂纹,因此除了焊接时必须严格考虑焊材与母材强韧性的合理匹配,选用适合高效的焊接工艺,优化焊接参数外,热处理设备和工艺的选择也是至关重要的。传统的热处理工艺采用陶瓷电阻加热器外加石棉保温进行,缺点是温度控制误差大,厚壁杆件内外温度的均匀性差,焊缝硬度高,效率低,安全性差(电阻丝外露)大量使用石棉等对人体和环境有害的物质,瓷片的布设费时费力,大量的易耗品。


基于以上原因,开发采用中频感应热处理工艺对风塔塔筒的焊缝进行热处理,成功地解决了大唐黄岛5MW风电塔筒焊后热处理难题,达到了风塔塔筒的焊接质量控制要求,保证塔筒整体质量。

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热处理工艺 

采用ProHeat35型中频感应加热设备进行热处理;采用内部通水的柔性加热电磁感应线圈;热处理焊缝采用岩棉进行保温;K型热电偶丝测温8个,内部安装4个、外部安装4个分别监控塔筒内外壁的温度,位置分别位于塔筒的12点、3点、6点、9点方位。


焊前预热,80~125℃;焊后热处理工艺:焊缝温度300℃以上升温速度90~104℃/h,降温速度100~130℃/h;300℃以下可不控制温升速度。恒温保温温度630℃±15℃,保温2.5h,焊后热处理要在焊后12h内完成。

8个测温点测量内外壁数据表明内外壁的温差较小,基本上可以控制在20℃以内,相对于陶瓷加热或电阻加热内外壁较为均匀。


硬度测试根据ASTM E92。硬度测试表明热处理后的热影响区硬度略高于20HV,焊缝区硬度>200HV,依据要求,Q345钢材经过热处理后的硬度值应小于320HV。


弯曲性能测试

对采用相同热处理工艺的焊接工艺评定样件进行了弯曲性能测试,结果表面弯曲试验未在外表面发现裂纹,结果合格。


工艺评定

对采用相同热处理工艺的焊接工艺评定样件按照BS EN10045.1在-40℃下进行夏比V型缺口试验。冲击试验机型号JBN-500-086。冲击测试结果见表3。冲击结果表明,热影响区冲击吸取能量大于焊缝区。-40℃冲击试验焊缝金属和热影响区的冲击韧性远高于标准值。


感应热处理工艺在风塔筒建造中有哪些应用?

结语

感应热处理工艺加热均匀,效率高,节电效果明显,加热速度快,成本低,达到了焊后热处理工艺要求。


实践证明,感应热处理工艺预热有利于去除母材表面水分和加速氢气的溢出,从而降低焊道产生裂纹的敏感性,消除焊接结构的焊接残余应力,降低焊接区的硬度,促使扩散氢溢出,稳定组织,改善力学性能和高温性能,避免产生脆断和延迟裂纹,进行焊后热处理,残余应力可降低80%~90%,焊缝硬度也可降低10~15HBW。


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