感應(yīng)熱處理工藝在風(fēng)塔筒建造中有哪些應(yīng)用？

風(fēng)塔塔筒是采用高強(qiáng)度低合金鋼材的中厚板，作為一種大型焊接工程結(jié)構(gòu)，其焊接區(qū)域是塔架結(jié)構(gòu)中最薄弱的部位，同時塔架長期處于低溫、強(qiáng)風(fēng)等惡劣環(huán)境下，特別是海上風(fēng)力發(fā)電塔架，焊接部位極易產(chǎn)生裂紋。通常在焊接后需要對關(guān)鍵焊接部位進(jìn)行熱處理，改善其低溫斷裂韌性，保證塔架安全運(yùn)行，但塔架焊接部位多，進(jìn)行熱處理施工周期長，成本高，焊接時熱影區(qū)易淬硬，對氫的敏感性強(qiáng)，易產(chǎn)生氫致延遲裂紋。尤其是當(dāng)焊接接頭承受較大應(yīng)力時更容易產(chǎn)生各種裂紋，因此除了焊接時必須嚴(yán)格考慮焊材與母材強(qiáng)韌性的合理匹配，選用適合高效的焊接工藝，優(yōu)化焊接參數(shù)外，熱處理設(shè)備和工藝的選擇也是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)的熱處理工藝采用陶瓷電阻加熱器外加石棉保溫進(jìn)行，缺點(diǎn)是溫度控制誤差大，厚壁桿件內(nèi)外溫度的均勻性差，焊縫硬度高，效率低，安全性差（電阻絲外露）大量使用石棉等對人體和環(huán)境有害的物質(zhì)，瓷片的布設(shè)費(fèi)時費(fèi)力，大量的易耗品。

基于以上原因，開發(fā)采用中頻感應(yīng)熱處理工藝對風(fēng)塔塔筒的焊縫進(jìn)行熱處理，成功地解決了大唐黃島5MW風(fēng)電塔筒焊后熱處理難題，達(dá)到了風(fēng)塔塔筒的焊接質(zhì)量控制要求，保證塔筒整體質(zhì)量。

熱處理工藝 

采用ProHeat35型中頻感應(yīng)加熱設(shè)備進(jìn)行熱處理；采用內(nèi)部通水的柔性加熱電磁感應(yīng)線圈；熱處理焊縫采用巖棉進(jìn)行保溫；K型熱電偶絲測溫8個，內(nèi)部安裝4個、外部安裝4個分別監(jiān)控塔筒內(nèi)外壁的溫度，位置分別位于塔筒的12點(diǎn)、3點(diǎn)、6點(diǎn)、9點(diǎn)方位。

焊前預(yù)熱，80～125℃；焊后熱處理工藝：焊縫溫度300℃以上升溫速度90～104℃/h，降溫速度100～130℃/h；300℃以下可不控制溫升速度。恒溫保溫溫度630℃±15℃，保溫2.5h，焊后熱處理要在焊后12h內(nèi)完成。

8個測溫點(diǎn)測量內(nèi)外壁數(shù)據(jù)表明內(nèi)外壁的溫差較小，基本上可以控制在20℃以內(nèi)，相對于陶瓷加熱或電阻加熱內(nèi)外壁較為均勻。

硬度測試根據(jù)ASTM E92。硬度測試表明熱處理后的熱影響區(qū)硬度略高于20HV，焊縫區(qū)硬度＞200HV，依據(jù)要求，Q345鋼材經(jīng)過熱處理后的硬度值應(yīng)小于320HV。

彎曲性能測試

對采用相同熱處理工藝的焊接工藝評定樣件進(jìn)行了彎曲性能測試，結(jié)果表面彎曲試驗(yàn)未在外表面發(fā)現(xiàn)裂紋，結(jié)果合格。

工藝評定

對采用相同熱處理工藝的焊接工藝評定樣件按照BS EN10045.1在-40℃下進(jìn)行夏比V型缺口試驗(yàn)。沖擊試驗(yàn)機(jī)型號JBN-500-086。沖擊測試結(jié)果見表3。沖擊結(jié)果表明，熱影響區(qū)沖擊吸收能量大于焊縫區(qū)。-40℃沖擊試驗(yàn)焊縫金屬和熱影響區(qū)的沖擊韌性遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)值。

感應(yīng)熱處理工藝在風(fēng)塔筒建造中有哪些應(yīng)用？

結(jié)語

感應(yīng)熱處理工藝加熱均勻，效率高，節(jié)電效果明顯，加熱速度快，成本低，達(dá)到了焊后熱處理工藝要求。

實(shí)踐證明，感應(yīng)熱處理工藝預(yù)熱有利于去除母材表面水分和加速氫氣的溢出，從而降低焊道產(chǎn)生裂紋的敏感性，消除焊接結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力，降低焊接區(qū)的硬度，促使擴(kuò)散氫溢出，穩(wěn)定組織，改善力學(xué)性能和高溫性能，避免產(chǎn)生脆斷和延遲裂紋，進(jìn)行焊后熱處理，殘余應(yīng)力可降低80%～90%，焊縫硬度也可降低10～15HBW。

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