风电高强度紧固件质量监督管理分析

风电高强度紧固件质量监督管理分析

李音

中车永济电机有限公司       山西永济        044500

摘 要：现代工业的快速发展得益于生产技术的提升，对风电高强度紧固件质量的保证，有利于稳固工业生产的基础。相关技术人员通过对风力发电机组的叶片、风机与塔筒高强度螺栓断裂的原因进行调查分析，可以准确地查找出该机组中螺栓在早期失效的焦点问题，并从紧固件质量监督管理的角度出发，制定相应的方法来控制机组各零件的质量。本文从高强度螺栓失效的原因进行分析，对风电机组的紧固件质量监督管理做出深入探究。

关键词：风电机组；高强度；紧固件；质量监督；管理实践

风电场一般建设在风力资源比较丰富的地区，所以相关机组的运行环境是比较恶劣的，会在一定程度上影响风电设备的运行状态。尤其是海上区域的风电机组运行环境，要比陆地上更加恶劣，通常会经受着外在条件的腐蚀，而高强度螺栓作为各部件连接使用的紧固件，影响着风电机组的安全运行状况，尤其是塔筒、主轴与轮毂之间的连接，这些部分的螺栓质量最为关键，其受力因素也是最佳复杂的，会直接影响着风电机组运行的安全与寿命。可见，做好紧固件安全设计与质量监督是非常重要的。

一、风电高强度紧固件失效的原因

（一）塔筒高强度螺栓断裂的原因

以头杆结合部位的断裂为例，螺栓本身未出现明显的缩颈现象的，周围断口处的边缘深入锌液，这属于脆性断裂的情况，中间部分则属于韧性断裂。从这类情况的断裂状态来看，应从失效螺栓的机械性能与PT头部探伤等角度分析其原因。在PT头部探伤中发现并无明显的裂缝，是符合技术要求的；化学成分的分析中，技术人员从断裂螺栓中进行取样，符合相关规定中的42CrMoA的标准；力学性能实验中，实测发现符合国家关于风电高强度固件的性能要求；金相检测与维氏硬度分析中，在光学显微镜下发现螺栓的组织为正常的调质状态，硬度值比较均匀，回火索氏体的占比要远远高于90%的标准，说明该构件的热处理工艺是比较稳定的。由于裂纹在热镀锌之前就已经存在，所以技术人员可以排除“氢脆”的可能性，其断裂的原因主要是螺栓在红打调试模具阶段就已经产生缺陷，而热处理淬火时才产生微裂纹，那么在安装以后就会随着运行时间的延长而发生断裂的情况。

（二）叶片高强度螺栓断裂的原因

这类情况是指叶片在安装时出现一颗双头螺栓断裂的情况，经过与新螺栓的对比以后可以发现，断裂处位于螺杆的变径部位，断口处明显可以看到缩颈的现象，也有未变形的螺杆部分。技术人员从理化试验中发现该螺栓属于塑性断裂；化学成分检验中发现其化学成分，是符合国家相关规定中的42CrMoA的要求的；相关力学性能试验中，通过对螺栓杆部拉伸性与冲击功的检测，得知均符合国家有关标准中的10.9级的要求，螺栓的短侧硬度值为16.5HRC，却低于国家要求的标准值，长测的硬度值符合相关要求。在金相检验中，技术人员并未发现该螺栓存在明显的缺陷，其短侧至断口处的显微组织属于“珠光体+铁素体+回火索氏体”，长侧处的显微组织则与之不同，主要是“回火索氏体+少量铁素体”，属于正常的组织形态。由此可见，该螺栓属于塑性断裂，是因为短侧的显微组织异常导致的螺栓局部强度不足，在安装过程中产生拉伸应力而出现断裂。

二、风电高强度固件质量监督管理的实践应用

（一）依照标准检查原材料品质

为了保证风电机组中高强度固件的质量达到要求，不会轻易发生断裂的情况，从制造过程中，生产商就应做好质量监督工作，按照当前我国实行的《紧固件机械性能螺栓螺钉和螺柱》中的要求，使其性能达到10.9级，抗拉伸的轻度应当在1040MPa的标准之上，硬度值可以达到32HRC至39HRC之间，断后的拉伸率达到9%，断面的收缩率达到48%，可以采用合金的结构钢来制造，并做好零件的调质处理。其中，工艺与材料是优化机械制造的基础，生产商应当在优化质量体系的基础上，重点对零件的原材料生产工艺、热处理工艺及无损检测技术等方面进行深入研究，毕竟原材料的质量直接影响着高强度固件的质量，所以从源头对原材料的品质进行严格把控，可以减少许多质量问题的发生。在材料检测工作中，生产商要做好材料复检与质量证明文件的审核工作，严格按照规范对进料做出检查。

（二）对加工工艺做好监督控制

目前国内对风电高强度紧固件的加工工艺，主要包括锻造、切削加工及热处理等工艺，技术人员应在制造零件的过程中，对各项工艺的执行过程加以严格的控制，做好中间流程的检查与监督。而紧固件的尺寸公差、几何公差等，必须严格的按照零件的等级所对应的尺寸及公差规定，执行其具体的生产要求，包括零件的直线度、全跳动等，需按照有关部门发布的《紧固件公差螺栓螺钉螺柱和螺母》标准中的B等级为准，其他并未做出特殊要求的部分，应按照《紧固件公差平垫圈》中的C等级作为标准。以热处理工艺的质量监督工作为例，风电机组使用的高强度螺栓零件强度必须达到规定的10.9级，借助热处理工艺可以使其实现调质的目标，保证高强度螺栓的淬透性，而钢材的化学成分、尺寸大小、温度控制与降温方式等，都会影响着高强度螺栓的淬火深度，技术人员在实际执行淬火工艺时，可能会为了节省费用而忽视加热保温的效果，导致高强度螺栓的奥氏体转化不足或者淬火组织不够均匀等，那么高强度螺栓就容易出现早期失效的问题，所以技术人员应当针对流程中容易出现问题的环节，做出严格的要求可针对性的解决方案，以便于加强监督控制的力度。

结束语：

在风电机组设备的制造过程中，因为高强度紧固件失效的问题造成的经济损失，必须引起企业的重点关注，对高强度紧固件的质量把控是十分重要的，需从高强度紧固件的生产流程中加以检验，不断强化零件的质量控制，以保证风电机组运行的可靠性。

参考文献

[1]朱菡,温家浩. 高强度风电紧固件氢脆研究进展与分析[C]//中国农业机械工业协会风力机械分会.第九届中国风电后市场交流合作大会论文集.第九届中国风电后市场交流合作大会论文集,2022:271-277.

[2]宋世斌,潘志强.风电高强度紧固件质量监督管理[J].机械工业标准化与质量,2021(12):41-45+47.

[3]包石磊,许志军,刘键,白澈力格尔,刘和家.风电用高强度紧固件用钢成分设计及热处理工艺研究[J].天津冶金,2021(03):30-32+37.