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兆瓦級風力發電機是風力發電的關鍵設備，其重量達幾十噸，安裝在80m以上高的鐵塔上，要連續運行20年以上，對其技術和質量要求非常苛刻。焊縫殘余應力會嚴重影響風力發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電機轉子支架為研究對象，采用盲孔法對風力發電機轉子支架退火前后焊接區進行殘余應力測試，從而了解轉子支架焊接區退火前后殘余應力的分布及變化規律，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有限公司的JHMK多點殘余應力測量系統，由JHYC靜態應變儀和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，根據磁記錄儀在三段待測區所記錄的應力分布曲線，分別在焊縫和溶合區上選取各段中zui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上選取一個zui大的峰值點作為待測點；在轉子支架的盤與磁軛外環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上zui大的峰值點作為待測點。單次的所有測試點數為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。采用靜態應變儀記錄打孔后所釋放的應變值，并對后期的數據修正處理，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zui大應力值及應力消除率列于表1；盤拼接焊縫退火前、后zui大應力值及應力消除率列于表2；盤與磁軛的外環焊縫退火前、后zui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zui大應力值及應力消除率

表2 盤拼接焊縫退火前、后zui大應力值及應力消除率

表3盤與磁軛的外環焊縫退火前、后zui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

數據分析討論

從表1、2、3可以看出，退火后，各測量區的zui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zui大主應力平均下降74.7%左右；從表3可看出，盤與磁軛的外環焊縫zui大主應力平均下降40.33%左右。轉子支架縱焊縫2-2點的zui大應力值由562.2MPa降為80.6MPa；盤與磁軛的外環焊縫6-3點的zui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定性。

總結

1. 通過對風力發電機轉子支架焊縫退火前后殘余應力對比，發現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. 按照機械行業焊接構件的技術標準要求，焊縫區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，發生了明顯的變化。退火處理后，保證了風力發電機轉子支架使用過程中的穩定性；