Page 87 - 理化检验-物理分册2022年第十期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202210018

风电机组高强螺栓断裂原因

王甲安,石 岩,乔立捷

( 华电电力科学研究院有限公司,杭州 310030 )

摘 要: 采用宏观观察、 化学成分分析、 力学性能测试、 金相检验及断口分析等方法对某 2 MW
风电机组塔筒基础环 35CrMo钢高强螺栓的断裂原因进行分析。结果表明: 断裂螺栓表面碳含量
远低于标准要求; 螺纹表面存在明显的脱碳层组织, 且螺栓表面显微硬度不符合标准要求; 螺纹牙
根表面脱碳严重, 导致螺栓表面硬度和力学性能降低, 并在螺纹根部引起较大的组织应力集中, 使
应力集中位置的螺纹牙根部脱碳层的晶界弱化区萌生微裂纹, 内部夹杂物含量过高促进了裂纹扩

展, 最终导致螺栓疲劳断裂。建议加强对高强螺栓材料的性能和制造质量的监督检验。
关键词: 风电机组;高强螺栓;疲劳断裂;夹杂物;脱碳层

中图分类号: TG157 ; TG115.5 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2022 ) 10-0071-04

Fracturereasonofhi g hstren g thboltinwindturbine

WANGJiaan , SHIYan , IAOLi j ie
Q

( HuadianElectricPowerResearchInstituteCo. , Ltd. , Han g zhou310030 , China )

Abstract : Thefracturecausesof35CrMosteelhi g hstren g thboltsinthetowerfoundationrin gofa2 MW

windturbine werestudied b y means of macrosco p ic observation , chemicalcom p osition anal y sis , mechanical

p ro p ert y test , metallo g ra p hicexaminationandfractureanal y sis.Theresultsshowthatthecarboncontentonthe

surfaceofthefractureboltwasfarbelowthestandardre q uirement ; therewasanobviousdecarburizationla y eron

thethreadsurface , andthemicro-hardnessoftheboltsurfacedidnotmeetthestandardre q uirements.Theserious

decarburizationontherootsurfaceofthethreadtoothledtothedecreaseofthesurfacehardnessand mechanical

p ro p ertiesofthebolt , andledtoalar g econcentrationofor g anizationalstressattherootofthethread , which

causedtheinitiationofmicrocracksintheg rainboundar yweakenin g zoneofthedecarburizationla y erattherootof

thethreadtoothatthestressconcentrationp osition.Theexcessivecontentofinternalinclusions p romotedthecrack

p ro p a g ation , andfinall y ledtothefati g uefractureofthebolt.Itwassu gg estedtostren g thenthesu p ervisionand

ins p ectionofthep erformanceandmanufacturin gq ualit yofhi g hstren g thboltmaterials.

Ke y words : windturbine ; hi g hstren g thbolt ; fati g uefracture ; inclusion ; decarburizationla y er

近年来, 随着国内风电机组装机容量的不断增 钢, 尺寸( 直 径 × 长 度) 为 42 mm×230 mm , 性 能
加, 螺栓断裂事故时有发生, 严重影响了风机和电网 等级为 10.9 级。该机组于 2013 年 6 月投产运行,

的安全稳定运行 [ 1-2 ] 。高强螺栓是风电机组重要的 目前已累计运行 8a 。为了研究螺栓断裂的原因,
金属部件, 其用量很大 [ 3-4 ] , 在基础与塔筒、 机架与塔 笔者对该 断 裂 螺 栓 进 行 了 一 系 列 理 化 检 验, 并 提
筒、 塔筒各段法兰、 叶片与轮毂、 轮毂与主轴等之间 出预防措施。
起到连接、 定位和密封等作用。
1 理化检验

在某台 2 MW 机 组 定 期 检 修 中, 发 现 其 塔 筒
1.1 宏观观察
基础环 外 侧 螺 栓 断 裂, 断 裂 螺 栓 材 料 为 35CrMo
断裂螺栓宏观形貌如图 1 所示, 由图 1 可知: 螺
栓断裂于螺纹牙根部, 断口整体呈暗灰色, 裂纹起始
收稿日期: 2022-05-06
作者简介: 王甲安( 1984- ), 男, 高级工程师, 主要从事电站设备 [ 5 ]
于螺纹边沿, 初始裂纹源、 扩展区和瞬断区 特征清
监督管理、 失效分析及寿命评估等工作, j iaan-wan g @chder.com
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