استفاده از Q690E (فولاد فوق-بالا- خاموش شده و خنثی شده با مقاومت تسلیم بیشتر یا مساوی 690 مگاپاسکال و چقرمگی -40 درجه) برای برج های توربین بادی، نشان دهنده مرزی در طراحی است که برج های بلندتر و سبک تر را برای جذب انرژی بیشتر میسر می سازد. با این حال، این نرم افزار فولاد را در معرض بارگذاری خستگی پیچیده، بالا{7} و با دامنه متغیر ناشی از باد، گرانش و دینامیک روتور قرار می دهد. افزایش مقاومت در برابر خستگی برای یک عمر طراحی 20-25 ساله بسیار مهم است.
این استراتژی باید کل نگر باشد و بر طراحی، ساخت، و{0}}پس از درمان تمرکز داشته باشد تا از خواص ذاتی ماده پایه محافظت کند. در اینجا یک رویکرد سیستماتیک وجود دارد:
1. مرحله طراحی: بنیاد زندگی خستگی
عمر خستگی به طور قاطع در تخته طراحی تعیین می شود. هدف از بین بردن عوامل متمرکز کننده استرس است.
طبقه بندی جزئیات: تمام اتصالات و انتقال ها را به بالاترین دسته بندی جزئیات خستگی ممکن طراحی کنید (به عنوان مثال، رده 140 یا بالاتر بر اساس استانداردهایی مانند EN 1993-1-9 یا معادل). این یعنی:
استفاده از جوش لب به لب با نفوذ کامل: برای تمام جوش های طولی و محیطی اولیه. میله های پشتی را بردارید و ریشه و کلاهک جوش را همسطح با فلز پایه آسیاب کنید و از صافی سطح داخلی و خارجی اطمینان حاصل کنید.
از اتصالات روی فلنج ها خودداری کنید: گیره های بالابر، براکت های کابل یا سایر اتصالات را مستقیماً به دیوار برج با فشار زیاد (به خصوص در بخش های پایین) جوش نکنید. به جای آن از محلول های گیره دار یا پیچ دار استفاده کنید.
شعاع سخاوتمندانه: هر گونه تغییر در بخش (مثلاً در دهانه درها، جابجایی ها) باید شعاع بزرگ و صافی داشته باشد. از بریدگی های تیز خودداری کنید.
اتصالات فلنج-به-شل: طراحی با انتقال صاف. انتقال مخروطی را به تغییرات ناگهانی قطر ترجیح دهید.
2. ساخت و جوش: کنترل فرآیند بحرانی
عیوب معرفی شده در اینجا آغازگر اولیه ترک های خستگی هستند.
تناسب-بالا و تراز: تناسب کامل-بالا الزامی است. عدم تطابق (سلام-لو) باید به حداقل برسد (< 10% of plate thickness). Misalignment creates secondary bending stresses.
روشهای جوشکاری با کیفیت بالا-:
فرآیند: از جوشکاری زیرپودری خودکار/رباتیک (SAW) یا جوشکاری قوس فلزی گازی (GMAW) برای سازگاری برتر استفاده کنید.
کم-هیدروژن: برای جلوگیری از ترکخوردگی سرد ناشی از هیدروژن (HICC) اجباری است. از{3}}الکترودهای هیدروژن/شار کم پخته شده استفاده کنید، از قبل گرم کنید (معمولاً 100-150 درجه برای Q690E)، و دمای بینگذر را حفظ کنید.
نمایه جوش: پروفیل های جوش صاف و محدب را با زاویه انتقال ملایم انگشت پا ایجاد کنید (تا 30 درجه را هدف بگیرید). Undercut مطلقاً ممنوع است.
عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT): برای برجهای ضخیم Q690E (بیش از یا مساوی 50 میلیمتر)، PWHT برای کاهش تنشهای باقیمانده جوشکاری که میتواند بخش بزرگی از چرخه تنش را تشکیل دهد، اکیداً توصیه میشود.
کیفیت مواد: Q690E را با ویژگیهای جهت Z بالا (از طریق-ضخامت) (Z25 یا Z35) برای مقاومت در برابر پارگی لایهای در مفاصل T- یا صفحات ضخیم بسیار محدود مشخص کنید.
3. Post{1}}Weld Treatment (PWT) – The Game Changer برای Q690E
این مستقیم ترین و قوی ترین روش برای افزایش استحکام خستگی جزئیات جوش داده شده است، که اغلب دسته جزئیات را 1-2 کلاس بهبود می بخشد.
سنگ زنی با فرز / سنگ زنی پنجه جوش: انگشت جوش را به شکل صاف مقعر آسیاب کنید و بریدگی تیز و سرباره زیرسطحی را از بین ببرید. این موثر است و به طور گسترده استفاده می شود.
پانسمان TIG (ذوب مجدد): از مشعل TIG برای ذوب مجدد انگشت جوش، صاف کردن پروفیل و اصلاح ریزساختار استفاده کنید. این نیز کمک می کند اما نیاز به کنترل دقیق دارد.
درمان ضربه با فرکانس بالا-(HiFIT) / درمان ضربه اولتراسونیک (UIT): این استاندارد طلایی برای کاربردهای حیاتی است.
فرآیند: از سوزنهای اولتراسونیک برای چکش زدن انگشت جوش استفاده میکند، که باعث میشود:
تنش های پسماند فشاری مفید: این نکته کلیدی است. تنش های فشاری بارهای خدمات کششی را خنثی می کند و به طور چشمگیری شروع ترک را به تاخیر می اندازد.
بهبود هندسه: انگشت پا را صاف می کند.
اصلاح ریزساختار: کار{0}}سطح را سخت میکند.
اثر: می تواند عمر خستگی را بین 3 تا 10 بهبود بخشد. به ویژه در فولادهای با استحکام بالا مانند Q690E موثر است زیرا می توانند تنش های فشاری بالاتری را تحمل کنند.
4. حفاظت در برابر عوامل محیطی
حفاظت در برابر خوردگی: قدرت خستگی در هوا (Fatigue~Air) به مراتب بیشتر از یک محیط خورنده (Fatigue~Corosion) است. یک سیستم پوشش قوی ضروری است:
داخلی: پوشش اپوکسی.
خارجی: سیستم چند لایه (اپوکسی + پلی اورتان) مناسب برای جوهای شدید دریایی/دریایی.
از فرسودگی و فرسودگی اجتناب کنید: در اتصالات فلنج پیچ، از پیش بارگیری مناسب پیچ اطمینان حاصل کنید و از پوشش ها/پدهای محافظ برای جلوگیری از حرکت میکرو-و خستگی استفاده کنید.
5. ساخت و نظارت پیشرفته
برش دقیق: از برش لیزری یا پلاسما با ورودی گرمای کنترل شده برای جلوگیری از ایجاد ناحیه سخت و حساس به ترک-گرمای حساس-در لبه های بریده شده استفاده کنید.
نظارت بر سلامت سازه (SHM): برای نظارت بر طیف تنش واقعی و تشخیص شروع زودهنگام ترک، کرنش سنج ها و حسگرهای انتشار صوتی را در جزئیات مهم (به عنوان مثال، پایین ترین بخش برج، گوشه های درب) نصب کنید.
کاربرد-ملاحظات خاص برای برج های توربین بادی:
| جزئیات بحرانی | خطر خستگی | استراتژی افزایش |
|---|---|---|
| جوش های طولی و محیطی | شروع ترک در نوک پا/ریشه جوش. | نفوذ کامل، فلاش زمین + UIT روی تمام خطوط انگشت پا اعمال می شود. |
| بازشوهای درب/پنجره | تمرکز استرس بالا در گوشه ها. | دهانه های بیضوی با شعاع گوشه های بزرگ، تقویت شده با صفحات دوبلور جوش داده شده با نفوذ کامل و UIT. |
| اتصالات حلقه فلنج (پیچ و مهره ای) | استرس خمشی، بالقوه برای ناراحتی. | ماشینکاری دقیق سطوح تماس، پیچ و مهرههای از پیش بارگذاری شده با استحکام بالا، پوششهای تقویتکننده اصطکاک (بهعنوان مثال، Al با پاشش حرارتی). |
| پیوست های داخلی/خارجی | افزایش دهنده استرس محلی | در صورت امکان اجتناب کنید. در صورت نیاز از پروفیل های جوش مداوم و به دنبال آن سنگ زنی استفاده کنید. |
| حلقه پایه برای جوش | تنش چند محوری پیچیده. | جوش نفوذ کامل با شعاع انتقال، PWHT اجباری برای مقاطع ضخیم و به دنبال آن UIT. |
"DO NOT"های مهم برای Q690E:
اجازه ندهید هیچ آندرکاتی باقی بماند. این یک کرک استارتر قوی است.
PWHT را برای صفحات ضخیم نادیده نگیرید. استرس پسماند عامل اصلی خستگی است.
فرض نکنید که فولاد با استحکام بالاتر استحکام خستگی بالاتری دارد. حد خستگی (محدودیت استقامت) اغلب با استحکام کششی متناسب است، اما بریدگی ها و جوش ها این مزیت را نفی می کنند. یک جزئیات پردازش شده در Q690E می تواند بهتر از جزئیات درمان نشده باشد، اما جزئیات ضعیف در Q690E ممکن است سریعتر از فولاد درجه پایین تر شکست بخورد.
صاف کردن شعله یا اعمال حرارت کنترل نشده را انجام ندهید، که می تواند مناطق شکننده ایجاد کند.
خلاصه: مسیر افزایش خستگی برای برج های Q690E
طراحی برای یکنواختی: بالاترین دسته بندی جزئیات خستگی را از ابتدا در اولویت قرار دهید.
ساخت با دقت: ایجاد تناسب کامل-جوشکاری هیدروژن پایین-و پروفایل های بی عیب و نقص.
جوش ها را درمان کنید: UIT/HiFIT را روی تمام انگشتان جوش حساس اعمال کنید-این تنها موثرترین گام برای استفاده از پتانسیل Q690E است.
کاهش استرس جهانی: از PWHT برای مقاطع ضخیم استفاده کنید تا استرس متوسط را کاهش دهید.
محافظت در برابر خوردگی: یک سیستم پوشش{0} با یکپارچگی بالا را اعمال کنید و حفظ کنید.
در نتیجه، افزایش مقاومت در برابر خستگی Q690E در برج های بادی به تنهایی مربوط به مواد پایه نیست. این در مورد ایجاد یک ساختار جوش داده شده "کامل" است که در آن غلظت تنش به حداقل می رسد، و تنش های پسماند کنترل یا مفید می شوند. سرمایهگذاری در طراحی برتر، ساخت خودکار، و عملیاتهای جوشکاری پیشرفته برای باز کردن مزیتهای اقتصادی و عملکردی استفاده از این فولاد فوق--با استحکام بالا برای چنین کاربردهای سختی ضروری است.