El proceso de soldadura del tratamiento térmico por inducción se aplica en la construcción de tubos de torres eólicas.
El tubo de la torre eólica es una placa de espesor medio con acero de alta resistencia y baja aleación. Como una gran estructura de ingeniería de soldadura, el área de soldadura es la parte más débil de la estructura de la torre. Mientras tanto, la torre se encuentra bajo un ambiente hostil, como baja temperatura y viento fuerte durante mucho tiempo, especialmente la torre de energía eólica marina, y el área de soldadura es propensa a agrietarse. En general, es necesario realizar un tratamiento térmico en las piezas soldadas clave después de la soldadura para mejorar su resistencia a la fractura a baja temperatura y garantizar el funcionamiento seguro de la torre. Sin embargo, hay muchas partes soldadas en la torre, un largo período de construcción de tratamiento térmico y alto costo, y el área de sombra caliente es fácil de endurecer durante la soldadura, que es altamente sensible al hidrógeno y propensa a grietas retardadas inducidas por hidrógeno. Especialmente cuando la junta de soldadura está sometida a una gran tensión, es más probable que se produzcan todo tipo de grietas, por lo que, además de la soldadura, se debe considerar estrictamente la combinación razonable de resistencia y tenacidad del material de soldadura y el material de base, seleccionar el adecuado y proceso de soldadura eficiente y optimizar los parámetros de soldadura, la selección de equipos de tratamiento térmico y el proceso también es crucial. El proceso de tratamiento térmico tradicional que utiliza calentador de resistencia cerámica y aislamiento de asbesto, la desventaja es que el error de control de temperatura es grande, la barra de pared gruesa dentro y fuera de la uniformidad de la diferencia de temperatura, soldadura de alta dureza, baja eficiencia, poca seguridad (resistencia) expuesta a mucho uso en el cuerpo humano y material dañino para el medio ambiente como el asbesto, la cerámica es el diseño de muchos bienes de consumo que consumen mucho tiempo, como se muestra en la figura 1.
En base a las razones anteriores, el proceso de tratamiento térmico por inducción de alta frecuencia se desarrolló para realizar el tratamiento térmico en la soldadura del tubo de la torre eólica, lo que resolvió con éxito el problema del tratamiento térmico posterior a la soldadura del tubo de la torre de energía eólica datang Huangdao 5MW, cumplió con la soldadura. requisitos de control de calidad del tubo de la torre eólica y aseguró la calidad general del tubo de la torre.
1. Material del tubo de la torre eólica y principio de tratamiento térmico por inducción
A. Materiales de torres eólicas
El material base del tubo de la torre eólica del proyecto de energía eólica de 5MW de Datang Huangdao es Q345D, el grosor de la placa es de 36 mm y el material de la brida es Q345E-Z35, 70 mm. El diámetro del cañón de la torre es de 4260 mm. Sus propiedades mecánicas y composición química están de acuerdo con GB/T1591-2008. Se requiere que la unión soldada a -40 ℃ tenga una energía de absorción de impacto AKV≥34J. Los parámetros principales de parte de la brida y el tubo de la torre que requieren tratamiento térmico se muestran en la Tabla 1. La ranura de soldadura adopta una ranura en forma de V, raíz de ranurado de aire de arco de carbono, caudal de gas CO2 de 15 ~ 20 L/min, soldadura por arco sumergido flux SJ101, y otros parámetros de soldadura se muestran en la Tabla 2.
Tabla 1 Parámetros principales de la brida y el barril de la torre:
Tabla 2 Proceso de soldadura de brida y barril de torre:
B. Principio y modelo de tratamiento térmico por inducción
La corriente alterna en la bobina produce el campo magnético alterno, que genera la corriente inducida en la pieza de trabajo y calienta la pieza de trabajo por la corriente inducida. En el proceso de calentamiento por inducción, toda la sección de la pieza de trabajo tiene la corriente de calentamiento por inducción, y la gradiente de temperatura interna es pequeño. La región más caliente está debajo de la superficie de la pieza de trabajo y el calor se conduce rápidamente al interior del metal, como se muestra en la Figura 2.
HIGO. 3 muestra el tratamiento térmico por inducción de la soldadura del barril de la torre. Antes del tratamiento térmico, la bobina de inducción electromagnética de calentamiento flexible se distribuye a ambos lados de la soldadura del cilindro de la torre. La bobina de inducción magnética termoeléctrica es menor que el grosor de la pared del cilindro de la torre, y la posición de aislamiento, la posición de calentamiento y la banda de corriente se cubren sucesivamente.
HIGO. 2 Principio del tratamiento térmico por inducción
HIGO. 3 Tratamiento térmico por inducción de la costura de soldadura del tambor de la torre
2. Tecnología de tratamiento térmico y determinación de resultados.
A. Proceso de tratamiento térmico
Se utilizó un equipo de calentamiento por inducción de frecuencia intermedia de ProHeat35 para el tratamiento térmico. Bobina de inducción electromagnética de calentamiento flexible con suministro de agua interno; La lana de roca se utiliza para el aislamiento de soldadura de tratamiento térmico; Hay 8 cables de termopar tipo K para medir la temperatura, 4 instalaciones internas y 4 instalaciones externas para monitorear la temperatura de las paredes interna y externa del tubo de la torre respectivamente, y las posiciones están ubicadas en las posiciones 12, 3, 6 y 9 puntos del tubo de la torre respectivamente, como se muestra en la FIG. 4.
Figura 4 Posición del termopar en el interior
Precalentamiento antes de soldar, 80 ~ 125 ℃; Proceso de tratamiento térmico posterior a la soldadura: temperatura de soldadura superior a 300 ℃, tasa de aumento de temperatura de 90 ~ 104 ℃/h, tasa de enfriamiento de 100 ~ 130 ℃/h; La velocidad de aumento de la temperatura no se puede controlar por debajo de 300 ℃. Temperatura constante y temperatura de conservación del calor 630 ℃ ± 15 ℃, conservación del calor durante 2.5 horas, el tratamiento térmico posterior a la soldadura debe completarse dentro de las 12 horas posteriores a la soldadura. La curva de proceso del tratamiento térmico posterior a la soldadura se muestra en la FIG. 5.
HIGO. 5 Proceso de tratamiento térmico de costuras de soldadura
B. Resultados y análisis de las pruebas
(1) Diferencia de temperatura entre las paredes interior y exterior
HIGO. 6 muestra las temperaturas de las paredes interior y exterior durante el tratamiento térmico por inducción. Como se puede ver en la Figura 6, los datos medidos de las paredes interior y exterior en los 8 puntos de medición de temperatura indican que la diferencia de temperatura entre las paredes interior y exterior es pequeña, que puede controlarse básicamente dentro de los 20 ℃ y es más uniforme que el calentamiento cerámico o el calentamiento por resistencia de las paredes internas y externas.
HIGO. 6 Temperatura de la pared interior y exterior
(2) Dureza de la soldadura después del tratamiento térmico
Prueba de dureza según ASTM E92, los resultados de la prueba se muestran en la Figura 7. La prueba de dureza muestra que la dureza de la zona afectada por el calor después del tratamiento térmico es ligeramente superior a 20HV, y la dureza de la zona de soldadura es > 200HV. De acuerdo con los requisitos, el valor de dureza del acero Q345 después del tratamiento térmico debe ser inferior a 320HV.
HIGO. 7 Dureza de la soldadura después del tratamiento térmico
(3) prueba de rendimiento de flexión
Se probaron las propiedades de flexión de la muestra de evaluación del proceso de soldadura con el mismo proceso de tratamiento térmico. Los resultados mostraron que no se encontraron grietas en la prueba de flexión superficial y los resultados fueron calificados.
(4) Evaluación del proceso
La prueba de muesca Charpy V se llevó a cabo para las muestras de evaluación del procedimiento de soldadura con el mismo proceso de tratamiento térmico a -40 ℃ según BS EN10045.1. Máquina de prueba de impacto modelo JBN-500-086. Consulte la Tabla 3 para conocer los resultados de la prueba de impacto. Los resultados del impacto muestran que la energía de absorción del impacto en la zona afectada por el calor es mayor que en la zona de soldadura. La resistencia al impacto del metal de soldadura y la zona afectada por el calor en la prueba de impacto de -40 ℃ es mucho mayor que el valor estándar.
Tabla 3 Resultados de la prueba de impacto Charpy con muesca en V:
3.Notas al final
El proceso de tratamiento térmico por inducción tiene las ventajas de calentamiento uniforme, alta eficiencia, efecto de ahorro de energía obvio, velocidad de calentamiento rápida y bajo costo, que cumplen con los requisitos del proceso de tratamiento térmico posterior a la soldadura.