提高风电叶片螺柱低温冲击与抗疲劳性能的工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种提高风电叶片螺柱低温冲击与抗疲劳性能的工艺方法，该方法包括：S1、改性42CrMo；S2、无心车削：将整支棒料直径尺寸车削至滚压螺纹前的坯径尺寸，M36螺柱的螺纹坯径为33.21mm

【技术实现步骤摘要】
提高风电叶片螺柱低温冲击与抗疲劳性能的工艺方法


[0001]本专利技术涉及风电叶片螺柱加工工艺
，特别涉及提高风电叶片螺柱低温冲击与抗疲劳性能的工艺方法。

技术介绍

[0002]风力发电机组叶片连接用双头螺柱断裂事件时有发生，经全面检验检测与失效分析，认为该类事件发生的主要原因是交变应力集中导致的脆性疲劳断裂。
[0003]检查断裂螺柱，发现断裂的部位通常在图1中的螺柱13与螺母9旋合后的第一扣螺纹处，即图3中的11，约占70%；少量的螺柱断裂在螺柱13的螺纹与无螺纹光杆10的转变处，即图3中的12，约占30%。
[0004]进一步进行失效分析，发现这两处的断口并无明显的塑性变形，属于脆性突然断裂。
[0005]分析认为，在图3中的螺柱13与螺母9旋合后的第一扣螺纹处，即图3中的11，存在交变应力作用；对于普通螺纹，牙型为三角形，即图4中的第一牙底14和第一牙尖15，而第一牙底14和第一牙尖15处存在高应力、高应变的应力集中风险，而且在螺纹滚压加工过程中容易形成螺纹折叠等缺陷。
[0006]普通双头螺柱螺纹与无螺纹光杆的转变处，即图3中的12，存在螺纹收尾，螺纹收尾是应力集中点。
[0007]另外，螺纹表面如有脱碳，其表面强度和硬度降低，进而降低了螺柱的疲劳强度；双头螺柱与螺母旋合后的第一扣螺纹处、双头螺柱螺纹与无螺纹光杆的转变处均存在应力集中；在双头螺柱安装后运行过程中的交变应力作用下，上述两处首先发生疲劳损伤，疲劳损伤的结果形成裂纹；随着交变应力的继续，裂纹扩展，最终在该处发生断裂。

技术实现思路

[0008]针对上述技术问题，本专利技术提供了提高风电叶片螺柱低温冲击与抗疲劳性能的工艺方法。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案具体如下：提高风电叶片螺柱低温冲击与抗疲劳性能的工艺方法，包括以下步骤：S1、改性42CrMo，将42CrMo材料中， P和S两种脆性元素的含量降低到P≤0.015%，S≤0.008%，并且，提高Mo元素含量到Mo=0.19%
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0.25%；S2、无心车削：将整支棒料直径尺寸车削至滚压螺纹前的坯径尺寸，M36螺柱的螺纹坯径为33.21mm
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33.25mm；S3、调质热处理：淬火温度820
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880℃，淬火加热时间90
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130分钟，淬火介质为淬火油，回火温度530
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570℃，回火时间160
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190分钟，进行热处理，且在淬火炉腔内填充甲醇气体防止螺柱棒料表面氧化脱碳；S4、数控车削：将棒料车削成腰状杆双头螺柱，所述腰状杆双头螺柱包括：无螺纹
光杆，无螺纹光杆两端为锥杆，锥杆小直径端与无螺纹光杆对应，大直径端上为螺纹待加工杆，其中，锥杆的锥度为10
°
，无螺纹光杆与锥杆的过渡处以及螺纹待加工杆与锥杆的过渡处均为R值为R25
‑
R100的圆弧过渡，消除了应力集中，其中，无螺纹光杆的直径小于螺纹待加工杆的直径；S5、滚压螺纹：在螺纹待加工杆上滚压螺纹，其中，牙底和牙尖均为R圆弧过渡， R值为Rmin=0.15P,Rmax=0.18P，P为螺距。
[0010]其中，所述步骤S1中，P、S和Mo的含量调整方法为：P，是在电炉初炼中的去磷工序中去除，使P发生化学反应生成五氧化二磷；S，是在精炼炉中的去硫工序去除，使S发生化学反应生成二氧化硫；Mo，是在初炼后期的合金元素添加工序，增加通过Mo铁的添加量而提高Mo含量。
[0011]其中，所述步骤S4中，螺纹待加工杆的端头上还加工有内六角沉孔，方便使用内六角扳手扳拧安装。
[0012]本专利技术的有益效果是：1、本专利技术根据VDI2230设计计算，采用腰状杆结构设计，提升螺柱柔性，降低弯矩对螺柱的影响，进而提升螺柱抗疲劳性能；2、本专利技术研制并使用改性42CrMo材料，保证金属材料热处理后的低温冲击性能，降低脆断风险；3、本专利技术采用无心车削技术，消除了原材料表面的脱碳层；4、本专利技术采用甲醇气氛保护，防止了热处理过程中的螺柱表面脱碳；5、本专利技术采用先热处理，后切削加工，再滚丝成型的工艺路线，提高螺柱螺纹的疲劳强度；6、本专利技术采用数控车削技术，在腰状杆无螺纹光杆加工过程中，锥度过渡部分两端与直杆结合部位R圆弧过渡，消除应力集中风险；7、本专利技术滚压加工螺纹牙型为R圆弧过渡型抗疲劳螺纹，消除螺纹牙底的应力集中；8、本专利技术在螺纹滚压加工时，螺尾处贯通不收尾，消除螺纹收尾造成的应力集中。
[0013]9、本专利技术有效地提高了螺柱抗疲劳性能，降低了疲劳断裂风险，保证了风电机组安全。
附图说明
[0014]图1是本专利技术制作的腰状杆双头螺柱的结果示意图。
[0015]图2是本专利技术腰状杆双头螺柱的牙底和牙尖的结果示意图。
[0016]图3是现有的双头螺柱的结果示意图。
[0017]图4是现有的双头螺柱的第一牙底和第二牙尖的结果示意图。
具体实施方式
[0018]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本
专利技术的概念。
[0019]实施例1提高风电叶片螺柱低温冲击与抗疲劳性能的工艺方法，包括以下步骤：S1、改性42CrMo，将42CrMo材料中， P和S两种脆性元素的含量降低到P=0.015%，S=0.008%，并且，提高Mo元素含量到Mo=0.19%，其中，具体是在GB/T3077《合金结构钢》42CrMo标准基础上，降低P、S两种脆性元素的含量，提高钼Mo元素含量，以降低材料的脆性，提高材料塑性和淬透性，P、S均为有害的脆性元素，降低这两种元素后可降低材料脆性，提高材料塑性；合金元素Mo有利于材料的淬透性，提高Mo含量可提高材料的淬透性，进而保证材料热处理后的综合力学性能；S2、无心车削：将整支棒料直径尺寸车削至滚压螺纹前的坯径尺寸，M36螺柱的螺纹坯径为33.21mm，其中，该工序的主要目的除了达到需要的加工尺寸外，主要是消除原材料棒料表面的脱碳层（根据检测分析，钢厂出厂的合金钢表面存在约0.2mm的脱碳层），同时也消除了金属棒料表面的裂纹等其它缺陷。
[0020]比较说明：普通双头螺柱原材料采用冷拔工艺，无法消除原材料表面的脱碳层；S3、调质热处理：淬火温度820℃，淬火加热时间90分钟，淬火介质为淬火油，回火温度530℃，回火时间160分钟，进行热处理，且在淬火炉腔内填充甲醇气体防止螺柱棒料表面氧化脱碳，其中，上述调质热处理在托辊式网带炉上进行，一是根据每炉批原材料进厂检验化学成分制定具体工艺参数；二是利用甲醇气氛保护，热处理过程防止了脱碳，加上原材料表面通过无心车削消除了脱碳层，保证了热处理后螺柱表面的强度和硬度；S4、数控车削：将棒料车削成如图1所示的腰状杆双头螺柱，所述腰状杆双头螺柱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.提高风电叶片螺柱低温冲击与抗疲劳性能的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、改性42CrMo，将42CrMo材料中， P和S两种脆性元素的含量降低到P≤0.015%，S≤0.008%，并且，提高Mo元素含量到Mo=0.19%
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0.25%；S2、无心车削：将整支棒料直径尺寸车削至滚压螺纹前的坯径尺寸，M36螺柱的螺纹坯径为33.21mm
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33.25mm；S3、调质热处理：淬火温度820
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880℃，淬火加热时间90
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130分钟，淬火介质为淬火油，回火温度530
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570℃，回火时间160
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190分钟，进行热处理，且在淬火炉腔内填充甲醇气体防止螺柱棒料表面氧化脱碳；S4、数控车削：将棒料车削成腰状杆双头螺柱，所述腰状杆双头螺柱包括：无螺纹光杆（4），无螺纹光杆（4）两端为锥杆（3），锥杆（3）小直径端与无螺纹光杆（4）对应，大直径端上为螺纹待加工杆（2），其中，锥杆（3）的锥...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙富，谢桃红，马斌龙，刘春辉，马文强，
申请(专利权)人：定西高强度紧固件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：