Proces spawania indukcyjnej obróbki cieplnej jest stosowany w konstrukcji rur wieży wiatrowej
Rura wieży wiatrowej to płyta o średniej grubości ze stali niskostopowej o wysokiej wytrzymałości. Jako duża konstrukcja spawalnicza obszar spawania jest najsłabszą częścią konstrukcji wieży. Tymczasem wieża przez długi czas znajduje się w trudnych warunkach, takich jak niska temperatura i silny wiatr, zwłaszcza morska wieża wiatrowa, a obszar spawania jest podatny na pękanie. Zasadniczo konieczne jest przeprowadzenie obróbki cieplnej kluczowych elementów spawanych po spawaniu, aby poprawić ich odporność na pękanie w niskich temperaturach i zapewnić bezpieczną eksploatację wieży. Jednak w wieży jest wiele części spawanych, długi okres budowy obróbki cieplnej i wysokie koszty, a obszar gorącego cienia jest łatwy do utwardzenia podczas spawania, który jest bardzo wrażliwy na wodór i podatny na opóźnione pęknięcia wywołane przez wodór. Szczególnie, gdy złącze spawane jest pod dużym obciążeniem, jest bardziej prawdopodobne, że spowoduje wszelkiego rodzaju pęknięcia, dlatego oprócz spawania należy ściśle rozważyć rozsądne dopasowanie wytrzymałości i twardości materiału spawalniczego i materiału podstawowego, wybrać odpowiedni i efektywnego procesu spawania oraz optymalizacji parametrów spawania, kluczowy jest również dobór urządzeń do obróbki cieplnej oraz samego procesu. Tradycyjny proces obróbki cieplnej z wykorzystaniem ceramicznego grzejnika oporowego i izolacji azbestowej, wadą jest to, że błąd kontroli temperatury jest duży, gruby pręt ścienny wewnątrz i na zewnątrz jednorodności różnicy temperatur, wysoka twardość spoiny, niska wydajność, słabe bezpieczeństwo (odporność) narażony na Wiele zastosowań na organizm człowieka i szkodliwe dla środowiska materiały, takie jak azbest, ceramika to układ czasochłonnych, wielu dóbr konsumpcyjnych, jak pokazano na rysunku 1.
W oparciu o powyższe powody opracowano proces indukcyjnej obróbki cieplnej o wysokiej częstotliwości w celu przeprowadzenia obróbki cieplnej na spoinie rury wieży wiatrowej, co z powodzeniem rozwiązało problem obróbki cieplnej po spawaniu rury wieży wiatrowej datang Huangdao 5MW, spełnił spawanie wymagania kontroli jakości rury wieży wiatrowej i zapewniły ogólną jakość rury wieży.
1. Materiał rury wieży wiatrowej i zasada obróbki cieplnej indukcyjnej
A. Materiały wieży wiatrowej
Podstawowym materiałem rury wieży wiatrowej projektu elektrowni wiatrowej Datang Huangdao 5MW jest Q345D, grubość płyty wynosi 36 mm, a materiał kołnierza to Q345E-Z35, 70 mm. Średnica lufy wieży wynosi 4260 mm. Jego właściwości mechaniczne i skład chemiczny są zgodne z GB/T1591-2008. Wymaga się, aby złącze spawane w temperaturze -40℃ miało energię pochłaniania uderzenia AKV≥34J. Główne parametry części kołnierza i rury wieży wymagającej obróbki cieplnej przedstawiono w tabeli 1. Rowek spawalniczy przyjmuje rowek w kształcie litery V, korzeń żłobienia powietrzem łukiem węglowym, natężenie przepływu gazu CO2 15 ~ 20 l / min, spawanie łukiem krytym topnika SJ101, a pozostałe parametry spawania przedstawiono w tabeli 2.
Tabela 1 Główne parametry kołnierza i lufy wieży:
Tabela 2 Proces spawania kołnierza i lufy wieży:
B. Zasada i model indukcyjnej obróbki cieplnej
Prąd przemienny w cewce wytwarza zmienne pole magnetyczne, które generuje prąd indukowany w przedmiocie obrabianym i ogrzewa przedmiot przez prąd indukowany. W procesie nagrzewania indukcyjnego cała sekcja przedmiotu obrabianego ma prąd nagrzewania indukcyjnego, a wewnętrzny gradient temperatury jest mały. Najgorętszy obszar znajduje się pod powierzchnią przedmiotu obrabianego, a ciepło jest szybko przewodzone wewnątrz metalu, jak pokazano na rysunku 2.
FIGA. 3 przedstawia indukcyjną obróbkę cieplną spoiny beczki wieży. Przed obróbką cieplną giętka elektromagnetyczna cewka indukcyjna jest rozprowadzana po obu stronach spoiny lufy wieży. Termoelektryczna magnetyczna cewka indukcyjna jest mniejsza niż grubość ścianki lufy wieży, a pozycja izolacji, pozycja ogrzewania i pasmo prądu są kolejno pokrywane.
FIGA. 2 Zasada indukcyjnej obróbki cieplnej
FIGA. 3 Obróbka cieplna indukcyjna spoiny bębna wieżowego
2. Technologia obróbki cieplnej i wyznaczanie wyników
A. Proces obróbki cieplnej
Do obróbki cieplnej użyto urządzenia do nagrzewania indukcyjnego o średniej częstotliwości firmy ProHeat35. Elastyczna cewka indukcyjna elektromagnetyczna grzewcza z wewnętrznym doprowadzeniem wody; Wełna mineralna jest używana do obróbki cieplnej izolacji spawów; Istnieje 8 przewodów termopary typu K do pomiaru temperatury, 4 instalacje wewnętrzne i 4 instalacje zewnętrzne do monitorowania odpowiednio temperatury wewnętrznej i zewnętrznej ściany rury wieży, a pozycje znajdują się w pozycjach 12, 3, odpowiednio 6 i 9 punktów rury wieży, jak pokazano na FIG. 4.
Rysunek 4 Pozycja termopary wewnątrz
Podgrzewanie przed spawaniem, 80 ~ 125 ℃; Proces obróbki cieplnej po spawaniu: temperatura spawania powyżej 300 ℃, szybkość wzrostu temperatury 90 ~ 104 ℃/h, szybkość chłodzenia 100 ~ 130 ℃/h; Prędkość wzrostu temperatury nie może być kontrolowana poniżej 300 ℃. Stała temperatura i temperatura zachowania ciepła 630 ℃ ± 15 ℃, zachowanie ciepła przez 2.5 godziny, obróbka cieplna po spawaniu powinna zostać zakończona w ciągu 12 godzin po spawaniu. Krzywą procesu obróbki cieplnej po spawaniu pokazano na FIG. 5.
FIGA. 5 Proces obróbki cieplnej spoiny
B. Wyniki badań i analiza
(1) Różnica temperatur między ścianami wewnętrznymi i zewnętrznymi
FIGA. 6 przedstawia temperaturę wewnętrznej i zewnętrznej ścianki podczas indukcyjnej obróbki cieplnej. Jak widać na rysunku 6, zmierzone dane ścian wewnętrznych i zewnętrznych w 8 punktach pomiaru temperatury wskazują, że różnica temperatur między ścianami wewnętrznymi i zewnętrznymi jest niewielka, co można zasadniczo kontrolować w granicach 20 ℃ i jest bardziej jednolita niż ogrzewanie ceramiczne lub ogrzewanie oporowe ścian wewnętrznych i zewnętrznych.
FIGA. 6 Temperatura wewnętrznej i zewnętrznej ściany
(2) Twardość spoiny po obróbce cieplnej
Test twardości zgodnie z ASTM E92, wyniki testu pokazano na rysunku 7. Test twardości pokazuje, że twardość strefy wpływu ciepła po obróbce cieplnej jest nieco wyższa niż 20HV, a twardość strefy spoiny jest > 200HV. Zgodnie z wymaganiami wartość twardości stali Q345 po obróbce cieplnej powinna być mniejsza niż 320HV.
FIGA. 7 Twardość spoiny po obróbce cieplnej
(3) Badanie wytrzymałości na zginanie
Zbadano właściwości zginania próbki do oceny procesu spawania przy takim samym procesie obróbki cieplnej. Wyniki wykazały, że w próbie zginania powierzchni nie stwierdzono pęknięć i wyniki zostały zakwalifikowane.
(4) Ocena procesu
Test karbu Charpy'ego V przeprowadzono dla próbek oceny procedury spawania z tym samym procesem obróbki cieplnej w -40 ℃ zgodnie z normą BS EN10045.1. Model maszyny do badań udarności JBN-500-086. Wyniki testu udarności znajdują się w tabeli 3. Wyniki udarności pokazują, że energia pochłaniania uderzenia w strefie wpływu ciepła jest większa niż w strefie spoiny. Udarność metalu spoiny i strefy wpływu ciepła w próbie udarności -40℃ jest znacznie wyższa od wartości standardowej.
Tabela 3 Wyniki testu udarności Charpy V-notch:
3. Przypisy końcowe
Proces indukcyjnej obróbki cieplnej ma zalety równomiernego ogrzewania, wysokiej wydajności, oczywistego efektu oszczędzania energii, dużej prędkości nagrzewania i niskich kosztów, które spełniają wymagania procesu obróbki cieplnej po spawaniu.