一、概述

隨著我國風電市場的迅猛發展，風力發電機組單機容量越來越大，3 MW塔筒生產已經越來越普遍，由于發電機及塔筒自重都在增加，塔筒直徑及壁板的厚度也越來越大，直徑一般達到4700 mm,壁板厚度可達到60 mm,而且每段塔筒的長度均達到15 m以上，塔筒材料是低合金材料Q345E，對于這樣的大件要采用熱處理的方式消除焊接應力，以塔筒廠的生產條件很難達到。

在塔筒環縫、縱縫的焊接時采用的是埋弧自動焊,在填充金屬時接頭部位留有余高、凹坑及各種焊接缺陷,造成嚴重的應力集中，同時,還產生一定數值的焊接殘余拉應力。在焊趾部位距離表面0.5 mm左右處一般存有熔渣等缺陷，該缺陷較尖銳，相當于疲勞裂紋提前萌生。焊接接頭在應力集中，焊趾熔渣缺陷及焊接殘余拉應力的聯合作用下，導致疲勞強度嚴重降低。

隨著振動相關理論的發展以及超聲波的應用，振動時效設備越來越成熟，型號越來越多，能夠對幾百噸重的零部件進行應力消除；超聲沖擊設備消除應力的效果也越來越多的被行業認可；振動時效技術及超聲沖擊消除應力技術在風電制造行業的應用也在增加。

二、兩種應力消除技術

1、振動時效消除應力

振動時效是采用外力振動的方式，使工件內部產生一定周期性交變作用力，作用力和工件本身殘余應力疊加，超過工件的微觀屈服極限便導致工件發生微觀的塑彈性力學變化，從而達到完美的殘余應力，使工件內部各方面作用的力基本趨于平衡，防止工件變形，提高工件疲勞極限。

2、超聲沖擊原理（豪克能焊接應力消除設備）

超聲沖擊處理法即采用豪克能焊接應力消除設備，焊后利用超聲波以每秒二萬次以上的頻率沿焊縫方向沖擊焊縫的焊趾部位，使之產生較大的壓縮塑性變形，使焊趾處產生圓滑的幾何過渡，從而減少焊趾處所產生的凹凸不平造成的應力集中，消除焊趾處表層的微小裂紋和熔渣缺陷，抑制裂紋的提前萌生，調整焊接殘余應力場，消除其焊接拉應力（絕大多數情況下，殘余拉應力對焊接結構疲勞強度的影響是不利的），在焊趾附近產生一定數值的殘余壓應力，并使焊趾部位材料得以強化，從而提高焊接接頭疲勞強度和疲勞壽命。

三、工藝實施

現場實施時，先對工件整體進行振動時效，要注意需將工件用帶彈性的支撐物與地面隔開，支撐要穩固，對于基礎環需三點支撐。將振動時效儀的激振器固定在構件上，與控制器連接，并使用傳感器收集數據。對于振動時效，最重要的幾個參數是：“ 支撐點、振型、激振點、拾振點、加速度、固有頻率、時間。”其中振動加速度、共振頻率、共振時間是決定時效工藝效果的主要參數。因此，振動時效技術國家標準規定，必須使用參數曲線觀測法，來間接評定振動時效工藝效果。HK2000 振動時效設備，可將振動時效的振前掃頻曲線、時效曲線、振后掃頻曲線、振前和振后掃頻比較曲線，記錄和打印出來。經過對曲線的比較，符合J B/ T 10 3 7 5 -2 0 0 2 標準要求，即說明振動時效效果達到要求。

然后對焊縫進行超聲沖擊，提高焊接接頭疲勞強度，使之產生較大的壓縮塑性變形，使焊趾處產生圓滑的幾何過渡，從而減少焊趾處所產生的凹凸不平造成的應力集中，消除焊趾處表層的微小裂紋和熔渣缺陷。

四、結束語

采用HK2000振動時效和豪克能焊接應力消除技術（超聲沖擊）結合的方法對風力發電機組塔筒進行應力消除，既可以消除整個構件的應力，又對焊縫處重點處理，消除焊接接頭處的微小裂紋，焊渣缺陷，調整了焊接殘余應力場，大幅降低其焊接拉應力，大大提高構建的穩定性，進一步提高焊接接頭的疲勞強度和疲勞壽命。另外這種處理方式不受工件材質、形狀、結構、鋼板厚度、重量、場地限制，容易實施，而且環保、節能安全無污染，在風電塔筒制造行業值得推廣應用。