Das Schweißverfahren der Induktionswärmebehandlung wird beim Bau von Windturmrohren angewendet
Das Windturmrohr ist eine mitteldicke Platte aus hochfestem und niedrig legiertem Stahl. Als große schweißtechnische Konstruktion ist der Schweißbereich der schwächste Teil der Turmkonstruktion. In der Zwischenzeit ist der Turm lange Zeit einer rauen Umgebung wie niedrigen Temperaturen und starkem Wind ausgesetzt, insbesondere der Offshore-Windkraftturm, und der Schweißbereich ist anfällig für Risse. Im Allgemeinen ist es notwendig, wichtige Schweißteile nach dem Schweißen einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um ihre Bruchzähigkeit bei niedrigen Temperaturen zu verbessern und den sicheren Betrieb des Turms zu gewährleisten. Es gibt jedoch viele Schweißteile im Turm, eine lange Bauzeit der Wärmebehandlung und hohe Kosten, und der Heißschattenbereich lässt sich während des Schweißens leicht härten, was sehr empfindlich gegenüber Wasserstoff und anfällig für durch Wasserstoff induzierte verzögerte Risse ist. Besonders wenn die Schweißverbindung unter hoher Belastung steht, ist es wahrscheinlicher, dass es zu Rissen aller Art kommt. Daher muss neben dem Schweißen unbedingt die angemessene Übereinstimmung der Festigkeit und Zähigkeit des Schweißmaterials und des Grundmaterials berücksichtigt, das geeignete ausgewählt und ausgewählt werden für einen effizienten Schweißprozess und die Optimierung der Schweißparameter ist auch die Auswahl der Wärmebehandlungsgeräte und des Prozesses entscheidend. Der traditionelle Wärmebehandlungsprozess mit keramischer Widerstandsheizung und Asbestisolierung hat den Nachteil, dass der Temperaturregelfehler groß ist, dicke Wandstange innen und außen die Gleichmäßigkeit der Temperaturdifferenz, hohe Härte der Schweißnaht, geringe Effizienz, geringe Sicherheit (Widerstand) ausgesetzt ist a viel Gebrauch für den menschlichen Körper und umweltschädliche Materialien wie Asbest, Keramik sind die Gestaltung von zeitaufwändigen, vielen Konsumgütern, wie in Abbildung 1 dargestellt.
Aus den oben genannten Gründen wurde das Hochfrequenz-Induktionswärmebehandlungsverfahren entwickelt, um eine Wärmebehandlung an der Schweißnaht des Windturmrohrs durchzuführen, wodurch das Problem der Wärmebehandlung nach dem Schweißen des Windkraftturmrohrs von Datang Huangdao 5 MW erfolgreich gelöst und das Schweißen erfüllt wurde Anforderungen an die Qualitätskontrolle von Windturmrohren und Gewährleistung der Gesamtqualität von Turmrohren.
1. Windturmrohrmaterial und Prinzip der Induktionswärmebehandlung
A. Materialien für Windtürme
Das Grundmaterial des Windturmrohrs des 5-MW-Windkraftprojekts Datang Huangdao ist Q345D, die Plattendicke beträgt 36 mm und das Flanschmaterial ist Q345E-Z35, 70 mm. Der Durchmesser des Turmrohrs beträgt 4260 mm. Seine mechanischen Eigenschaften und chemische Zusammensetzung entsprechen GB/T1591-2008. Es ist erforderlich, dass die Schweißverbindung bei -40 ° C eine Stoßabsorptionsenergie AKV ≥ 34 J aufweist. Die Hauptparameter eines Teils des Flansches und des Turmrohrs, die eine Wärmebehandlung erfordern, sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Schweißfuge hat eine V-förmige Nut, eine Kohlenstofflichtbogen-Fugenhobelwurzel, eine CO2-Gasdurchflussrate von 15 bis 20 l/min und ein Unterpulverschweißen Flussmittel SJ101 und andere Schweißparameter sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Tabelle 1 Hauptparameter von Flansch und Turmrohr:
Tabelle 2 Schweißprozess von Flansch und Turmrohr:
B. Prinzip und Modell der Induktionswärmebehandlung
Der Wechselstrom in der Spule erzeugt das magnetische Wechselfeld, das den induzierten Strom im Werkstück erzeugt und das Werkstück durch den induzierten Strom erwärmt interner Temperaturgradient ist klein. Der heißeste Bereich befindet sich unter der Oberfläche des Werkstücks, und die Wärme wird schnell in das Metallinnere geleitet, wie in Abbildung 2 gezeigt.
FEIGE. 3 zeigt die Induktionswärmebehandlung der Schweißnaht des Turmrohrs. Vor der Wärmebehandlung wird die flexible elektromagnetische Heizinduktionsspule auf beiden Seiten der Schweißnaht des Turmrohrs verteilt. Die thermoelektrische magnetische Induktionsspule ist kleiner als die Dicke der Wand des Turmrohrs, und die Isolationsposition, die Heizposition und das Stromband werden nacheinander abgedeckt.
FEIGE. 2 Prinzip der Induktionswärmebehandlung
FEIGE. 3 Schweißnaht-Induktionswärmebehandlung der Turmtrommel
2. Wärmebehandlungstechnologie und Ergebnisermittlung
A. Wärmebehandlungsprozess
Für die Wärmebehandlung wurde eine Mittelfrequenz-Induktionsheizanlage von ProHeat35 verwendet. Flexible heizende elektromagnetische Induktionsspule mit interner Wasserversorgung; Steinwolle wird für Wärmebehandlungs-Schweißisolierungen verwendet; Es gibt 8 Thermoelementdrähte vom K-Typ zum Messen der Temperatur, 4 interne Installationen und 4 externe Installationen zum Überwachen der Temperatur der Innen- und Außenwände des Turmrohrs, und die Positionen befinden sich an den Positionen 12, 3, 6 bzw. 9 Punkte des Turmrohrs, wie in FIG. 4.
Abbildung 4 Position des Thermoelements im Inneren
Vorwärmen vor dem Schweißen, 80 ~ 125 ℃; Wärmebehandlung nach dem Schweißen: Schweißtemperatur über 300 ℃, Temperaturanstiegsrate 90 ~ 104 ℃ / h, Abkühlrate 100 ~ 130 ℃ / h; Die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit kann nicht unter 300℃ geregelt werden. Konstante Temperatur und Wärmeerhaltungstemperatur 630 ℃ ± 15 ℃, Wärmeerhaltung für 2.5 Stunden, Wärmebehandlung nach dem Schweißen sollte innerhalb von 12 Stunden nach dem Schweißen abgeschlossen sein. Die Prozesskurve der Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist in Fig. 5 gezeigt. XNUMX.
FEIGE. 5 Wärmebehandlungsverfahren für Schweißnähte
B. Testergebnisse und Analyse
(1) Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenwänden
FEIGE. 6 zeigt die Innen- und Außenwandtemperaturen während der Induktionswärmebehandlung. Wie aus Abbildung 6 ersichtlich, zeigen die gemessenen Daten der Innen- und Außenwände an den 8 Temperaturmesspunkten, dass der Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenwand gering ist, was im Wesentlichen innerhalb von 20 ° C gesteuert werden kann, und gleichmäßiger ist als Keramikheizung oder Widerstandsheizung der Innen- und Außenwände.
FEIGE. 6 Innen- und Außenwandtemperatur
(2) Schweißnahthärte nach Wärmebehandlung
Härtetest gemäß ASTM E92, die Testergebnisse sind in Abbildung 7 dargestellt. Der Härtetest zeigt, dass die Härte der Wärmeeinflusszone nach der Wärmebehandlung etwas höher als 20 HV und die Härte der Schweißzone > 200 HV ist. Gemäß den Anforderungen sollte der Härtewert von Q345-Stahl nach der Wärmebehandlung weniger als 320 HV betragen.
FEIGE. 7 Schweißnahthärte nach Wärmebehandlung
(3) Biegeleistungstest
Die Biegeeigenschaften der Schweißprozess-Evaluierungsprobe mit dem gleichen Wärmebehandlungsprozess wurden getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass im Oberflächenbiegetest kein Riss gefunden wurde, und die Ergebnisse waren eingeschränkt.
(4) Prozessevaluation
Der Charpy-V-Kerbschlagtest wurde für die Bewertungsproben des Schweißverfahrens mit demselben Wärmebehandlungsprozess bei -40 °C gemäß BS EN10045.1 durchgeführt. Die Schlagergebnisse zeigen, dass die Schlagabsorptionsenergie in der Wärmeeinflusszone größer ist als in der Schweißzone. Die Schlagzähigkeit von Schweißgut und Wärmeeinflusszone im -500℃-Schlagversuch ist deutlich höher als der Normwert.
Tabelle 3 Ergebnisse des Charpy-V-Kerbschlagtests:
3. Endnoten
Der Induktionswärmebehandlungsprozess hat die Vorteile einer gleichmäßigen Erwärmung, eines hohen Wirkungsgrads, eines offensichtlichen Energiespareffekts, einer schnellen Erwärmungsgeschwindigkeit und niedriger Kosten, die die Anforderungen des Wärmebehandlungsprozesses nach dem Schweißen erfüllen.