《風電塔架主體結(jié)構(gòu)用高強鋼焊接適應性評價方法 》征求意見稿

備成本構(gòu)成的重要部分，風電塔架結(jié)構(gòu)鋼材料的升級換第一、行業(yè)內(nèi)一般采用GB1591標準進行風塔結(jié)構(gòu)鋼材料驗收術(shù)要求過于寬泛，且不考慮材料特性對現(xiàn)場焊接的適應性，第二、當前上游材料供應商眾多，裝備能力和技術(shù)能力差用鋼的認識也不在同一水平，亟需推出一套能夠約束材料本標準規(guī)定的風電塔架主體結(jié)構(gòu)用高強鋼焊接適應性評度極限設(shè)計以及疲勞設(shè)計的大型風電塔架結(jié)構(gòu)高強鋼材料的選擇資質(zhì)評審或投標階段基于現(xiàn)場制造焊接條件的高強鋼焊接適應性必須按照本標準要求完成高強鋼材料焊接適應性評價，評價結(jié)果1GB/T985.1氣焊、焊條電弧焊、氣體保護焊和高GB/T8110熔化極氣體保護電弧焊用非合金鋼及2NB/T47013.3承壓設(shè)備無損檢測第三部分：超聲NB/T47016承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學性GB/T228.1金屬材料拉伸試驗第一部分GB/T4340.1金屬材料維氏硬度試驗第一GB/T24176金屬材料疲勞試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計方3GB/T21143金屬材料準靜態(tài)斷裂韌度GB/T28896金屬材料焊接接頭準靜態(tài)斷裂韌度表示一種強制性要求的術(shù)語，是達到某種特定目的或滿足某種特定要求的必要條件。特指風電塔架中應用高強鋼板的筒體和門框部分4基于特定材料和焊接工藝方法的焊接過程中形成質(zhì)量與性能良好的焊接接頭的能力。焊接工藝指導書Proposedweldingprocedurespe焊接工藝規(guī)程Weldingprocedurespe焊接接頭力學性能Weldjointmechanical測試并計算獲取，工程上通常用裂紋尖端張開高周疲勞性能Highcyclefa基于固定斜率的高周疲勞S-N曲線、疲勞循環(huán)次數(shù)為2*106次對minN：特定疲勞載荷條件下循環(huán)次數(shù)(條件疲勞壽法蘭和附屬件。涉及的焊接方法分別為埋弧焊和氣體7c)焊接方法結(jié)合風電塔架主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)場制造焊接特點，高強鋼焊接適應性適用埋弧e)焊接位置與焊接方向結(jié)合風電塔架主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)場制造焊接特點，焊接位置包括平g)電流種類與極性電流種類是指焊接電源h)焊接電源廠家與型號提供焊接電源廠家與型號，對于多功能焊接裝備，明確具體8i)焊接準備工作明確焊前坡口及其兩側(cè)清理方法和范圍、焊前組對方法、拘束焊接k)道間清理規(guī)定詳細的道間清理方法與使用的工具，避免焊道夾渣缺陷，保證后續(xù)91.焊板兩端去除25mm;圖1對接接頭常規(guī)力學性能試樣取樣位置力學性能評價項目與試驗數(shù)量如表1所示。推薦采用機械冷加工方法取樣，如果采用熱加工方法取樣，則需要去除熱影響區(qū)至少3mm。取樣時，根據(jù)前期外觀檢查與無損檢驗結(jié)果，避開超標焊接缺陷區(qū)域。如果焊后試板出現(xiàn)較大的角變形，對于拉伸、彎曲、疲勞S-N曲線試驗試樣，可以進行冷矯直。然而，對于沖擊和CTOD斷裂韌性試樣，不允許進行表1高強鋼對接接頭力學性能評價項目與試驗數(shù)量厚度(個拉伸(個彎曲(個)(個)相(個)維氏硬度(個)(個)S-N曲線(3)(組)面彎背彎側(cè)彎222/6116l2//461161備注：(1)接頭沖擊試驗位置包括焊縫金屬和HAZ,每個位置3個試樣；(2)CTOD斷裂韌性試驗位置包括焊縫金屬和HAZ,每個位置3個有效試樣11圖2焊接熔合線示意圖表2鋼材焊接接頭沖擊吸收功最低允許值鋼材組別規(guī)定最低抗拉強度R。(MPa)沖擊吸收功均值KV2(J)123458.4.3應用上述宏觀金相檢查試樣進行維氏硬度HV10測試。在試樣上下表面以下1.5mm各測一排維氏硬度值，壓痕應包括焊縫金屬、HAZ和母材。圖3所示為焊接接頭試樣維氏8.4.4焊接接頭各個區(qū)域維氏硬度不能超過350HV10。8.5接頭CTOD斷裂韌性試驗18.5.1焊接接頭CTOD斷裂韌性試驗采用單側(cè)缺口彎曲(SENB)試樣，需要垂直于焊縫長度8.5.2試樣截面尺寸為B*2B或B*B,B表示試樣厚度，優(yōu)先選擇B=t,t表示母材厚度。8.5.3通過采用截面酸蝕的方法確定電火花線切割缺口刻槽位置，缺口軸向應垂直于母材表面，即ISO12135和ISO15653標準所述NP方向。如圖4所示。N:垂直于焊接方向；P:平行于焊接方向圖4焊接接頭斷裂韌性試樣缺口平面取向代碼8.5.4焊接接頭CTOD斷裂韌性試樣缺口位置包括焊縫金屬和HAZ。這里，根據(jù)焊接方法和焊接熱輸入的不同，HAZ應位于熔合線外側(cè)0.5~2mm,并盡可能多的位于肉眼可見焊接熱影響區(qū)。其中：熔合線定義為：位于焊縫金屬和母材中間，應包含50%焊縫金屬和50%母材，如圖2所示。8.5.5針對加工完成的SENB試樣，根據(jù)ISO12135或GB/T21143標準要求依次完成預制疲勞裂紋、三點彎曲加載壓斷與過程數(shù)據(jù)采集、疲勞裂紋尺寸測量、有效性判定、CTOD特征值計算。其中，涉及到焊接接頭斷裂韌性測試的相關(guān)要求遵循ISO15653或GB/T288968.5.6試驗溫度不高于對應母材標準規(guī)定的沖擊試驗溫度。8.5.7焊接接頭CTOD斷裂韌性試驗評價報告應包含以下內(nèi)容：a)試樣種類描述試樣類型、裂紋面取向、試驗位置、試樣厚度、試樣寬度、初始裂紋b)材料描述材料強度級別、厚度、供貨狀態(tài)、化學成分特征、焊接工藝特征、預制疲勞裂紋溫度下材料拉伸性能、三點彎曲加載試驗溫度下材料拉伸性能c)預制疲勞裂紋條件預制疲勞裂紋控制參數(shù)、加載力F,和應力強度因子Kr、溫度，是否進行預制疲勞裂紋前的試樣局部壓縮或反向彎曲處理18.5.11根據(jù)項目設(shè)計需要，針對焊接接頭斷裂韌性指標，業(yè)主和主機供應商有權(quán)要1e)試樣表面狀態(tài)：保留焊縫余高與鋼材軋制表面，并保證兩截面加工精度。焊縫余高d)考慮到小尺寸試樣焊接殘余應力小于實際焊接結(jié)構(gòu)件及其對疲勞測試結(jié)果的影響，f)為了消除疲勞試驗過程中由于疲勞試樣宏觀形狀因素導致的應力升高效應對測得焊接工藝方法及其造成的焊縫應力集中區(qū)域范圍與應力梯度，應變片應位于平行試驗段，1慮試驗數(shù)量對應的特征值k以及標準偏差，擬合得到存活率為97.7%、雙側(cè)置信度為75%的試驗S-N曲線。如圖6所示k)從試驗S-N曲線中提取對應疲勞循環(huán)次數(shù)N=2×10°次的應力范圍值△o,作為實際測試對接接頭疲勞強度特征值，記作FAT,如圖6所示1)橫向比較普碳鋼與高強鋼焊接接頭實測疲勞強度特征值FAT,并分別與IIW2259標圖5典型焊接接頭疲勞試樣型式與尺寸結(jié)果，當以下重要變量發(fā)生改變時，需要重新進行評價。構(gòu)成重新評價的重要變量如下：a)不同的鋼材生產(chǎn)制造體系(供應商)對于同b)同一鋼材生產(chǎn)制造體系內(nèi)不同的鋼材實際抗拉強度范圍包括五個強度范圍分組：c)同一鋼材生產(chǎn)制造體系內(nèi)具有相同的實際抗拉強度范圍的鋼材，不同的供貨狀態(tài)d)供貨鋼板C值超過焊接適應性評價所用鋼板C值0.02e)供貨鋼板Pe值超過焊接適應性評價所用鋼板P值0.01f)供貨鋼板碳含量超過焊接適應性評價所用鋼板碳含量0.05%h)焊接接頭形式從雙面焊變更為單面焊，反之亦然；從背面添加襯墊強制成型變更a)同一鋼材生產(chǎn)制造體系內(nèi)不同的鋼材實際抗拉強度范圍包括五個強度范圍分組：12焊接工藝指導書(PWPS)或焊接工藝規(guī)程(WPS)編號：背面襯墊(材料及規(guī)格)：焊接位置與焊接方向：隙、焊道布置與焊接順序)環(huán)境溫度(℃)：環(huán)境濕度(RH)：焊前預熱、層間溫度控制與焊后處理：后熱與焊后熱處理：打底焊接方式(單面焊雙面成型、強制成型或焊后清根處理)：起弧與收弧位置處理方式：