热处理在塔筒制造中的应用:风力发电几年回收成本

时间：2019-05-19 03:31:31　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　【摘要】热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构来控制其性能的一种金属热加工工艺。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，在塔筒制造的过程中这“四把火”也有着重要的应用，本文就从“四把火”的定义、作用以及热处理工艺在塔筒生产中的应用及影响分别加以论述。
　　【关键词】热处理；塔筒制造；退火；正火，淬火，回火
　　
　　随着低碳、环保之风的全球盛行，风能产业作为清洁能源产业的一个重要组成部分正在日益受到市场重视，伴随着越来越多的企业开始涉足风电塔筒制造业，整个行业对塔筒制造的认知度不断提高，同时也总结积累了诸多技术经验。这其中塔筒制造过程中的焊接工艺在很大程度上决定着塔筒的稳定性和安全性。而如何实现一个良好的焊接工艺，这就会应用到我们常提到的“热处理”。
　　什么是热处理？从定义来看，热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构来控制其性能的一种金属热加工工艺。下面就从热处理的这“四把火”在塔筒制造中的具体应用加以详述：
　　1.退火
　　1.1退火的定义：退火是将钢加热到AC1（加热时组织开始转变的实际临界温度）以上或以下温度，保温以后随炉缓慢冷却获得近于平衡状态组织的热处理工艺。为使均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢的成型机切削加工性能。
　　1.2退火的种类：钢的退火工艺种类很多，根据加热温度可分为两大类:一类是在临界温度(Ac1或Ac3)以上的退火，又称为相变重结晶退火,包括完全退火、不完全退火、球化退火和扩散退火（均匀化退火）等;另一类是在临界温度以下的退火，包括再结晶退火及去应力退火等。按照冷却方式，退火可分为等温退火和连续冷却退火。
　　1.2.1完全退火和等温退火:完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，它是将钢件或钢材加热至Ac3以上20~30℃，保温足够长时间，使组织完全奥氏体化后缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。
　　1.2.2球化退火:球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具、量具、模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。
　　1.2.3去应力退火:去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。
　　1.2.4不完全退火:不完全退火是将钢加热至Ac1~Ac3(亚共析钢)或Ac1~ACcm(过共析钢)之间，经保温后缓慢冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。
　　1.3退火在塔筒制造中的应用：塔筒制造过程中，在对于厚度大于30mm钢板的焊接，门框与筒体钢板焊接时进行的焊前预热就属于退火处理，目的是均匀钢的内部组织，细化晶粒，调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢的成型机切削加工性能；而厚度大于30mm的钢板，焊缝局部进行的焊后热处理也属于应力退火处理，其目的是消除焊后的残余应力，如果这些应力不予消除，将会引起塔筒在一定时间以后产生变形或裂纹。但焊前预热不能温度过高，如果温度过高不仅会引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部会出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。使零件的机械性能下降，大大降低了焊缝的使用寿命；焊缝局部进行的焊后热处理也不能过热，加热温度过高或在高温下保温时间过长，则会引起奥氏体晶粒粗化称为过热，粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。
　　2.正火
　　2.1正火的定义：正火是将钢加热到AC3（亚共析钢加热时组织完全转变的实际临界温度）或ACM（过共析钢加热时组织完全转变的实际临界温度）以上，保温以后在空气中冷却的一种热处理工艺。
　　2.2正火在塔筒制造中的应用：塔筒制作过程中，多道焊时对上一道焊缝起到的就是正火处理作用，正火后获得的珠光体组织较细，钢的强度、硬度也较高；在焊接环境温度较低的情况下，焊接药皮在焊接时进行保留，使其自然脱落，使焊缝自然冷却，这种情况也属于正火的一种；焊缝焊接完成后马上加盖石棉布进行加热，加热温度不高于600℃，加热时间控制在1-2h，使珠光体组织得到细化，增加焊缝的强度，从而使焊缝的机械性能得以提高。
　　3.淬火
　　3.1淬火的定义：淬火是将钢加热至临界点AC1（加热时组织开始转变的实际临界温度）或AC3（亚共析钢加热时组织完全转变的实际临界温度）以上一定温度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体组织的热处理工艺。
　　3.2淬火在塔筒制造中的应用：塔筒制作过程中，焊缝焊后若是马上在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却，这种情况就属于淬火处理。对Q345钢焊缝易产生脱碳现象，致使淬火后焊缝表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹；另外焊缝淬火还易产生氢脆现象，致使焊缝塑性和韧性降低，在焊缝表面易发生开裂，在热影响区位置也易产生裂纹。
　　4.回火
　　4.1回火的定义：回火是将淬火钢在A1（钢相变温度）以下温度加热，时期转变为稳定的回火组织，并以适当方式冷却到室温的工艺过程。
　　4.2回火的目的：1．降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。2．获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。3．稳定工件尺寸 4．对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。
　　4.3回火在塔筒制造中的应用：在塔筒制作的过程中，焊缝若是出现返修时，可以对返修部位进行高温回火的热处理方式进行调质处理，起到正火、回火的作用，保温一段时间后放置空气中自然冷却，从而使焊缝机械性能趋于稳定，使焊缝获得强度、硬度、塑性、韧性都较好的综合机械性能。
　　总之，热处理中的“四把火”在塔架生产过程中起到了举足轻重的作用，只要在塔架生产工序中正确合理的应用好这“四把火”，就能够大大的改变和加强塔架焊缝的力学性能，从而延长塔架的使用寿命。
　　参考文献
　　[1]朱元星,刘忆主编.金属学与热处理.中国林业出版社,2006.
　　[2]程汉华主编.焊接工艺学.北京:人民交通出版社,1995.
　　[3]方洪渊主编.焊接结构学.北京:机械工业出版社,2009.
　　[4]张文钺主编.焊接冶金学.北京:机械工业出版社,1996.
　　[5]GB 150-1998. 《钢制压力容器》
　　[6]GB/T 5293-1999.《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊接》

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