CN113172361B - 风力发电机组轮毂焊接修复方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风力发电机组轮毂焊接修复方法及系统，包括：在轮毂裂纹处加工坡口；对焊条进行烘烤；以及使用烘烤后的焊条直接对坡口进行填充焊接。

Description

风力发电机组轮毂焊接修复方法及系统

技术领域

本发明涉及风力发电机技术领域，特别涉及一种风力发电机组轮毂焊接修复方法及系统。

背景技术

轮毂是风力发电机的重要组成部分，直接影响整个风力发电机的平稳运行。轮毂不但支撑着叶片、变桨系统等大部件，而且还受到周围空气对其气动推动和阻力的影响。传统的轮毂，采用QT400-18球墨铸铁铸造，在使用过程中由于应力原因致使轮毂产生裂纹，为保证使用安全，必须更换轮毂。球墨铸铁件焊接性较差，常规焊接工艺会产生焊接裂纹，不能获得力学性能优异的焊接接头。产生裂纹等严重缺陷的球墨铸铁件一般情况下都是直接报废。

由于轮毂采用球墨铸铁铸造，球墨铸铁相对于灰口铸铁，具有较高的强度和一定的可塑性，但在可焊性方面却较灰口铸铁更差些。1、球墨铸铁的白口化倾向及淬硬倾向比灰铸铁大；2、由于球铁的强度、塑性与韧性比灰铸铁高，故对焊接接头的力学性能要求也相应提高。

以往使用Z408镍铁焊条对球墨铸铁施焊，但只能补焊要求不高的球墨铸铁而且热影响区也会产生白口，焊缝产生剥离、裂纹的倾向也很大。因没有可行的修复办法，只能更换，一台轮毂购置费加上高空吊装费及整体调试费用很高。同时更换时间也较长而影响生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发电机组轮毂焊接修复方法及系统，以解决现有的风力发电机轮毂产生裂纹后难以修复的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机组轮毂焊接修复方法，包括：

在轮毂裂纹处加工坡口；

对焊条进行烘烤；以及

使用烘烤后的焊条直接对坡口进行填充焊接。

可选的，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，在轮毂裂纹处加工坡口包括：

在轮毂裂纹处加工两侧边角度为60°～80°的“V”型坡口，坡口深度为10mm～60mm，其中“V”型坡口的底端形成过渡圆弧，所述圆弧的半径为4mm～6mm；

采用砂轮和钢丝刷对“V”型坡口进行工件表面清理，去除油脂及脏污，采用丙酮或酒精清理焊接区，以降低焊接接头中气孔缺陷的数量。

可选的，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，对焊条进行烘烤包括：

采用直径为4mm的焊条进行1小时烘烤，烘烤温度为140℃～160℃；

每根焊条烘烤后5分钟内进行焊接，以减少焊缝中的气孔；

所述焊条包括1.4％的碳、0.57％的硅、0.34％的锰、0.00098％的硫、55.02％的镍、0.018％的铜、0.02％的铝和余量的铁。

可选的，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，使用烘烤后的焊条直接对坡口进行填充焊接包括：

在整个坡口中，采用盖面层的方式进行焊接；

在每段焊道上，采用倒焊法进行焊接，沿坡口长度方向由右向左依次进行每道次的焊接；

在每层中，沿坡口宽度方向由一端至另一端的顺序进行每道次的焊接。

可选的，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，还包括：

每道次焊接前，用砂轮在前道次焊道端部加工30°～60°斜度的坡面，完全清渣处理后进行该道次的施焊；

每道次焊接后，若焊缝有焊渣残留，进行打磨清除，以降低焊缝夹渣缺陷。

可选的，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，

每道次的焊道长度为30mm～50mm；

每道次的焊接后，立即用小锤锤击处于红色状态的焊缝，以降低焊后残余应力，防止焊缝开裂；

锤击频率为每秒2次～4次。

可选的，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，

将两个相邻的道次(焊道)之间的温差控制在50℃以内，以降低焊道间裂纹的产生；

将焊接电流控制在160A～170A之间；

将焊接电压控制在23V～25V之间；

将焊接速度控制在130～150mm/min之间，减少白口组织，防止焊缝焊后变脆及开裂。

可选的，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，还包括：

在进行焊接前，采用磁粉检测及超声检测对裂纹进行检测，以确定裂纹的长度、宽度、深度、或是否具有内部裂纹；

在进行焊接后，采用磁粉检测及超声检测对焊接接头进行检测，以检测是否有裂纹、未焊透或未熔合等缺陷。

可选的，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，

风力发电机组轮毂焊接修复工艺应用于风机轮毂QT400-18球墨铸铁件裂纹的修复，避免轮毂更换吊装。

本发明还提供一种风力发电机组轮毂焊接修复系统，包括：

坡口加工装置，用于在轮毂裂纹处加工坡口；

焊条烘烤装置，用于对焊条进行烘烤；以及

焊接设备，用于使用烘烤后的焊条直接对坡口进行填充焊接。

在本发明提供的风力发电机组轮毂焊接修复方法及系统中，通过在轮毂裂纹处加工坡口，对焊条进行烘烤，使用烘烤后的焊条可以直接对坡口进行填充焊接，即实现了真正的冷焊法，采用冷焊法母材无需预热，焊后无需热处理，该焊接工艺操作方便，现场适用性强，特别是现场铸铁件的补焊修复，操作便利。

进一步的，本发明通过在每段焊层上，沿坡口长度方向由右向左依次进行每道次的焊接，实现了采用特殊的倒焊法焊接工艺，能够完成焊接性极差球墨铸铁件的修复，修复后可延续失效件的服役寿命，显著降低更换失效件产生的直接及间接成本。本发明采用特定焊接工艺(倒焊法)实现了球墨铸铁材料焊接，该倒焊法特殊焊接工艺与常规焊接方法不同，常规焊接方法为由左向右，而本发明的倒焊法有利于每道次焊完清根处理，打磨掉浮渣，另外可以降低残余应力，避免焊后开裂。

本发明的发明人通过实验得出最佳的用于风力发电机组轮毂焊接修复的焊条性能参数，包括1.4％的碳、0.57％的硅、0.34％的锰、0.00098％的硫、55.02％的镍、0.018％的铜、0.02％的铝和余量的铁，其具有优异的焊接冶金性能及脱渣能力，焊接接头强度高，焊接缺陷少。

本发明通过在轮毂裂纹处加工两侧边角度为60°～80°的“V”型坡口，坡口深度为10mm～60mm，使得风力发电机组轮毂焊接修复不仅适用于表面缺陷的修复，同时采用多层多道焊也可以修复较深处缺陷；

本发明经磁粉探伤MT及超声波探伤UT无损检测及金相宏观及微观组织观察，焊接接头未发现未熔合，未焊透及裂纹等严重焊接缺陷；焊接接头力学性能较好，可达到母材抗拉强度的90％～93％。

附图说明

图1是本发明一实施例风力发电机组轮毂焊接修复方法示意图；

图2是本发明一实施例风力发电机组轮毂焊接修复方法加工的坡口示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。

在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。

在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。

在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。

另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的风力发电机组轮毂焊接修复方法及系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

本发明的核心思想在于提供一种风力发电机组轮毂焊接修复方法及系统，以解决现有的风力发电机轮毂产生裂纹后难以修复的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种风力发电机组轮毂焊接修复方法及系统，包括：在轮毂裂纹处加工坡口；对焊条进行烘烤；以及使用烘烤后的焊条直接对坡口进行填充焊接。

本发明的实施例提供一种风力发电机组轮毂焊接修复方法，包括：如图1所示，在轮毂裂纹处加工坡口；对焊条进行烘烤；以及使用烘烤后的焊条直接对坡口进行填充焊接。

在本发明的一个实施例中，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，在轮毂裂纹处加工坡口包括：如图2所示，在轮毂裂纹处加工两侧边角度为60°～80°的“V”型坡口，坡口深度为10mm～60mm，其中“V”型坡口的底端形成过渡圆弧，所述圆弧的半径为4mm～6mm；采用砂轮和钢丝刷对“V”型坡口进行工件表面清理，去除油脂及脏污，采用丙酮或酒精清理焊接区，以降低焊接接头中气孔缺陷的数量。“V”型坡口相对于“U”型坡口，具有容易加工、焊料消耗少的优点。

在本发明的一个实施例中，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，对焊条进行烘烤包括：采用直径为4mm的焊条进行1小时烘烤，烘烤温度为140℃～160℃；每根焊条烘烤后5分钟内进行焊接，以减少焊缝中的气孔；所述焊条包括1.4％的碳、0.57％的硅、0.34％的锰、0.00098％的硫、55.02％的镍、0.018％的铜、0.02％的铝和余量的铁。

在本发明的一个实施例中，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，使用烘烤后的焊条直接对坡口进行填充焊接包括：在整个坡口中，采用盖面层的方式进行焊接；在每段焊层上，进行倒焊法进行焊接，沿坡口长度方向由右向左依次进行每道次的焊接；在每道中，沿坡口宽度方向由一端至另一端的顺序进行每道次的焊接。

在本发明的一个实施例中，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，还包括：每道次焊接前，用砂轮在前道次焊道端部加工30°～60°斜度的坡面，完全清渣处理后进行该道次的施焊；每道次焊接后，若焊缝有焊渣残留，进行打磨清除，以降低焊缝夹渣缺陷。

在本发明的一个实施例中，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，每道次的焊道长度为30mm～50mm；每道次的焊接后，立即用小锤锤击处于红色状态的焊缝，以降低焊后残余应力，防止焊缝开裂；锤击频率为每秒2次～4次。

在本发明的一个实施例中，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，将两个相邻的道次之间的温差控制在50℃以内，以降低焊道间裂纹的产生；将焊接电流控制在160A～170A之间，将焊接电压控制在23V～25V之间，将焊接速度控制在130～150mm/min之间，减少白口组织，防止焊缝焊后变脆及开裂。

在本发明的一个实施例中，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，还包括：在进行焊接前，采用磁粉检测及超声检测对裂纹进行检测，以确定裂纹的长度、宽度、深度、或是否具有内部裂纹；在进行焊接后，采用磁粉检测及超声检测对焊接接头进行检测，以检测是否有裂纹、未焊透或未熔合的缺陷。

在本发明的一个实施例中，在所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法中，风力发电机组轮毂焊接修复工艺应用于风机轮毂QT400-18球墨铸铁件裂纹的修复，避免轮毂更换吊装。

本实施例还提供一种风力发电机组轮毂焊接修复系统，包括：坡口加工装置，用于在轮毂裂纹处加工坡口；焊条烘烤装置，用于对焊条进行烘烤；以及焊接设备，用于使用烘烤后的焊条直接对坡口进行填充焊接。

在本发明提供的风力发电机组轮毂焊接修复方法及系统中，通过在轮毂裂纹处加工坡口，对焊条进行烘烤，使用烘烤后的焊条可以直接对坡口进行填充焊接，即实现了真正的冷焊法，采用冷焊法母材无需预热，焊后无需热处理，该焊接工艺操作方便，现场适用性强，特别是现场铸铁件的补焊修复，操作便利。

进一步的，本发明通过在每段焊道上，沿坡口长度方向由右向左依次进行每行的焊接，实现了采用特殊的倒焊法焊接工艺，能够完成焊接性极差球墨铸铁件的修复，修复后可延续失效件的服役寿命，显著降低更换失效件产生的直接及间接成本。本发明采用特定焊接工艺(倒焊法)实现了球墨铸铁材料焊接，该倒焊法特殊焊接工艺与常规焊接方法不同，常规焊接方法为由左向右，而本发明的倒焊法有利于每道次焊完清根处理，打磨掉浮渣，另外可以降低残余应力，避免焊后开裂。

本发明的发明人通过实验得出最佳的用于风力发电机组轮毂焊接修复的焊条性能参数，包括1.4％的碳、0.57％的硅、0.34％的锰、0.00098％的硫、55.02％的镍、0.018％的铜、0.02％的铝和余量的铁，其具有优异的焊接冶金性能及脱渣能力，焊接接头强度高，焊接缺陷少。

本发明通过在轮毂裂纹处加工两侧边角度为60°～80°的“V”型坡口，坡口深度为10mm～60mm，使得风力发电机组轮毂焊接修复不仅适用于表面缺陷的修复，同时采用多层多道焊也可以修复较深处缺陷；

本发明经磁粉探伤MT及超声波探伤UT无损检测及金相宏观及微观组织观察，焊接接头未发现未熔合，未焊透及裂纹等严重焊接缺陷；焊接接头力学性能较好，可达到母材抗拉强度的90％～93％。

本发明采用进口焊材2240及特定焊接工艺(倒焊法)实现了球墨铸铁材料焊接，不仅适用于表面缺陷的修复，同时采用多层多道焊也可以修复较深处缺陷；

该倒焊法特殊焊接工艺与常规焊接方法不同，倒焊法焊接顺序从右向左，每道次焊接前用砂轮在前道次焊道端部加工一定斜度坡面，完全清渣处理后才允许施焊；

无损检测UT及MT检测焊接接头未发现裂纹，未焊透及未熔合等严重焊接缺陷，且具有优良的拉伸力学性能，抗拉强度达母材的90～93％左右；

该焊接工艺操作方便，采用冷焊法母材无需预热，焊后无需热处理，现场适用性强；

目标将该焊接修复工艺应用于风机轮毂QT400-18球墨铸铁件裂纹的修复，避免轮毂下架产生的吊装及更换成本，延续轮毂服役寿命。

本实施例具体方法步骤如下：试板坡口加工：模拟工程实际焊接修复条件，加工60°～80°坡口，坡口深度10～60mm处加工成R4～R6圆弧过渡；可以有效降低尖角处应力集中系数，改善熔覆金属与母材金属的熔合效果；采用砂轮和钢丝刷进行工件表面清理，去除油脂及脏污，采用丙酮或酒精清理焊接区；焊前清理焊接区及附近母材油污等可以显著降低焊接接头中气孔缺陷的数量；焊前将德国进口2240焊条(Ф4.0mm)经140℃～160℃烘烤1h；德国进口2240焊条具有优异的焊接冶金性能及脱渣能力，焊接接头强度高，焊接缺陷少；焊条应保证随焊随烘，以起到减少焊缝中气孔的作用；焊条随焊随烘可减少焊缝中气孔的产生。

进一步的，采用填充及盖面层焊接，采用短段焊，每次焊道30～50mm长，焊后立即用小锤快速锤击处于红色状态的焊缝；采用30mm～50mm短断焊，焊后立即小锤敲可有效降低焊后残余应力，防止焊缝开裂；控制层间温差≤50℃；严格控制层间温度≤50℃可以显著降低焊道间裂纹的产生；控制焊接电流(160A～170A)，电压(23V～25V)及焊接速度(130～150mm/min)，采用小的焊接线能量输入防止焊缝焊后开裂；严格控制焊接电流(160A～170A)，电压(23V～25V)及焊接速度(130～150mm/min)，采用小的焊接线能量可以减少淬硬层等白口组织的出现，防止焊缝变脆及开裂；每道焊缝焊后如有焊渣残留进行打磨清除；焊后进行清渣处理可有效降低焊缝夹渣缺陷的出现。

本发明具有如下优势：该工艺方案选用2240德国进口焊条，母材无需焊前预热处理及焊后热处理，可用于现场铸铁件的补焊修复，操作便利；经磁粉探伤MT及超声波探伤UT无损检测及金相宏观及微观组织观察，焊接接头未发现未熔合，未焊透及裂纹等严重焊接缺陷；焊接接头力学性能较好，可达到母材抗拉强度的90％～93％；采用特殊的倒焊法焊接工艺完成焊接性极差球墨铸铁件的修复，修复后可延续失效件的服役寿命，显著降低更换失效件产生的直接及间接成本。

本实施例的风力发电机组轮毂焊接修复方法的工艺方案最佳使用状态：坡口角度70，坡口深度尖角处加工成R5圆弧过渡；采用砂轮和钢丝刷进行工件表面清理，去除油脂及脏污，采用丙酮或酒精清理焊接区及附近母材区；焊前将德国进口2240焊条(Ф4.0mm)经150℃烘烤1h；采用短段焊30～50mm，焊后立即用小锤快速锤击处于红色状态的焊缝；控制层间温度≤50℃；控制焊接电流(165A)，电压(24V)及焊接速度(140mm/min)；每道焊缝焊后焊渣打磨处理；焊条随焊随烘，减少焊缝中气孔。

综上，上述实施例对风力发电机组轮毂焊接修复方法及系统的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (6)

1.一种风力发电机组轮毂焊接修复方法，用于风机轮毂QT400-18球墨铸铁件裂纹的修复，其特征在于，包括：

在轮毂裂纹处加工坡口；

对焊条进行烘烤；以及

使用烘烤后的焊条直接对坡口进行填充焊接；

对焊条进行烘烤包括：

采用直径为4mm的焊条进行1小时烘烤，烘烤温度为140℃～160℃；

每根焊条烘烤后5分钟内进行焊接，以减少焊缝中的气孔；

所述焊条包括1.4%的碳、0.57%的硅、0.34%的锰、0.00098%的硫、55.02%的镍、0.018%的铜、0.02%的铝和余量的铁；

使用烘烤后的焊条直接对坡口进行填充焊接包括：

在整个坡口中，采用盖面层的方式进行焊接；

在每段焊道上，采用倒焊法进行焊接，沿坡口长度方向由右向左依次进行每道次的焊接；

在每层中，沿坡口宽度方向由一端至另一端的顺序进行每道次的焊接；

采用冷焊法母材无需预热，焊后无需热处理，现场适用性强。

2.如权利要求1所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法，其特征在于，在轮毂裂纹处加工坡口包括：

在轮毂裂纹处加工两侧边角度为60°～80°的“V”型坡口，坡口深度为10 mm～60mm， 其中“V”型坡口的底端形成过渡圆弧，所述圆弧的半径为4 mm～6 mm；

采用砂轮和钢丝刷对“V”型坡口进行工件表面清理，去除油脂及脏污，采用丙酮或酒精清理焊接区，以降低焊接接头中气孔缺陷的数量。

3.如权利要求1所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法，其特征在于，还包括：

每道次焊接前，用砂轮在前道次焊道端部加工30°~60°斜度的坡面，完全清渣处理后进行该道次的施焊；

每道次焊接后，若焊缝有焊渣残留，进行打磨清除，以降低焊缝夹渣缺陷。

4.如权利要求1所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法，其特征在于，

每道次的焊道长度为30mm～50mm；

每道次的焊接后，立即锤击处于红色状态的焊缝，以降低焊后残余应力，防止焊缝开裂；

锤击频率为每秒2次~4次。

5.如权利要求1所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法，其特征在于，

将两个相邻的道次之间的温差控制在50℃以内，以降低焊道间裂纹的产生；

将焊接电流控制在160A～170A之间；

将焊接电压控制在23V～25V之间；

将焊接速度控制在130～150mm/min之间，减少白口组织，防止焊缝焊后变脆及开裂。

6.如权利要求1所述的风力发电机组轮毂焊接修复方法，其特征在于，还包括：

在进行焊接前，采用磁粉检测及超声检测对裂纹进行检测，以确定裂纹的长度、宽度、深度、或是否具有内部裂纹；

在进行焊接后，采用磁粉检测及超声检测对焊接接头进行检测，以检测是否有裂纹、未焊透或未熔合的缺陷。

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