風(fēng)電用緊固件的制造要求
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風(fēng)電用緊固件的制造要求
來源：易緊通整理
一、風(fēng)電用緊固件特點(diǎn)
風(fēng)電及固件在技術(shù)上有系列特點(diǎn)：高強(qiáng)度、高精度等級，服役條件嚴(yán)酷，它將隨主機(jī)組常年經(jīng)受酷暑嚴(yán)寒和極端溫度的考驗(yàn)，承受高溫、低溫的侵蝕：功率高，最高達(dá)到6MW機(jī)組，速差大、震動(dòng)、腐蝕、重載等；除受到軸向預(yù)緊拉伸載荷的作用外，還會(huì)在工作中收到附加的拉伸交變裁荷、橫向剪切交變載荷或者由此復(fù)合而成的彎曲載荷的作用，伴隨著還受到?jīng)_擊載荷，附加的橫向交變載荷會(huì)引起螺桂的松動(dòng)軸向交變載荷會(huì)引起螈栓的疲勞斷裂。而在環(huán)境介質(zhì)的作用下，軸向拉伸載荷會(huì)引起螺栓的延遲斷裂，以及高溫條件下引起螺栓的蠕變等。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于其動(dòng)力源的隨機(jī)性，運(yùn)行環(huán)境的惡劣性，制造和安裝的特殊性以及維修成本的昂貴性，對于螺栓連接提出了極高的要求，需要從其固有的特點(diǎn)出發(fā)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝、車間生產(chǎn)以及現(xiàn)場裝配都要采取必要的措施，確保螺栓連接的可靠性。
風(fēng)電用高強(qiáng)度螺栓大部分選擇10.9級，少量使用8.8級和12.9級。風(fēng)電用高強(qiáng)度緊同件受原材料性能的影響比較大。外觀質(zhì)量、低倍組織、脫碳層深度織(晶粒度)和頂鍛實(shí)驗(yàn)等7個(gè)方面對高強(qiáng)度緊固件的質(zhì)量都有重大影響。
國內(nèi)目前風(fēng)電機(jī)組使用緊固件大致分為以下幾類：
(1) 塔筒螺栓：即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒上使用的螺栓，主要使用的是GB/T1228～1231、DIN6914～6916以及DAST等六角頭鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接副；
(2) 整機(jī)螺栓即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上使用的螺栓，主要使用的是GB/T5782、GB/T5783、GB/T70.1、GB/T6170、GB/T97等六角頭螺栓，螺母和墊片；
(3) 葉片螺桂：即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片與輪轂連接使用的螺栓，主要使用的是來圖定制的
非標(biāo)雙頭螺柱。
二、材料要求
風(fēng)力發(fā)電設(shè)備技術(shù)大多數(shù)從歐洲引進(jìn)，按照高強(qiáng)度緊同什標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)電用高強(qiáng)度緊同件比較復(fù)雜，廣泛使州含碳帚為0 Z5~0．55的中碳鋼和中碳合金鋼?，F(xiàn)國內(nèi)外風(fēng)電使用的緊固件一覽表，見表1：
表1 風(fēng)電用高強(qiáng)度螺栓材料國內(nèi)外牌號一覽表
一般情況下風(fēng)電用螺母選用45、35鋼，有些產(chǎn)品指定用35CrMoA鋼；墊圈材料均為45鋼。
螺栓、螺釘、螺柱、螺母和墊圈所選用的材料的元素直接關(guān)系到緊固件的機(jī)械性能，不能低于推薦材料的機(jī)械性能。其他的檢驗(yàn)項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)見表2：
三、性能要求
1、通用要求
GB/T3098.1-2010《緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱》中對各等級緊固件有具體的數(shù)據(jù)，風(fēng)電用螺栓大多選用10.9級強(qiáng)度，硬度等級為32～39HRC，抗拉強(qiáng)度≥1040Mpa，斷后伸長率≥9%，斷后收縮率≥48%，低溫沖擊吸收能量Akv（-40～45℃）≥27J，緊固件生產(chǎn)廠家需要將制作螺栓、螺釘和螺柱的材料制作成試樣，按照GB/T3098.1-2010《緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱》中規(guī)定的FFl類和FF2類“全能承載能力的螺栓、螺釘或螺柱成品”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行機(jī)械和物理性能試驗(yàn)，全部符合GB/T3098.1-2010中規(guī)定的要求。
風(fēng)電螺栓為了達(dá)到GB/T3101.1-2002B級產(chǎn)品的要求，直線度誤差為:≤0.0025XL+0.05(其中L為螺栓的公稱長度)，一般在熱處理后經(jīng)過矯直才能達(dá)標(biāo)。
螺母機(jī)械性能應(yīng)符合GB/T3098.2-2000中規(guī)定的全部標(biāo)準(zhǔn)。
2、螺栓機(jī)械性能
風(fēng)電用高強(qiáng)度螺栓必須保證扭矩系數(shù)，同批次緊固件扭矩系數(shù)平均值為0.11～0.15，扭矩系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)≤0.01。在保證預(yù)緊力為屈服強(qiáng)度的75％的情況下進(jìn)行扭矩系數(shù)實(shí)驗(yàn)。風(fēng)電用高強(qiáng)度螺栓，由于表面采用了達(dá)克羅涂層，扭矩系數(shù)要靠安裝時(shí)涂抹Mos2來保證。如果螺紋表面和墊片作用而均涂抹MoS2，扭矩系數(shù)—般取值O.08～0.12，扭矩系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)≤0.01。如果只在螺紋表面滁抹M0S2，扭矩系數(shù)值則會(huì)相應(yīng)的略有提高，螺栓的直徑越大，提高越明顯。試驗(yàn)方法按照GB/T50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)收規(guī)范》執(zhí)行。每一個(gè)螺栓連接副包括1個(gè)螺栓、1個(gè)螺母利2個(gè)墊圈并應(yīng)分屬同批制造。
用于通孔連接的螺栓由供席商直接提供達(dá)克羅(鋅鉻涂層）后的扭矩系數(shù)；用連接的螺栓由供應(yīng)商提供扭矩系數(shù)。
高強(qiáng)度螺栓連接副的扭矩系數(shù)直接關(guān)系到風(fēng)電機(jī)組安裝過程中高強(qiáng)度螺栓的緊固力，扭矩系數(shù)下均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差的不準(zhǔn)確性，會(huì)直接導(dǎo)致螺栓連接副緊固力的超擰或欠擰，對工程安裝質(zhì)量產(chǎn)生影響。
GB/T1231-2006標(biāo)準(zhǔn)中對鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角螺栓連接副扭矩系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法及驗(yàn)收做了嚴(yán)格規(guī)定。GB/T50205—2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)收規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)中也對鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度六角螺栓連接副的驗(yàn)收進(jìn)行了說明與規(guī)定。但是，隨著高強(qiáng)度大六角頭螺栓連接副應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，尤其是隨省風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量的增加，對螺栓連接副扭矩系數(shù)的重視程度逐漸提高。
四、尺寸與公差要求
緊固件尺寸公差和幾何公差應(yīng)嚴(yán)格按照等級所對應(yīng)的尺寸和幾何公差規(guī)定要求執(zhí)行；直線度、全跳動(dòng)按照GB/T3103.1-2002B級執(zhí)行，其余未注公差按GB/T3103.1-2002、GB/T3103.3-2000Cc級執(zhí)行。螺栓和螺母螺紋的基本尺寸按GB/T196-2003粗牙普通螺紋的規(guī)定，螺栓螺紋公差帶鍍前6g級按照GB/T197-2003執(zhí)行；鍍后6h級按照GB/T5267.2-2002執(zhí)行。螺母螺紋公差帶鍍前6G級按GB/T197-2003執(zhí)行；鍍后6H級按照GB/T5267.2-2002執(zhí)行。螺栓的螺紋端按GB/T5779.1、GB/T5779.2規(guī)定。
螺紋牙側(cè)表面粗糙度的最大參數(shù)值Ra應(yīng)不小于3.2um。螺紋必須在熱處理后滾軋牙型，不允許機(jī)加工出螺紋。螺紋長度必需根據(jù)需方要求加工。
五、質(zhì)量要求
螺栓連接副應(yīng)進(jìn)行表面防腐蝕處理。達(dá)克羅防腐的緊因件，防腐符合GB/T5267.2-2002或GB/T18684-2002鋅鉻涂層技術(shù)條件；至少720小時(shí)的鹽霧試驗(yàn)。防腐處理必須保證不會(huì)降低緊固件的機(jī)械和物理性能。
金相顯微組織檢測按照GB/T13298-1991執(zhí)行，淬火馬氏體約90%、回火索氏體90%組織檢測；按照GB/T3098.1-2010進(jìn)行脫碳試驗(yàn)，低倍組織按GB/T1979-2001疏松、偏析缺陷≤1.5～2級進(jìn)行檢測，按照爐批號每批次3件隨機(jī)抽檢。
表面裂紋試驗(yàn)按照GB/T4730.4-2005中9.1.b款“緊固件和軸類零件不允許任何橫向缺陷顯示”執(zhí)行；超聲波探傷試驗(yàn)所有檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行JB/T4730.3-2005中4.6款《螺栓坯件的超聲檢測和質(zhì)量分級》中I級要求。
產(chǎn)品應(yīng)具備完成的質(zhì)量證明書和合格證，M27以上高強(qiáng)度螺栓每種規(guī)格、每批批次必須有第3方檢測機(jī)構(gòu)出具的高強(qiáng)度螺栓機(jī)械性能檢測報(bào)告，檢測項(xiàng)目按GB/T3098.1-2010執(zhí)行。
六、風(fēng)電緊固件制造工藝
風(fēng)電高強(qiáng)度緊固件的制造工藝除冷鐓工藝外，還有溫鍛、冷擠壓以及切削加工等。而溫鍛螺栓生產(chǎn)工藝流程為：冷拔一下料一溫鍛成型一六角整形一淬火和回火一加工螺紋一表面處理。風(fēng)電用高強(qiáng)度螺栓需要經(jīng)過球化《火和調(diào)質(zhì)兩道熱處理，使其強(qiáng)度級別達(dá)到10.9級。
對10.9級及以上高強(qiáng)度螺栓而言，淬火組織的均勻性尤為重要。為確保高強(qiáng)度螺栓淬火時(shí)奧氏體化充分，淬火組織均勻，無未溶鐵素體及非馬氏體組織外，應(yīng)充分重視淬火態(tài)組織的金相分析。國外的高強(qiáng)度螺栓螺栓熱處理很重視充分奧氏體化，確保其組織的均勻性，以獲得最佳的強(qiáng)韌性的配合，保障螺栓服役時(shí)的安全。國內(nèi)高強(qiáng)度螺栓制造商對此尚未引起足夠的重視，普遍存在的問題是螺栓淬火組織的不均勻性。這種不均勻性在隨后的回火過程中是不能被消除的；雖然螺栓的強(qiáng)度及硬度值可以達(dá)到10.9級性能的要求，但由于組織均勻性差，螺栓含鐵素體量較多的區(qū)域，易造成早期的走效。因此，早熱處理調(diào)質(zhì)工藝中應(yīng)加強(qiáng)成產(chǎn)過程的控制。
近年來，表面處理中的轉(zhuǎn)化膜技術(shù)發(fā)展較快，在高強(qiáng)度緊固件上，螺栓采用較多的是磷酸鹽(磷化)或氧化(發(fā)黑)上油的表面處理方式，螺母，墊圈則一般采用磷皂化工藝。風(fēng)電用高強(qiáng)度緊固件，為減少酸洗利電鍍等過程中產(chǎn)生氫脆的危險(xiǎn)性保證10年的使用壽命，采用噴丸+非典接達(dá)克羅涂層，它對戶外緊固件的保護(hù)作用有機(jī)械屏蔽作用、自鈍化作用以及犧牲陽極電化學(xué)保護(hù)良好的表面防腐的作用，涂覆層應(yīng)大于8～12微米，耐鹽霧試驗(yàn)可達(dá)到1000h以上。