一种风电机组球墨铸铁主机架的焊接修复方法与流程

本发明属于焊接修复技术领域，其具体涉及一种风电机组球墨铸铁主机架的焊接修复方法

背景技术：

主机架是风电机组的主要承载部件，支撑着风机的传动系统，通过主轴连接叶片轮毂，其上部安装有前轴承座、后轴承座及支撑齿轮箱的扭矩臂。主机架后部为辅机架，二者以紧固螺栓连接，辅机架的弯矩也通过紧固件作用于主机架。主机架承受应力较高，受力复杂，在实际的工作状态下，由于风速变化引起的复杂载荷变化和频繁的启动、停机，很容易造成主机架的冲击和振动，在主机架内部引起较大的动态应力，同时，在周期应力下长期工作也可能造成主机架的疲劳损伤，在一些应力集中部位引发力学性能下降、开裂等缺陷，影响机组安全运行。

主机架作为支撑件，需满足刚度、强度及稳定性的要求，材质一般为球墨铸铁，由于其组织中的碳要以球状石墨的形态存在，这在焊接状态下很难形成，使其焊接性较差。同时，由于焊缝金属冷却速度快，不同于铸铁在型砂中的冷却速度，并有部分铸铁母材熔入焊缝，使焊缝的含碳量增高，热影响区的半熔化区和焊缝易产生马氏体淬硬组织，而母材易产生白口组织等性能较差的组织，造成组织与力学性能的不均匀，容易在焊接过程中形成冷裂纹与热裂纹。另外，球墨铸铁表面组织气孔、夹杂较多，在焊接应力的作用下，都可以成为焊接打底与盖面过程中的裂纹源，使打底与盖面时出现裂纹的机率大增，进一步增加了其焊接的难度。

随着风电机组运行时间的延长，主机架会因周期及突发应力而产生裂纹，当前主要修复方法有两种，一种为机械固定法，将止裂钉打入裂纹两端及裂纹内部，阻止裂纹扩展的同时补足其强度。此方法优点是简单易行，缺点是无法消除裂纹缺陷，裂纹有扩展的风险，从而危及风电机组的安全运行。第二种为焊接方法，采用普通的对焊工艺进行，此方法优点是高效易行，但是在实践过程中常因为焊接过程中出现裂纹而修复失败。因此，现行方案均不能有效地修复风电机组球墨铸铁主机架的裂纹缺陷。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种风电机组球墨铸铁主机架裂纹缺陷的焊接方法，实现高效彻底地修复主机架裂纹缺陷，保证机组安全运行。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种风电机组球墨铸铁主机架的焊接修复方法，按照如下步骤进行：

消除裂纹缺陷后制作坡口，坡口为单面v型坡口，垂直于坡口表面开设螺纹孔，螺纹孔中设置螺栓；

在坡口的表面对螺栓进行焊接，具体的，采用氩弧焊绕螺栓进行打底焊接，同时在坡口的表面进行氩弧焊打底焊接，直至填满坡口表面；

对整个坡口表面的氩弧焊打底层进行表面检测；

使用焊条电弧焊进行分段焊接，继续填充坡口，每焊接完成一段，立即锤击该段焊缝表面，直至焊接完成。

所用螺栓为表面镀镍的螺栓，其屈服强度大于待修复母材的抗拉强度。

螺栓插入母材部分不少于10mm，两根螺栓间距为30-50mm，螺栓中心与坡口边缘距离大于2.5倍螺栓直径。

坡口面上的两列螺栓之间交错排列，螺栓竖直方向到达坡口中心面，水平方向不超过母材上表面。

采用氩弧焊工艺绕螺栓进行打底焊接时，焊丝型号为erznifemn，待打底层冷却后进行表面检测。

焊条电弧焊采用焊条型号为eznife。

焊条电弧焊为分段焊时，每段长度为30-50mm。

对发生裂纹的主机架部位3-5mm深的表面层进行机械打磨并做表面检测，在表面使用型号为erznifemn的焊丝堆焊一层过渡层，在过渡层上使用型号为eznife的焊条堆焊保护层，过渡层厚度2-3mm，保护层厚度3-5mm，对保护层进行表面检测。

氩弧打底焊接前对螺栓和母材进行预热。

消除裂纹缺陷时采用机械打磨的方式进行。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

通过在坡口处向母材植入螺栓，改变了焊缝内熔敷金属的应力状态，充分改善焊缝的受力结构，母材与焊缝之间不仅仅是坡口面与熔覆金属的结合力，同时有螺栓的加强作用，降低了焊缝开裂的概率，同时采用焊丝氩弧焊打底，焊条填充盖面的焊接工艺，使铸铁母材受到的焊接热量较小，降低焊接区域白口组织产生的机率，焊接过程中进行分段焊接并进行锤击，大大降低焊接应力，无需进行后热处理。

附图说明

图1为螺栓安装位置示意图。

图2为绕螺栓焊接顺序示意图。

图3为打底焊接示意图。

附图中，1为母材，2为坡口区域，3为螺栓。

具体实施方式

下面非限制性对比例对本发明做进一步详细说明。

参考图1、图2和图3一种风电机组球墨铸铁主机架的焊接修复方法，按照如下步骤进行：

消除裂纹缺陷后制作坡口2，坡口2为单面v型坡口，垂直于坡口表面开设螺纹孔，螺纹孔中设置螺栓3；

在坡口2的表面对螺栓进行焊接，具体的，采用氩弧焊绕螺栓进行打底焊接，同时在坡口2的表面进行氩弧焊打底焊接，直至填满坡口表面；

对整个坡口表面的氩弧焊打底层进行表面检测；

使用焊条电弧焊进行分段焊接，继续填充坡口，每焊接完成一段，立即锤击该段焊缝表面，直至焊接完成。

所用螺栓3为表面镀镍的螺栓，其屈服强度大于待修复母材1的抗拉强度。

螺栓3插入母材部分不少于10mm，两根螺栓3间距为30-50mm，螺栓中心与坡口边缘距离大于2.5倍螺栓直径。

坡口面上的两列螺栓3之间交错排列，螺栓3竖直方向到达坡口中心面，水平方向不超过母材上表面。

采用氩弧焊工艺绕螺栓进行打底焊接时，焊丝型号为erznifemn，待打底层冷却后进行表面检测。

焊条电弧焊采用焊条型号为eznife。

焊条电弧焊为分段焊时，每段长度为30-50mm。

对发生裂纹的主机架部位3-5mm深的表面层进行机械打磨并做表面检测，在表面使用型号为erznifemn的焊丝堆焊一层过渡层，在过渡层上使用型号为eznife的焊条堆焊保护层，过渡层厚度2-3mm，保护层厚度3-5mm，对保护层进行表面检测。

氩弧打底焊接前对螺栓3和母材1进行预热。

消除裂纹缺陷时采用机械打磨的方式进行。

对比例1：

对主机架裂纹用机械方式打磨消缺，制作坡口，检验后直接用球墨铸铁焊条焊接。由于主机架体积较大，风电机组现场场地及空间限制，无法对主机架进行预热、缓冷或焊后热处理，造成焊缝及母材热影响区冷却速度极快，组织中的球墨来不及形成，在母材中形成白口组织，造成开裂。同时焊缝中的焊接应力较大，易于在焊缝中形成热裂纹或冷裂纹。同时，母材铸铁表面称为铸皮组织中夹杂、气孔及微裂纹较多，在主机架表面应力集中处易于造成裂纹扩展，进而发展成为危害性较大的裂纹。

综上所述，普通直接焊接方法易于产生焊接裂纹，同时主机架表面未经处理，在薄弱处易引发后期运行过程中的裂纹复发，影响风电机组安全运行。

实施例1：

对主对主机架裂纹用机械方式打磨消缺，制作坡口并检验。根据坡口横向长度及母材力学性能，选取螺栓规格与强度。在与坡口表面垂直方向用电动工具钻螺栓孔、攻丝。螺栓孔深度不小于10mm，且靠近坡口边缘的螺栓孔中心与边缘距离大于螺栓直径的2.5倍，螺栓孔之间距离相同，但不同坡口表面螺栓孔要错开。然后将表面镀镍螺栓安装入螺栓孔中，对超过坡口中心线的螺栓进行切割。切割完成后开始打底焊接，焊接方法为小电流氩弧焊，使用的焊丝型号为erznifemn，焊道绕着螺栓根部展开，直至到达坡口边缘，坡口其它部分的打底焊层为直线型，直至填满坡口表面，打底层厚度为2-3mm。随后开始填充及盖面焊接，所用焊条型号为eznife。采用分段焊接工艺从坡口底部向上焊接，每段焊接长度为30-50mm，每段焊接完成后立即使用电动或气动锤击工具对尚未冷却的焊道进行锤击，保证焊接表面布满凹坑为止，然后继续焊接下一段焊道，直至坡口被填满。随后对裂纹及附近应力集中区域母材表面进行机械打磨，打磨深度为5-8mm，打磨完成后对表面进行检测，无缺陷后再次使用氩弧焊erznifemn焊丝打底、eznife焊条堆焊的方式对母材表面薄弱区域进行强化。堆焊完成后对堆焊层表面进行打磨，并保证总的堆焊层厚度与母材打磨深度相同。

通过在坡口表面植入高强螺栓，改变了焊缝内熔敷金属的应力状态，降低了焊缝开裂的概率，同时采用erznifemn焊丝氩弧焊打底，eznife焊条填充盖面的焊接工艺，使铸铁母材受到的焊接热量较小，降低了白口组织产生的机率，最后，通过对裂纹及周边应力集中区域铸铁母材表面的强化，消除了母材表面的裂纹源，从而提高了主机架的使用寿命。经现场实施，本发明方法成功率为100%，且修复的主机架均无二次开裂。