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風電用緊固件的制造要求

發表時間:2018-07-04

 

一、風電用緊固件特點

風電及固件在技術上有系列特點:高強度、高精度等級,服役條件嚴酷,它將隨主機組常年經受酷暑嚴寒和極端溫度的考驗,承受高溫、低溫的侵蝕:功率高,最高達到6MW機組,速差大、震動、腐蝕、重載等;除受到軸向預緊拉伸載荷的作用外,還會在工作中收到附加的拉伸交變裁荷、橫向剪切交變載荷或者由此復合而成的彎曲載荷的作用,伴隨著還受到沖擊載荷,附加的橫向交變載荷會引起螺桂的松動軸向交變載荷會引起螈栓的疲勞斷裂。而在環境介質的作用下,軸向拉伸載荷會引起螺栓的延遲斷裂,以及高溫條件下引起螺栓的蠕變等。

風力發電機組由于其動力源的隨機性,運行環境的惡劣性,制造和安裝的特殊性以及維修成本的昂貴性,對于螺栓連接提出了極高的要求,需要從其固有的特點出發,在結構設計、制造工藝、車間生產以及現場裝配都要采取必要的措施,確保螺栓連接的可靠性。

風電用高強度螺栓大部分選擇10.9級,少量使用8.8級和12.9級。風電用高強度緊同件受原材料性能的影響比較大。外觀質量、低倍組織、脫碳層深度織(晶粒度)和頂鍛實驗等7個方面對高強度緊固件的質量都有重大影響。

國內目前風電機組使用緊固件大致分為以下幾類:

(1) 塔筒螺栓:即風力發電機組塔筒上使用的螺栓,主要使用的是GB/T12281231DIN69146916以及DAST等六角頭鋼結構螺栓連接副;

(2) 整機螺栓即風力發電機組上使用的螺栓,主要使用的是GB/T5782GB/T5783GB/T70.1GB/T6170GB/T97等六角頭螺栓,螺母和墊片;

(3) 葉片螺桂:即風力發電機組葉片與輪轂連接使用的螺栓,主要使用的是來圖定制的非標雙頭螺柱。

二、材料要求

風力發電設備技術大多數從歐洲引進,按照高強度緊同什標準,風電用高強度緊同件比較復雜,廣泛使州含碳帚為0 Z5~055的中碳鋼和中碳合金鋼。現國內外風電使用的緊固件一覽表,見表1

 

1 風電用高強度螺栓材料國內外牌號一覽表

一般情況下風電用螺母選用4535鋼,有些產品指定用35CrMoA鋼;墊圈材料均為45鋼。

螺栓、螺釘、螺柱、螺母和墊圈所選用的材料的元素直接關系到緊固件的機械性能,不能低于推薦材料的機械性能。其他的檢驗項目和標準見表2

 

2 檢驗項目作標準

三、性能要求

1、通用要求

GB/T3098.1-2010《緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱》中對各等級緊固件有具體的數據,風電用螺栓大多選用10.9級強度,硬度等級為3239HRC,抗拉強度≥1040Mpa,斷后伸長率≥9%,斷后收縮率≥48%,低溫沖擊吸收能量Akv-4045℃)≥27J,緊固件生產廠家需要將制作螺栓、螺釘和螺柱的材料制作成試樣,按照GB/T3098.1-2010《緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱》中規定的FFl類和FF2類“全能承載能力的螺栓、螺釘或螺柱成品”實驗項目進行機械和物理性能試驗,全部符合GB/T3098.1-2010中規定的要求。

風電螺栓為了達到GB/T3101.1-2002B級產品的要求,直線度誤差為:0.0025XL+0.05(其中L為螺栓的公稱長度),一般在熱處理后經過矯直才能達標。

螺母機械性能應符合GB/T3098.2-2000中規定的全部標準。

2、螺栓機械性能

風電用高強度螺栓必須保證扭矩系數,同批次緊固件扭矩系數平均值為0.110.15,扭矩系數標準偏差應≤0.01。在保證預緊力為屈服強度的75%的情況下進行扭矩系數實驗。風電用高強度螺栓,由于表面采用了達克羅涂層,扭矩系數要靠安裝時涂抹Mos2來保證。如果螺紋表面和墊片作用而均涂抹MoS2,扭矩系數—般取值O.080.12,扭矩系數標準偏差應≤0.01。如果只在螺紋表面滁抹M0S2,扭矩系數值則會相應的略有提高,螺栓的直徑越大,提高越明顯。試驗方法按照GB/T50205-2001《鋼結構工程施工質量檢驗收規范》執行。每一個螺栓連接副包括1個螺栓、1個螺母利2個墊圈并應分屬同批制造。

用于通孔連接的螺栓由供席商直接提供達克羅(鋅鉻涂層)后的扭矩系數;用連接的螺栓由供應商提供扭矩系數。

高強度螺栓連接副的扭矩系數直接關系到風電機組安裝過程中高強度螺栓的緊固力,扭矩系數下均值及標準偏差的不準確性,會直接導致螺栓連接副緊固力的超擰或欠擰,對工程安裝質量產生影響。

GB/T1231-2006標準中對鋼結構用高強度大六角螺栓連接副扭矩系數的實驗方法及驗收做了嚴格規定。GB/T502052001《鋼結構工程施工質量檢驗收規范》標準中也對鋼結構用高強度六角螺栓連接副的驗收進行了說明與規定。但是,隨著高強度大六角頭螺栓連接副應用范圍的擴大,尤其是隨省風電機組裝機容量的增加,對螺栓連接副扭矩系數的重視程度逐漸提高。

四、尺寸與公差要求

緊固件尺寸公差和幾何公差應嚴格按照等級所對應的尺寸和幾何公差規定要求執行;直線度、全跳動按照GB/T3103.1-2002B級執行,其余未注公差按GB/T3103.1-2002GB/T3103.3-2000Cc級執行。螺栓和螺母螺紋的基本尺寸按GB/T196-2003粗牙普通螺紋的規定,螺栓螺紋公差帶鍍前6g級按照GB/T197-2003執行;鍍后6h級按照GB/T5267.2-2002執行。螺母螺紋公差帶鍍前6G級按GB/T197-2003執行;鍍后6H級按照GB/T5267.2-2002執行。螺栓的螺紋端按GB/T5779.1GB/T5779.2規定。

螺紋牙側表面粗糙度的最大參數值Ra應不小于3.2um。螺紋必須在熱處理后滾軋牙型,不允許機加工出螺紋。螺紋長度必需根據需方要求加工。

五、質量要求

螺栓連接副應進行表面防腐蝕處理。達克羅防腐的緊因件,防腐符合GB/T5267.2-2002GB/T18684-2002鋅鉻涂層技術條件;至少720小時的鹽霧試驗。防腐處理必須保證不會降低緊固件的機械和物理性能。

金相顯微組織檢測按照GB/T13298-1991執行,淬火馬氏體約90%、回火索氏體90%組織檢測;按照GB/T3098.1-2010進行脫碳試驗,低倍組織按GB/T1979-2001疏松、偏析缺陷≤1.52級進行檢測,按照爐批號每批次3件隨機抽檢。

表面裂紋試驗按照GB/T4730.4-20059.1.b款“緊固件和軸類零件不允許任何橫向缺陷顯示”執行;超聲波探傷試驗所有檢驗驗收標準執行JB/T4730.3-20054.6款《螺栓坯件的超聲檢測和質量分級》中I級要求。

產品應具備完成的質量證明書和合格證,M27以上高強度螺栓每種規格、每批批次必須有第3方檢測機構出具的高強度螺栓機械性能檢測報告,檢測項目按GB/T3098.1-2010執行。

六、風電緊固件制造工藝

風電高強度緊固件的制造工藝除冷鐓工藝外,還有溫鍛、冷擠壓以及切削加工等。而溫鍛螺栓生產工藝流程為:冷拔一下料一溫鍛成型一六角整形一淬火和回火一加工螺紋一表面處理。風電用高強度螺栓需要經過球化《火和調質兩道熱處理,使其強度級別達到10.9級。

10.9級及以上高強度螺栓而言,淬火組織的均勻性尤為重要。為確保高強度螺栓淬火時奧氏體化充分,淬火組織均勻,無未溶鐵素體及非馬氏體組織外,應充分重視淬火態組織的金相分析。國外的高強度螺栓螺栓熱處理很重視充分奧氏體化,確保其組織的均勻性,以獲得最佳的強韌性的配合,保障螺栓服役時的安全。國內高強度螺栓制造商對此尚未引起足夠的重視,普遍存在的問題是螺栓淬火組織的不均勻性。這種不均勻性在隨后的回火過程中是不能被消除的;雖然螺栓的強度及硬度值可以達到10.9級性能的要求,但由于組織均勻性差,螺栓含鐵素體量較多的區域,易造成早期的走效。因此,早熱處理調質工藝中應加強成產過程的控制。

近年來,表面處理中的轉化膜技術發展較快,在高強度緊固件上,螺栓采用較多的是磷酸鹽(磷化)或氧化(發黑)上油的表面處理方式,螺母,墊圈則一般采用磷皂化工藝。風電用高強度緊固件,為減少酸洗利電鍍等過程中產生氫脆的危險性保證10年的使用壽命,采用噴丸+非典接達克羅涂層,它對戶外緊固件的保護作用有機械屏蔽作用、自鈍化作用以及犧牲陽極電化學保護良好的表面防腐的作用,涂覆層應大于812微米,耐鹽霧試驗可達到1000h以上。

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