Page 68 - 理化检验-物理分册2021年第七期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202105012

风力发电机叶片连接用高强度螺栓断裂原因

谭彦显,黄 珂,罗书径

( 湖南省产商品质量监督检验研究院,长沙 410000 )
摘 要: XE112-2000 型风力发电机叶片连接用高强度螺栓在服役过程中频繁断裂, 通过宏观观
察、 金相检验、 力学性能测试及化学成分分析等方法对螺栓的断裂原因进行了分析。结果表明: 螺
栓断裂形式为腐蚀疲劳断裂, 主要原因是螺栓的螺纹成形工艺为先调质后滚压成形, 螺纹外侧表面
受到挤压, 导致螺纹顶部受到相反的拉应力作用, 此外, 又因为螺栓受到加工硬化的影响, 产生较大
的残余拉应力, 增加了产生微裂纹和表面缺陷的可能, 导致在螺纹顶部偏中心处产生了应力腐蚀裂
纹。在之后的服役过程中, 由于疲劳作用, 裂纹处产生应力集中, 导致裂纹快速扩展, 最终螺纹发生
腐蚀疲劳断裂。

关键词: 高强度螺栓;腐蚀疲劳断裂;裂纹;滚压成形

中图分类号: TG115 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2021 ) 05-0052-05

CauseofFractureonHi g hStren g thBoltforWindTurbineBladeConnection

TANYanxian , HUANGKe , LUOShu j in g

( HunanTestin g InstituteofProductandCommodit ySu p ervision , Chan g sha410000 , China )

Abstract : Thehi g hstren g thboltsusedforbladeconnectionofXE112-2000windturbinefracturedfre q uentl y

inservice.The causes offracture on bolt were anal y zed b y means of macro observation , metallo g ra p hic

examination , mechanical p ro p ert y testandchemicalcom p ositionanal y sis.Theresultsshowthatthefracturemode

ofboltwascorrosionfati g uefracture.The mainreason wasthatthethreadformin gp rocessofthebolt was

q uenchin gandtem p erin g firstandthenrollin g formin g .Theoutersurfaceofthreadwass q ueezed , whichledtothe

o pp ositetensilestressontheto pofthread.Inaddition , duetotheinfluenceofworkhardenin g , thebolt p roduced

lar g eresidualstress , whichincreasedthep ossibilit yof microcracksandsurfacedefects , resultin ginthestress

corrosioncracksatthecenteroftheto pofthread.Inthelaterservice , duetofati g ueaction , stressconcentration

occuredatthecrack , whichledtora p idcrackg rowth , andfinall y corrosionfati g uefractureoccurredinthread.

Ke y words : hi g hstren g thbolt ; corrosionfati g uefracture ; crack ; rollin g formin g
近年来, 随着我国国民经济持续稳定的发展, 螺 电, 2017 年 3 月出现第一台风机叶片连接用高强度
栓、 螺柱、 螺母等标准件在车辆、 船舶、 桥梁、 风力发 螺栓断裂事故, 随后其他风机叶片连接用高强度螺
电机等大型钢结构中被广泛应用。然而, 起紧固连 栓也较频繁地出现了断裂现象, 至今累计发现 6 台
接作用的螺栓, 尤其是高强度螺栓的受力比较复杂, 风机共 16 根叶片连接用高强度螺栓断裂。高强度
在其服役过程中频频发生断裂事故, 使各种设备存 螺栓的正常使用寿命应与产品的结构年限一致, 一
在重大的安全隐患, 造成人力、 物力的巨大损失 [ 1-6 ] 。 般为20a ( 年), 其中一个断裂螺栓仅使用1.5a就发

某风力发电场 25 台 XE112-2000 型风力发 电机组 生了断 裂, 属 于 早 期 断 裂, 该 断 裂 螺 栓 为 10.9 级

( 以下简称风机) 于 2016 年 8 月全部吊装完成并发 ϕ 36mm×599 mm 螺栓, 材料为 42CrMo 钢, 在海
拔约为 800m 且雾气较重的环境下工作, 工作温度

收稿日期: 2020-06-04
为 -10~50 ℃ , 其生产工艺为: 下料 → 平头倒角 →
项目基金: 湖南省市场监督管理局科技计划项目( 2021KJJH02 )
打钢印 → 调质处理 → 车加工 → 探伤 → 滚丝 → 表面处
作者简介: 谭彦显( 1968- ), 男, 高级工程师, 主要从事机械零部
理。
件的失效研究工作, t y x1001@126.com
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