风力发电机转子支架焊缝残余应力测试

兆瓦级风力发电机是风力发电的关键设备，其重量达几十吨，安装在80m以上高的铁塔上，要连续运行20年以上，对其技术和质量要求非常苛刻。焊缝残余应力会严重影响风力发电机的使用寿命和安全性，因此需要引起重视。

本文以兆瓦级风力发电机转子支架为研究对象，采用盲孔法对风力发电机转子支架退火前后焊接区进行残余应力测试，从而了解转子支架焊接区退火前后残余应力的分布及变化规律，并验证热处理工艺效果。

测试工况的确定

试验试件是一个风力发电机转子支架，分别对转子支架的磁轭纵焊缝、盘拼接焊缝和盘与磁轭的外环焊缝三处位置进行焊接残余应力测试。以同一转子支架热处理退火前、后的残余应力前后的测试结果进行对比。

测试仪器和测点布置方案

试验仪器和设备

仪器采用南京聚航科技生产有限公司的JHMK多点残余应力测量系统，由JHYC静态应变仪和JHZK钻孔装置组成。仪器精度高。测量结果准确。

转子支架的测点布置方案

把转子支架纵焊缝均匀分成三段，根据磁记录仪在三段待测区所记录的应力分布曲线，分别在焊缝和溶合区上选取各段中最大的峰值点作为待测点；在转子支架盘面上的两道拼接焊缝上，分别在焊缝和溶合区上选取一个最大的峰值点作为待测点；在转子支架的盘与磁轭外环焊缝上同样将焊缝分成等长的三段，选取三段中在焊缝和溶合区上最大的峰值点作为待测点。单次的所有测试点数为13个。

对上述所选的测试点分别进行贴片、打孔。打孔位置为应变片中心点，孔径为1.5mm，孔深为2mm。采用静态应变仪记录打孔后所释放的应变值，并对后期的数据修正处理，计算出该点的残余应力值。

测量结果

转子支架纵焊缝退火前、后最大应力值及应力消除率列于表1；盘拼接焊缝退火前、后最大应力值及应力消除率列于表2；盘与磁轭的外环焊缝退火前、后最大应力值及应力消除率列于表3；转子支架退火前、退火后残余应力值见图1。

表1 转子支架纵焊缝退火前、后最大应力值及应力消除率

表2 盘拼接焊缝退火前、后最大应力值及应力消除率

表3盘与磁轭的外环焊缝退火前、后最大应力值及应力消除率

图1 转子支架退火前、退火后残余应力值

数据分析讨论

从表1、2、3可以看出，退火后，各测量区的最大主应力的平均值都有所下降。从表1可以看出，转子支架纵焊缝最大主应力平均下降74.7%左右；从表3可看出，盘与磁轭的外环焊缝最大主应力平均下降40.33%左右。转子支架纵焊缝2-2点的最大应力值由562.2MPa降为80.6MPa；盘与磁轭的外环焊缝6-3点的最大应力值由803.8MPa降为314.7MPa。由此可见，退火消除残余应力的效果非常显著。

由图1还可以看出，退火后与退火前相比，退火后应力均化效果明显，这就保证了转子支架使用过程中的稳定性。

总结

1. 通过对风力发电机转子支架焊缝退火前后残余应力对比，发现转子支架焊缝热处理前后应力变化明显，热处理消除应力效果较好。

2. 按照机械行业焊接构件的技术标准要求，焊缝区的峰值应力下降率超过20%，则此工艺即为有效，由此表明该退火工艺满足工程需求；

3. 在退火处理后的应力均化效果与热处理前相比，发生了明显的变化。退火处理后，保证了风力发电机转子支架使用过程中的稳定性。