Page 66 - 理化检验-物理分册2023年第三期

李秀广, 等: 某3MW 风电机组叶片连接高强螺栓断裂原因

断裂原因进行了研究, 并提出了改进建议, 以避免该 中2根螺栓断裂后卡在变桨齿圈与变桨电机齿轮之
类事故再次发生。 间。叶片与轮毂采用双头螺栓连接, 底端是横向螺
母( T 型螺母), 隐埋在叶片根部内, 外部吸附玻璃
1 理化检验
钢, 顶端是六角螺母。叶片螺栓连接方式和安装方
1.1 宏观观察 式如图1所示 [ 2 ] 。 3根断裂螺栓的宏观形貌如图2
现场检查发现3根叶片高强螺栓根部断裂, 其 所示, 可见2根螺栓均断裂于 T 型螺母内部。

图1 叶片螺栓连接方式和安装方式示意

图2 3根断裂螺栓的宏观形貌

用 LeicaA60H 型体式显微镜观察 1 螺栓和
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3 螺栓断口的宏观形貌, 结果如图 3 所示。由图
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3a ) 可知: 1 螺栓断口由裂纹源区( Ⅰ )、 裂纹扩展区
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( Ⅱ ) 和最终瞬断区( Ⅲ ) 组成, 裂纹源位于螺栓外缘
应力集中处, 裂纹由边缘向中心扩展, 裂纹源区断口
表面光滑, 分析为工作应力突然增大而导致裂纹萌
生; 裂纹扩展区呈浅灰色, 整个区域较为平整, 隐约
可见疲劳贝纹线; 裂纹瞬断于螺栓横截面1 / 5处, 最
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终瞬断区与横截面的夹角约为45° , 断面较粗糙, 颜 图3 1 螺栓和3 螺栓断口的宏观形貌
色发暗 [ 3-5 ] 。 1.2 化学成分分析
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由图3b ) 可知: 3 螺栓外缘有两处裂纹源( 启裂 采用 OLYMPUS 型直读式光谱仪对 1 ~3 #
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区1和启裂区2 ), 螺栓受交变载荷作用, 首先从启 螺栓试样进行化学成分分析, 结果如表1所示, 可知
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裂区1处萌生裂纹, 裂纹沿螺栓横截面扩展, 扩展区 表1 1 ~3 螺栓的化学成分分析结果 %
可见明显的疲劳辉纹线; 从启裂区2处萌生新的裂 质量分数
项目
纹, 该疲劳裂纹扩展并与启裂区1处的裂纹汇合, 当 C Si Mn Cr Mo
1 实测值 0.39 0.25 0.62 1.02 0.18
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裂纹扩展至螺栓剩余面积不能承受叶片的载荷时,
2 实测值 0.42 0.31 0.65 1.11 0.20
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高强螺栓发生疲劳断裂。 1 螺栓和3 螺栓的最终
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3 实测值 0.44 0.29 0.71 1.06 0.18
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瞬断区面积所占比例均较小, 说明螺栓最终断裂时 0.38~ 0.17~ 0.5~ 09~ 0.15~
标准值
所受应力不大, 螺栓断裂不是过大的持续载荷所致。 0.45 0.37 0.8 1.2 0.25
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